选线保护

选线保护（共7篇）

选线保护 篇1

1 前 言

我国大多数配电网均是小电流接地系统, 10kV馈线大多采用的是中性点不接地方式。中性点不接地方式的优点是结构简单, 运行方便, 不需任何附加设备, 若是瞬时故障, 一般能自动熄弧, 非故障相电压升高不大, 不会破坏系统的对称性, 单相接地电流较小, 单相接地不形成短路回路, 运行中可允许单相接地故障存在一段时间, 电力系统安全运行规程规定可继续运行1～2 个小时, 从而获得排除故障时间, 若是由于雷击引起的绝缘闪络, 则绝缘可能自行恢复, 相对地提高了供电的可靠性。

随着城市配电网的高速发展, 电缆线路的增多, 电容电流数值大幅度增加, 长时间运行易使故障扩大成两点或多点接地短路, 进而损坏设备, 破坏系统安全运行。因此, 迅速确定故障线路并及时排除非常重要。

大多的保护装置中都设置了小电流接地故障选线功能, 以下在对几个装置所采用的方法进行了仿真后, 发现了其中的一些不足之处。现列举其中的较为典型的使用较多的两个装置: RCS-9000系列装置和CSL216B装置进行介绍。

2 两种装置选线功能比较

2.1 RCS-9000系列

此装置采用比较同一母线上各条线路零序电流五次谐波幅值和方向的方法来判断接地线路, 对此装置的验证中发现, 如果接地时过渡电阻较小, 则可以很好的进行选线, 波形如图1所示, 由图1可以看出, 故障线路与非故障线路相位有明显的反相关系, 可以正确判断出故障线路;但是, 当过渡电阻较大时, 本选线方法则不能进行正确选线, 波形如图2所示, 可以看出故障线路与非故障线路相位差较小, 没有反相关系。 此外, 当故障发生时有噪声干扰, 也不能正确选线, 波形如图3所示, 故障线路与非故障线路相位一致, 无法正确选线。

2.2 CSL216B装置

该装置当3U0升高时, 则认为发生接地, 然后利用装置内计算的3U0、3I0向量及零序功率方向来进行选线。经过对此方法的验证, 同样可以发现, 如果接地时过渡电阻较小且故障发生在相电压最大值附近, 能进行较好的选线, 故障线路与非故障线路零序功率方向相反, 选线结果如表1所示;但是, 如果过渡电阻较大即使故障发生在相电压最大值附近, 本选线方法则不能进行正确选线, 选线结果如表2所示。同时, 由表1、表2可以看出, 当故障发生在相电压最小值附近, 即使没有任何干扰的情况下, 同样也不能正确选线。

注:在过渡电阻为2Ω的情况下, 当故障发生在相电压最小值附近, 不能正确选线, 当故障发生在相电压最大值附近才可以正确选线。

注:在过渡电阻为100Ω的情况下, 无论故障发生在何种情况下, 都不能正确选线。

3 结 论

综上所述, 小电流接地选线装置在过渡电阻较大和故障发生在相电压最小值附近的情况下选线效果较差, 且抗干扰能力较差。故笔者建议在保护配置时小电流接地选线功能退出, 而选用专用的小电流接地选线装置来进行故障选线, 以快速可靠的确定故障线路来提高供电可靠性。

参考文献

[1]苗友忠, 孙雅明, 杨华.中性点不接地配电系统馈线单相接地故障的暂态电流保护新原理[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (2) :28～32.

[2]孙雅明, 严斌.基于非故障相暂态电流的单相接地故障定位新方法[J].电网技术, 2004, 28 (19) :55～59.

[3]薛永端, 冯祖仁, 徐丙银等.基于暂态零序电流比较的小电流接地选线研究[J].电力系统自动化, 2003, 28 (7) :48～53.

[4]薛永端, 陈羽, 徐丙银等.利用暂态特征的新型小电流接地故障检测系统[J].电力系统自动化, 2004, 28 (24) :83～87.

[5]孙雅明, 苗友忠.谐振接地配电系统馈线单相接地故障的暂态电流保护新原理[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (3) :62～66.

[6]朱丹, 贾雅君, 蔡旭.暂态能量法原理选线[J].电力自动化设备, 2004, 24 (3) :75～78.

[7]朱丹, 蔡旭.小电流接地电网改进能量法接地选线原理[J].继电器, 2004, 32 (10) :44～48.

[8]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理 (增订版) [M].北京:中国电力出版社, 2004.

选线保护 篇2

在我国配电网中, 采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式居多, 都属于小电流接地系统。该系统具有发生单相接地时故障电流小的优点, 同时系统线电压基本不变, 不影响对负荷连续供电, 《电力系统安全规程》规定仍可继续运行0.5~2个小时。但电网长时间带接地故障运行, 容易引发相继的电气事故, 因此准确快速的查出故障线路, 对配电网的安全运行起到至关重要的作用。

二、单相接地保护选线的重要性

“单相接地”是指电气一次回路上的A、B、C三相中, 任意一相带电部位与大地之间形成导电回路;以及大气雷电或其它原因形成过电压, 致使配电设备的绝缘材料遭到破坏后, 对地绝缘电阻明显过低等现象。由于我国电力系统中主要采用中性点不接地或经过消弧线圈、高电阻接地的方式。当在同一母线上有多条配电线路时, 无论哪一条发生单相接地都不能与主变压器的绕组线圈直接构成回路, 线路中不会出现短路和过负荷等大电流现象。仅有线路与大地之间形成的电容电流发生变化, 表现为每一条线路中会出现微弱的零序电流。此电流非常小, 从几毫安到几百毫安或数安培不等, 与线路的长度成正比。但是接地时由于非接地相线对地电压上升可达相电压的√3倍, 当系统再伴随有铁磁谐振产生时, 就会使相电压升高1~5倍, 甚至更高形成过电压, 加速了电力设备绝缘材料的老化, 缩短了使用寿命, 从而导致绝缘设备被击穿, 就会出现两相或多相同时接地而发生短路事故, 加大了电力设备的损坏程度。因此, 在电力系统中经常会发生电压互感器、断路器爆炸, 配电变压器烧毁, 电力电缆和瓷瓶被击穿等事故。已有的继电保护或综合自动化保护装置中的“短路保护”、“过电流保护”和“零序电流”保护, 都属于大电流启动保护装置;单相接地时的小电流不能驱动这类保护装置动作, 因此, 不能动作于高压开关 (断路器) 跳闸, 故障线路和非故障线路也就不能被隔离。为了避免事故的扩大, 需要及时地把故障线路与非故障线路进行区分。在变电站 (所) 、开关站或发电厂中, 若没有安装可靠的“单相接地保护选线装置”, 就需要人工逐次拉闸停电试查才能选择故障线路, 有时甚至要把与母线相连的所有配电线路拉闸停电, 才能找出。这样就会造成无故障线路供电的中断, 导致大面积停电。同时这一过程非常复杂, 工作量很大, 同时对人身、设备还具有不安全的隐患, 因此一种可以快速准确的查找出接地线路的技术就显得尤为重要。

三、国内外在这一领域的技术现状

小接地电流系统单相接地保护选线, 是一个一直以来就备受关注的问题。国外在上世纪初期就有许多电力工程技术人员和高等院校对此项目进行过大量的研究, 认识度不断深入, 技术方案也越来越多, 准确率逐步在提高。其中, 具有代表性的是德国电力工程师巴赫的“首半波”理论和俄罗斯的“无功功率方向”理论。根据这些理论开发出来的装置在电力系统中进行了使用, 其选线的准确率可以达到50%左右。

我国从上世纪80年代起开始研制小电流接地系统单相接地自动选线装置。虽然起步晚, 但是发展速度却很快, 目前已具有世界先进水平。在国内根据零序电流大小的原理, 采用灵敏继电器以及晶体管电子保护等技术, 通过设定零序电流动作值进行保护选线, 经过多年的使用其选线的准确率已接近5 0%。后来, 又采用“首半波”理论和晶体管电子技术相结合, 生产出了几种不同规格的选线装置, 在我国电力系统中进行了推广使用, 使选线的准确率比前者又有所提高, 可达60%左右。

四、已有技术可靠性差的原因分析

由于主变压器二次侧三相绕组的中性点不接地 (或经过消弧线圈、电阻接地) , 当线路中的任意一相接地时, 没有与变压器的绕组构成回路 (或电阻很大) , 就不能形成电流 (或很小) , 在故障线路和接地点就不会有大电流流过。仅有线路与大地之间所形成的电容电流, 它与线路的长度成正比, 1 0 K V的线路每公里约有15mA左右。影响保护选线准确性的关键原因就在于一个“小”。因为接地时的电流很小, 从几毫安到几十毫安或几百毫安, 最大也只有几安培, 与线路中的几百安培或数千安培的负荷电流相比, 相差数千倍或数万倍。线路中故障时的电流与非故障时的电流相比没有明显的区别, 又因为很多电流互感器的测量误差所产生的不平衡电流远大于接地时的零序电流值, 现有的继电保护和综合自动化保护等设备, 不能区分是故障接地电流还是负荷电流的波动。另外, 当接地故障发生时, 不仅故障线路对地有电容电流, 而非故障线路对地同时也有电容电流, 这样不仅要测量故障线路的电容电流, 还要测量非故障线路的电容电流, 并要进行区分, 难度更大。在一些大型枢纽变电站中, 虽然配电线路较多也比较长, 接地时能够形成较大的电容电流。但是, 接地电流较大时, 又容易在故障点产生弧光, 导致二相或三相线路发生短路事故。因此, 国家有关部门明确规定:对于接地电流大于10A的系统, 要装设消弧线圈或电阻。以此来减少接地点的过度电流, 避免产生弧光;这样就使故障线路接地点的电流更小, 故障特征更加的不明显。又因电力系统是强电场和强磁场的环境, 干扰信号很大, 往往把接地信号给淹没了。

为克服现有原理存在的不足, 本文提出一种新的原理:零序电流有功分量方向原理。

五、零序电流有功分量选线原理

图1为简化的小电流接地系统模型, 为了分析方便, 忽略输电线阻抗以及线路对地电导。当K2合上时表示系统的第i条出线C相经过大小为Rd的电阻接地 (Rd=0表示金属接地) , K1合上表示系统经过消弧线圈补偿。

图2通过零序等值电路给出了零序电压以及残流等相互关系。其中Uc为K2合上 (即接地) 前接地点的电压, Uo为接地后系统的零序电压, Ir为接地点残流, ΣIc为系统总电容电流, IL为消弧线圈补偿电流。它们存在如下关系:Ir=IL-ΣIc (公式1)

由于IL的补偿, 残流会大大削弱, 例如当消弧线圈运行在过补偿且脱谐度为10%, Ir=-10%×Ic, 补偿后残流变为原来的1/10, 使接地点电弧自动熄灭的可能性大大增加, 提高了电网运行的可靠性。然而残流急剧减小给选线带来了麻烦, 见图3的分析。

如图3所示, 出线m为故障线路, CT1~CTn为各线路的零序互感器, I01~I0n为对应出线的零序电流。故障线路的零序电流I0m=ICm+Ir (公式2)

即故障线路的零序电流等于消弧线圈补偿电流再减去所有非故障线路电容电流的和。假设系统没有消弧线圈补偿即IL=0时, 故障线路零序电流为所有非故障线路电容电流之和, 其幅值较大, 相位与非故障线路相反, 故障特征很明显, 对选线而言有积极作用, 缺点是残流较大。假设消弧线圈完全补偿系统电容电流, 即Ir=0, 此时各出线零序电流即为线路本身电容电流, 故障线路零序电流的幅值和相位与非故障线路没有明显区别, 即故障特征不明显单凭幅值作为判据在电容电流较小的线路发生故障时容易误判。加上互感器采样误差等原因, 使补偿后的小电流接地系统选线成为一个难题。

六、结论

本文对零序电流有功分量选线原理进行优化, 比较各零序电流间的相位差别, 实际隐含了有功分量的原理, 因为有功分量都是在同一零序电压作用下产生的, 零序有功在各支路中存在区别, 主要原因还是各出线零序电流相位上的区别, 而本方法则直接利用了这一特征, 减少了多引入零序电压一个量带来的误差, 同时利用了残流特征, 提高了该方法的选线准确性。

参考文献

[1]龙华, 孟庆海.供配电安全技术.北京机械工业出版社.2003年

[2]李光琦.电力系统暂态分析.北京中国电力出版社

选线保护 篇3

关键词：小电流接地,消弧线圈,零序电流保护,小电流选线

0 引言

某化工公司总变电站始建于20世纪60年代, 6kV侧采用中性点不接地的小电流接地系统, 之后陆续进行了扩容和微机监控改造, 安装了自动跟踪动态补偿消弧装置。但是, 该补偿消弧装置造成了采用零序电流原理的微机监控装置小电流接地选线的选线正确率急剧下降。为解决该问题, 变电站配置了一套与之配合使用的小电流接地选线装置。

1 小电流选线装置事故举例

该变电站6kV系统接线如图1所示。

1.1 事故现象

某年5月16日11时43分, 该中心变供生活区的6kV II段出线回路电缆受外单位施工损伤发生对地短路, 造成中心变出线回路开关速断跳闸, 引发所有6kV II段接地报警, 该开关跳闸后接地报警并未消除。总变II段小电流接地选线装置未能判别出接地回路 (但II段消弧线圈发出了接地故障信号) , 同时II段母线上出线回路零序电流保护也未能正确显示接地回路电流, 造成无法准确判断是哪条6kV II段线路发生了故障。 并且, 整个110kV、6kV及380V电力系统完全处于I段、II段分段运行状况 (即为2个相对独立的电网) , 用电负荷基本均匀分布在I段、II段系统上, 此时停运任何6kV II段母线上电缆出线回路以切除接地故障回路, 只能通过下级变电所转移II段上所有负荷至I段, 从时间上是不可能的。这样, 就只有分别通过下级变电所把I段、II段合环后断开II段进线电源来切除接地故障回路, 但该方法存在合环瞬间可能造成正常段和故障段并列引发新故障的风险。

实际处理中是按 “合环”方法进行的。首先, 在最远的2个6kV变电所合环处理无果后, 在中心变进行合环。合环后1min左右开关就跳闸:总变6kV母联、总变至中心变出线开关过流动作跳闸, 中心变6kV I、II段进线开关过流动作跳闸, 中心变有爆炸声并伴有浓烟。之后, 中心变6kV系统全部失电, 造成由中心变供电的循环水系统全部失电跳车, 合成、尿素装置相继全部跳车。初步判断为中心变6kV II段有短路故障, 总变试送6kV I段电源621成功, 循环水系统恢复供电。经查, 发生爆炸的故障点是中心变送包装二馈电柜的A相避雷器, 中心变退出包装二后整个系统6kV II段接地点仍未消失, 说明接地故障点还未找到 (切除) 。于是, 一边更换避雷器排除故障点, 一边继续查找接地点。 当日15 时15 分, 总变合6kV母联, 化肥变 (最重要负荷) 合6kV母联, 总变停供化肥变6kV II段电源618, 6kV II段接地信号消失, 6kV II段PT电压正常, 接地故障点找到。接地点为总变供化肥变II段电缆靠近中间接头处, 是绝缘被击穿而引发的B相接地。

1.2 事故原因

(1) 本次事故的直接诱因是外单位施工不当造成6kV高压电缆对地短路, 使电网中的多个薄弱点被击穿。

(2) 第一个薄弱点是总变供化肥变II段的电缆B相, 首先被击穿造成单相接地故障。

(3) 第二个薄弱点是中心变包装二的馈电开关柜避雷器。当6kV系统中出现B相接地时, A、C相的对地电压就由3.5kV升高到6.1kV, 由于没有及时排除6kV系统中的单相接地点, 因此避雷器的A相被击穿, 最终造成6kV系统两相接地, 发生相间短路。由于中心变开关柜老化等原因, 包装二的开关未跳闸, 而越级跳中心变电源开关, 进而造成中心变全部失电, 使相关系统停车, 扩大了事故范围, 同时也给故障查找增加了障碍。

综上所述, 外单位施工不当, 公司高压电缆绝缘降低是发生事故的前提和必要条件; 但在6kV接地故障出现后, 小电流选线装置功能的不稳定、不完善致使故障处理异常被动, 最终扩大为事故, 导致生产装置停车的重大损失。

1.3 事故延伸

(1) 从小电流选线装置判断接地回路: 选线装置若能正确选线, 则将在短时间内处理故障, 就不必进行 “合环”处理, 可将风险降到最低。

(2) 从零序电流保护判断接地回路: 发生接地故障时, 6kV II段母线上出线零序电流保护未能正确显示接地回路电流, 造成无法准确判断故障点。II段零序电流显示为:612/0.06A;614/0.15A;622/0.3A;620/1.47A;618/0.00A……

显然, II段零序电流显示不一, 虽然考虑用消弧线圈进行了补偿, 但因618化肥回路刚好又是最重要的负荷, 加之无经验数据 (包括零点漂移) , 最后只能选择从次要、远端负荷查找故障点。

2 整改

2.1 小电流选线可靠性

小电流选线装置和消弧装置自安装投运以来, 在电缆发生故障时, 消弧装置能正常发挥作用, 选线装置却从未正确选线。针对此情况, 决定更换小电流接地选线装置。

2.2 零序电流互感器接线整改

(1) 一回路多根电缆的零序电流互感器接线主要有以下三种方式:

(1) 电流互感器内阻<继电器阻抗, 适用于串联接法。

(2) 电流互感器内阻=继电器阻抗, 串联、并联接法均可。

3电流互感器内阻>继电器阻抗, 适用于并联接法。

(2) 总变使用的微机型保护装置阻抗小。 设计院采用常规设计, 即总变零序电流互感器接线全为串联接法。

(3) 当年6月4日, 对总变备用回路630、632进行了串联、并联接法试验, 试验报告 (见表1) 显示, 公司总变零序电流互感器保护按并联接线更能真实反映零序电流值。

2.3 小电流选线装置和消弧装置的选择

2.3.1 选型

小电流选线装置及时准确地判定接地回路是快速排除单相接地故障的基础, 也是其核心功能。小电流选线装置的选线方法有暂态信号法、 信号注入法、 扰动法、 行波法。针对该公司6kV配网系统消弧及选线现状, 最后选用快速高短路阻抗变压器式消弧线圈和 “小扰动法原理”快速选线装置。

当谐振接地电网发生单相接地故障时, 其零序电流回路如图2所示。

由图2可知, 故障线路的零序电流为非故障线路零序电流之和, 即:

而经消弧线圈补偿后的电流只流过接地故障线路, 此时接地点的残流为Ijd=IL-Ic3。该 “主动式特征波”快速选线装置充分利用了消弧线圈动态调节的功能, 在接地过程中短时小范围调节消弧线圈, 产生补偿电流变化量 ΔIL, 此时非接地线路零序电流不变, 即 ΔIc1、ΔIc2、ΔIc4、 …、ΔIcn均为零, 而接地线路零序电流则有较大变化, 其变化量 ΔIc3=ΔIL, 从而准确地选出接地故障线路。

这种 “小扰动法原理”的特点是:充分利用消弧线圈的动态调节功能, 主动产生一个明显的可控特征波, 它具有宽度短 (<100ms) 、幅值可控 (ΔIL可控) 等特点, 此波可多次产生, 进行选线结果校核。上述特点既保证了不同接地故障下的选线准确性, 又保持了谐振接地方式故障电流小、不扩大故障点的优点, 克服了其它选线原理的缺点, 大幅提高了选线准确率, 效果令人满意。

2.3.2 改造方案

(1) 该总变为110kV变电站, 共有2台110kV主变、4段6kV母线, 下辖10个子站, 6kV出线总计150条。

(2) 主站安装2套消弧线圈 (400kVA) 进行补偿, 解决原消弧容量不足的问题;同时, 配备2套选线装置, 对主站出线进行选线。

(3) 为便于将出线零序电流引入选线装置, 在10个子站内各加装1台选线装置。

(4) 由于子站离主站的距离较远, 主站消弧控制器与子站选线装置采用光纤通信, 负责消弧选线间动态配合的信号传输, 并把子站的接地线路信号上传到主站和子站监控处, 便于值班人员查看和处理。

(5) 为了准确可靠地选出接地线路, 需要把所有出线的零序电流接入相应的选线装置。

2.4 施工

系统基本接线如图3所示。

(1) 选线原理:当有线路发生接地时, 由主站消弧线圈进行补偿, 若接地超过1s, 则主站控制器会发出扰动信号给各子站;若接地发生在子站, 则由主站控制器选出子站出线线路, 子站选线装置则选出实际的接地线路。

(2) 6kV模拟接地试验报告。

第一次:2011年12月12日11时48分02秒~11时48分30秒。

接地点:水厂变电所I段母线上的15G柜A相 (中心变的下级变) 。

消弧变控制器显示:零序电压为3 543.2V, 零序电流为18A, 电容电流为17A, 总变小电流选线装置报6162 (中心变#1线) 接地, 选线正确。

中心变:选线装置报#1007线 (净水厂#1) 接地, 选线正确。

BDO变数据: 母线接地, 消弧动作, U01为102V, U02为0.04V

中心变数据:母线接地, 消弧动作, U01为97.26V, U02为0V

化肥变数据:母线接地, 消弧动作, U01为93.36V, U02为0V

三胺变数据:母线接地, 消弧动作, U01为96.49V, U02为0.03V

……

(3) 试验后对各变电所的数据进行收集分析, 总变及中心变选线装置选线正确, 消弧变补偿时6kV系统未发生震荡现象, 各级变电所PT电压检测数据正确。

2.5 加强零序保护电流的监控

利用系统发生故障与正常运行时零序保护电流有明显差异的特点, 来对小电流选线装置进行辅助判断。将馈线零序保护电流全引至微机监控后台, 并制作相应显示画面。

3 结束语

选线保护 篇4

关键词：煤矿电力系统,漏电保护,故障选线,零序电流,特征量

0 引言

选择性漏电保护是供电系统的重要保护之一。目前,选择性漏电保护装置在供电系统中的应用效果并不理想,各种基于稳态及暂态参数的选线方法并不完全可靠,漏电保护装置拒动、误动时有发生。特别是低压供电系统,由于系统的寄生参数很小,低压选择性漏电保护装置的灵敏度很低,导致保护装置的可靠性差。所以,研究高可靠性和高灵敏度的选择性漏电保护方法,对确保供电安全和减小漏电故障的危害具有重要意义。国内外已有的漏电保护选线方法主要有基于零序功率及电流幅值、电流方向等特征的故障诊断方法[2,3,4],基于附加信号的方法[5],基于形态学或能量的方法[6],基于暂态量特征、利用小波分析等算法选线的方法[7,8,9,10,11,12]等。以上选线方法的局限性主要表现在:

(1) 由于井下供电线路故障情况多变,可能是稳定性故障或断续性故障,一些选线方法判据不具有通用性,易发生误判;

(2) 故障电流小,保护器整定困难且容易发生误动。当故障电流小于电流互感器量程下限时,信号采集困难,一些选线方法无法判断故障情况;

(3) 由于电磁干扰作用及零序回路对暂态量的放大作用,故障信号信噪比低,造成一些依赖暂态量的选线方法选线准确性低。

这些局限性严重影响了选择性漏电保护装置的性能。因此,本文提出一种基于零序电流特征量的选择性漏电保护选线方法。

1 供电系统漏电故障分析

我国供电系统大多采用变压器中性点非直接接地方式,其发生漏电故障时的等效电路如图1所示。

发生漏电故障时,由于中性点发生位移而在线路中产生零序电流,设故障点位于支路L1,则故障点流过的零序电流undefined为各支路零序电流之和,即

undefined

支路L1始端零序电流方向为由支路流向母线,大小为非故障支路零序电流之和,即

undefined

非故障支路L2和 L3始端零序电流方向为由母线流向支路,大小分别为

undefined

供电系统发生漏电故障时,各支路零序电流的方向特性是选择性漏电保护选线的重要依据。但仅基于该依据的选线方法并不可靠,如当系统较小、故障信号微弱的情况下或系统采取容性电流补偿措施时,这种方法容易发生误判。但研究故障线路不同支路间独特的零序电流逻辑关系能够为漏电选线判据的后续研究提供重要参考。

2 基于零序电流特征量的选线方法及实现

2.1 选线原理

在供电系统各支路中架设零序电流互感器Hij(i为线路序号,j为位置序号),如图1所示。则零序电流互感器二次感应电流undefined的值如表1所示。

设零序电流特征量undefined为

undefined

则各支路零序电流特征量大小如表2所示。

从表2可看出,故障线路零序电流特征量的值为正,非故障线路零序电流特征量的值为负。这是由于故障线路始端零序电流小于故障点前端零序电流,而非故障线路始端零序电流大于后段零序电流。因此,该特征量可作为漏电线路的特征表述,通过提取各线路特征量并在控制器端判断特征量的正负即可实现故障选线。

2.2 选线方法的实现

2.2.1 智能保护装置硬件结构

根据基于零序电流特征量的选线方法设计的智能保护装置结构如图2所示。

智能保护装置以AVR高速单片机ATMega128为控制核心。零序电流互感器检测电网信号,该信号经信号调理电路后进入单片机,单片机对该信号进行AD转换、数据处理后完成相应的判断,并输出控制信号。装置与远程终端的通信采用CAN总线方式。为确保供电可靠性,装置采用复式电源设计。

2.2.2 智能保护装置软件流程

智能保护装置软件采用C语言编写,程序流程如图3所示。

系统复位启动后首先进行初始化,包括内部硬件功能设定、键入参数值扫描及寄存器初值设定。主循环进行零序电流的AD转换,数据转换完毕即以数组形式存储。由于互感器和滤波电路的移相作用,需要对数组存储值进行移相修正。将修正后的零序电流值代入式(5)计算特征量,并将结果存入特征量数组。程序依据特征量判断线路是否发生故障,若未发生故障则返回,重新采集数据;若发生故障则将该线路选为故障线路,同时控制动作执行机构切断故障线路,并将故障显示在显示屏上。

3 仿真验证

采用Matlab/Simulink软件进行仿真,仿真模型如图4所示。供电系统参数:L1长14 km, L2长8 km,L3长10 km;线路采用PI模型结构;电源电压为10 kV,频率为50 Hz;线路的正序电阻为0.012 73 Ω/km,零序电阻为0.386 4 Ω/km,正序感抗为0.933 7e-5 H/km,零序感抗为4.126 47e-5 H/km,正序容抗为12.74e-9 F/km,零序容抗为7.751e-9 F/km。

故障点位于线路L1距母线7 km处,接地电阻为5 kΩ,故障起始时间为0.02 s,仿真结果如图5所示,其中虚线为线路后端零序电流波形,实线为线路首端零序电流波形。

由仿真结果可知,非故障线路后端零序电流明显小于线路首端零序电流,故障线路则相反,即非故障线路零序电流特征量的值为负,故障线路零序电流特征量的值为正,与本文分析结果一致。

4 结语

选线保护 篇5

1 山区的特点

山区气候多变, 在受到区域性气候影响之外, 山区还容易形成小范围的具有区域性特点的气候。比如地表径流、水土稳定性、边坡稳定性、降雨量和植被覆盖率的影响。在海拔较高的山坡上, 迎风面由于受到寒冷空气的影响, 在冬天容易形成大量积雪、路面结冰等情况, 会对行车安全带来威胁。山体的走向和日照影响下的阳坡、阴坡会对水文条件造成影响。

山区地形地貌条件复杂, 地形起伏、海拔标高迅速变化, 山坡陡峭, 这些因素使山区公路经常出现急弯、陡坡、转折等情况, 造成公路翻山越岭, 盘山上下, 增加了建设里程。山区地质特点为岩石较多, 地质条件变化大, 影响公路路基的稳定性, 在受到气候条件的影响时容易出现滑坡等不良地质灾害。这些因素都会影响到公路路线的设计以及公路附属设施的建设。

山区水文情况突变性大, 山区河流经常出现大幅度涨落, 水位在短时间内迅速变化, 水流湍急, 水流速度大, 具有强冲击力。正是由于山区河流的这一特点, 山区桥梁在设计孔径时应该适当加大, 在一些位置上受到地形的制约, 经常采用大跨度斜拉桥、高桥等方案。在进行山区公路选线设计时, 必须充分了解当地的气候、地形地貌、水文地质等特点, 以及这些因素对公路以及公路的附属设施可能带来的影响, 并采取相应的措施进行处理。

2 山区公路选线原则

公路选线是一项涉及多个领域的工作, 其勘查工作受到多种因素的影响, 比如自然因素、公路等级要求、设计行车速度、交通运输量、城镇发展规划等。上述因素在公路选线的设计中都应该综合考虑。对于山区公路, 更要重点考虑山区复杂的自然条件。由于山区自然条件的复杂性, 在选线时应对线路上公路路段的地质、水文地质、气候气象等自然条件进行勘测调查, 确定这些因素对工程的影响。运用先进的技术手段方法, 对线路方案进行评选对比, 选择出最佳的路线方案。

路线设计应该尽量保证公路的安全性、稳定性、持久性, 并保证车辆的行车安全性、舒适性, 尽量做到节省经济成本、节约后期维护费用、取得最佳经济效益。线路选择过程中应该尽量避免侵占基本农田, 避免穿过经济作物区或经济园区。线路尽量避免通过国家自然保护区、名胜古迹、风景区等。如果不可避免, 则尽量使其保持其原有状态, 使设计公路与周围环境相协调。选择线路应该做到与当地地形地貌、生态环境相适应, 做到对当地的生态破坏最小, 取得最佳的环保效果。

3 山区公路选线技术和方法

平面选线应该遵循公路线路与地形相一致的原则。在具体实施中应该从以下几方面入手:

收集线路地质资料, 对目标区域进行卫星航拍, 对目标区域地质情况进行综合分析, 尽量进行实地勘察, 最后通过综合评价确定公路线路以及周围的地质条件, 对可能出现的地质灾害问题进行预防, 并考虑对剩余线路选择方案的影响, 最终综合确定公路选线方案。

选线的时候最好选择曲线, 这样更容易与地形相一致。要注重线路、桥梁和隧道之间相互协调, 公路线路应该遵循线路上大型桥梁以及隧道的布设, 让其尽量出现在设计路线的直线上。如果无法避免, 桥梁、隧道必须处在曲线上, 设计时隧道和桥梁应该选择小半径, 保证桥梁主跨处在直线上。纵面线形选择, 过去常常选择中小半径、短平曲线和小半径竖曲线的组合, 这种设计方案会减小车辆司机的可视范围, 对其判断前进方向造成困难, 进而会触发交通事故。因此, 应当适当增加工程量, 增大竖直半径, 这样可以增大司机的视觉范围, 保证车辆驾驶的安全。在设计中应该采用合理的极限坡长和坡度。利用掌握的山体横坡、纵坡等实际条件进行试坡, 以确定公路建筑限界。在大型车辆较多的主路段应当少采用极限坡长及坡度, 在地形允许的情况下设计避险车道。

横断面设计主要是选择合适的断面、严格控制开挖高度两个方面。山区公路横坡较大、边坡陡峭, 在施工中给开挖和填筑带来困难, 增加成本, 还会对周围环境造成破坏。因此应该根据实际情况因地制宜的选择合适的横断面。在横坡坡度较大的情况下, 应该水平布置分离式路基。地形平坦时应当选择布置整体路基断面。在开挖路面时应该控制高度, 山区经常存在陡坡和高路堤, 存在边坡失稳的隐患。以路基中心填方高度为准, 路基填筑一般低于20 m。当填筑高度大于20 m就应该建立桥梁。路基开挖高度超过30 m应该考虑隧道的方案。如果路基挖方高度大于40 m, 就需要对选择线路进行调整优化。

一般情况下, 山区公路选线设计时经常会利用GIS技术、数学方法来帮助公路设计者进行线路选择。目前, 在国内进行山区公路线路选择时经常选用纬地系统、CAD系统和路线大师来作为计算机辅助系统。这些系统可以进行纵、横断面的绘制、工程表绘制、平面线路设计等, 可以处理多个虚交。GIS技术是将地理信息技术与系统工程相结合进行数据的综合分析。公路设计者可以利用分析获取的数据对自然过程的演变进行模拟, 进而获取预测和实验结果, 为线路决策提供依据。同时利用GIS中的三维空间技术, 可以对地形地貌、地质形态进行立体的构造, 有利于公路路线的优化选择。

4 结语

公路建成后改变公路线路是不可能的, 因此公路路线的选择是公路设计、规划、施工的重要基础, 对公路路基、路面、附属建筑等设计、施工等起指导作用。公路选线必须进行多设计方案的论证, 通过细致、认真、全面的评选工作确定最佳选线方案。山区公路设计中要确保公路的安全性、舒适性、运输量、经济性等硬性指标, 还要做到公路建设中尽量减少对周围生态环境的影响, 做到公路与周围环境的和谐统一。

参考文献

[1]刘昆赟, 曹智伟.山区公路越岭线方案设计与选线技术研究[J].交通标准化, 2014, 42 (2) :48-51.

[2]张宗战.山区公路选线关键问题探讨[J].山西交通科技, 2012 (6) :17-19.

[3]陈遵行.山区公路选线方案探讨[J].林业勘察设计, 2010 (1) :174-175.

[4]王世槐, 何定举.浅析山区公路选线技术及方法[J].公路与管理, 2011 (17) :337-338.

选线保护 篇6

关键词：小电流接地,消弧选线,选线失效

0前言

根据《交流电气装置的过电压和绝缘配合》的要求, 3~10 k V架空线路构成的系统, 当单相接地故障电流大于10 A时, 以及3~10k V电缆线路构成的系统, 当单相接地故障电流大于30 A时, 中性点应装设消弧线圈[1]。对于中性点装设消弧线圈的10k V电网, 当发生单相接地时, 消弧线圈产生的感性电流补偿了故障点的电容电流, 从而使故障点的残流变小以达到自然熄弧的目的。

目前, 对于10 k V系统当发生单相接地时, 保护通常是不动作于跳闸的, 而是根据消弧装置的选线结果人工切除故障线路, 当选线失效无法选出故障线路时, 调度就只能采取逐条线路轮切的方式来确定故障线路, 有时需要较长时间, 而且对于非环网线路, 直接切除正常运行的线路会造成负荷损失, 降低了供电可靠性。此外, 每一次开关的分合闸操作都会对电网造成冲击, 也会缩减开关的使用寿命。因此有必要对消弧线圈的选线失效做出分析, 并提出可行的措施。

1 消弧选线装置原理

以广州智光电气消弧选线装置为例, 说明其选线原理, 其选线判据有零序电流的大小和方向两个, 具体如下[2]。

(1) Io大小判别。因为接地时候故障线路的故障零序电流为全系统的电容电流之和减去本线路电容电流, 而非故障线路的零序电流为本线路之电容电流, 故由零序电流的大小, 选取全部线路中零序电流最大的几条线路作为接地线路选择的对象; (2) Io方向判断。故障线路零序电流的相位滞后于零序电压约90°;非故障线路零序电流的相超前于零序电压约90°。选线装置以零序无功功率方向的方式判断:对接地线路 (零序电流滞后于零序电压约90°) :Qo>0, 选出该线路;未接地线路 (零序电流领先于零序电压约90°) :Qo<0;如果所有 (零序电流均领先于零序电压约90°) Qo<0, 则判别为母线接地。

2 故障简述

某日06时49分, 某110k V变电站10k V 713线路发生单相接地, 后台监控机和调度只收到“#2接地故障”信号, 但未收到具体接地线路信息, 运行人员到站检查后发现选线装置报母线接地, 并按从小到大的顺序列出5条线路的接地电流, 其中713线路的接地电流最大, 将情况告知调度后, 调度将713线路切除, 接地故障消失, 当调度合上713线路之后过段时间在此发生线路接地, 此时选线装置能正确选出713线路。

3 现场检查情况

3.1 消弧系统装置参数

消弧线圈接地系统为KD-XH型配电网智能化快速消弧系统, 配套DDS-02型高性能小电流接地选线装置, 广州智光电气有限公司生产。

3.2 后台监控机的报文情况 (图1、图2、图3)

从报文看出, 06时49分, 在首次接地故障的时候, 所有连接在#2M母线上的线路都发接地报警信号, #2主变变低552A、552B发零序过电压报警信号。说明消弧装置没能正确识别出故障接地线路。07时58分, 调度切除713, 接地告警信号返回, 7时59分, 调度合上713开关, 故障消失, 8时53分, 再次发生接地故障, 此时消弧选线装置正确选出故障线路。

4 接地选线装置试验情况

利用继保测试仪对接地选线装置进行了加量试验, 选取发生接地故障的10k V713线路间隔进行试验, 模拟故障时刻的零序电流、电压, 选线装置在故障量明显时能正确选出故障线路, 说明选线装置本身是良好的。测试情况如表1所示。

5 原因分析

智光电气生产的DDS-01型接地选线装置与KD-XH型配电网智能化快速消弧系统配合使用。消弧系统在投入补偿后造出一个小扰动, 并通知选线装置进行选线, 选线装置根据小扰动前后零序电流的变化量的大小, 即小扰动值, 并综合功率方向等判据进行选线, 小扰动门槛值为30m A, 发生接地线路的扰动量是最大的。初次故障时消弧选线装置未能正确选出713线路, 装置报母线接地, 其数据如表2。

第二次故障时, 消弧选线装置能正常选出713线路接地, 装置报713接地, 其数据如表3。

根据接地选线装置的记录信息, 发现初次故障时713线路的扰动量为10m A, 小于消弧装置正确选线的门槛值30m A, 同时零序电流超前零序电压, 即Qo<0, 所以接地选线装置无法选出713线路接地, 故报母线接地。当第二次故障时, 713扰动量为137m A, 大于消弧装置正确选线的门槛值30m A, 且零序电流滞后零序电压, 即Qo>0, 所以消弧装置能正确将713线路选出, 第二次故障时能正确选线说明消弧装置不存在问题。第一次713线路接地时, 消弧装置没有正确选出接地线路的原因在于此处故障特征量不明显, 未达到消弧选线装置的门槛值。

6 改进措施及建议

中山局目前使用的消弧选线装置厂家多为广州智光电气和上海思源电气, 两个厂家的设备都曾出现选线失效现象。智光电气采用的接地选线和消弧线圈一体化配合法——在消弧系统投入补偿时先造出一个小扰动, 根据消弧线圈补偿先后各线路的零序电流变化进行判断, 但是故障线路零序电流变化量的大小与接地点的过渡电阻大小有关。过渡电阻越大, 则残流增量越小, 因此它对于高阻接地的判别还是比较困难的。思源电气采用的五次谐波法, 理论上认为消弧线圈所提供的零序五次谐波电流远小于线路电容电流的五次谐波, 因此采用零序五次谐波的幅值和相位进行比较, 将零序五次谐波电流幅值最大, 相位与其它线路相位相反的判别为故障线路。但是在电力系统中, 由于铁芯设备非线性的影响, 必然包含一系列高次谐波分量, 主要为五次谐波, 此外零序五次谐波电流的幅值很小, 易受干扰, 因此存在选线失效的情况[3]。

建议采用消弧线圈并联中电阻的接地方式。并联中电阻选线法是采用接地时在消弧线圈两端瞬间投切并联电阻的方法, 瞬时向接地点注入电流有功分量, 使接地点的电流幅值和相位都有很明显的变化, 采用独特的DK选线法, 可以克服残流增量法接地后调整消弧线圈以及对高阻接地选线不准的缺点, 能对金属接地、高阻接地和母线接地进行准确选线, 选线准确性达到100%[4]。

参考文献

[1]交流电气装置的过电压和绝缘配合DL/T 620-1997[S].中华人民共和国电力行业标, 1997:6-7.

[2]广州智光电气有限公司.DDS-02E型配电网接地故障智能检测装置技术说明书[M].2003:6-7.

[3]消弧线圈自动调谐及接地选线的原理与分析[J].水利水电工程, 2014, 36 (04) :99-103.

荒漠地区铁路选线设计 篇7

1 荒漠地区气候特征

1)地形地貌。

甘库铁路位于内蒙古自治区东部通辽市境内。线路穿越科尔沁沙地,地势由东北向西南方向倾斜。受过度放牧、垦殖等影响,前半段沿线植被稀疏,以固定沙丘及半固定沙丘为主,固定沙地分列其中,局部有流动沙丘。地表植物以沙蒿、雪里旺、沙柳、柠条及杂草为主,宏观覆盖率约40%～70%,低洼处可达80%以上,局部覆盖率低于10%。后半段为大兴安岭南缘内蒙古高原与辽河平原的中间过渡带,总体属低山丘陵区。

2)气象特征。

沿线属中温带亚干旱区,春季干旱多风;夏季炎热,降水集中;秋季凉爽;冬季干冷。按照对铁路工程影响气候分区为严寒地区,沿线地区主要气象要素如表1所示。

2 沿线环境对铁路工程的影响

2.1 风沙

线路受风沙危害线路长度约49 km,占整条线路总长的85.0%左右;因此风沙地段的防护治理是全线路基设计的重点。铁路路基的沙害主要有风蚀和沙埋两种。

1)风蚀。风力对路基的风蚀,可分为吹蚀、磨蚀与掏蚀三种作用。一般迎风坡上部以吹蚀为主,路肩被吹蚀成浑圆状,坡面有吹蚀槽,在边坡下部1/5～1/4边坡高度范围内不遭受风蚀。背风坡以掏蚀为主,从路肩开始风蚀,风蚀物大部分堆积于坡脚,少部分被风带走,边坡下部1/4边坡高度范围内一般不遭受风蚀。风蚀常使路肩宽度不够,严重者枕木外露,影响行车安全。2)沙埋。风沙地区的道床积沙是普遍现象,轻则道碴孔隙贯入沙粒,道心有少量积沙,造成道碴不洁,给铁路上部结构带来一系列危害;重则积沙掩埋轨道,造成停运事故,此种现象一般称为沙埋。

2.2 季节性冻害

按对铁路工程影响的气候分区,甘库铁路沿线属严寒地区,区内均存在较厚的季节性冻土层,新建铁路地基将经受年复一年的周期性冻融循环作用。在上部动荷载反复作用和土体自重作用下,会形成翻浆冒泥等铁路病害。设计施工中应加强地表排水,建筑物基底应置于土壤最大冻结深度以下。

3 工程对铁路沿线环境带来的影响

3.1 对沿线生态的直接破坏

铁路工程建设不可避免的对自然地表进行填挖,改变自然地表原貌,引起沿线生态局部环境变化。铁路线路为线状构筑物,在平面上形成分隔,对沿线动物的生活迁息产生影响,这也是工程对生态最直接的影响。

3.2 噪声、振动

本线投入运营后,列车运行和鸣笛噪声将成为沿线地区的主要噪声源,对沿线居民集中居住区产生影响。

施工期及运营后的环境振动与噪声对于沿线动物也会带来干扰,甚至改变其生活习性。

3.3 废气

施工运输中车辆行驶产生的扬尘,施工营地的炊事取暖等废气污染,会对环境空气质量产生一定影响。同时,附着在植被的枝叶上,影响植被的正常生长。

3.4 废水

工程运营后,沿线车站的生活、办公房屋会产生部分生活污水。

工程施工期间,施工营地机械维修产生的含油污水及施工营地产生的生活污水随意排放,将对周围环境产生一定影响。

3.5 固体废物

工程运营后,固体废物主要来自沿线各站产生的生活垃圾及燃煤锅炉炉渣。上述固体废物如不妥善处理,会对铁路沿线的环境造成污染。施工期的固体废物主要来自施工所产生的建筑垃圾。另外,施工队伍也产生一定量的生活垃圾。

4 荒漠地区铁路选线

4.1 在铁路选线过程中预防沙害

1)在线路延长不多和建筑费用增加不大时,应尽可能绕避有流沙威胁的地段。如不可绕避,线路应在河岸湖湾、固定半固定沙地通过,以减低流沙威胁。并尽可能不通过半固定沙丘的下风侧,避免沙体移动掩埋铁路。并在铁路施工过程中应避免破坏植被,以免沙丘复活,危及铁路安全。2)线路走向应尽量与当地主导风向平行。3)在纵断面设计时,应尽量避免不填不挖,路堑和半填半挖路基多设路堤。4)尽量避免弯道,因弯道最易积沙,特别是路堑部分。如实在不能避免,也应将弯道设在路堤部分,并以凸面迎风。5)路线通过地段应尽可能的接近所需防风固沙材料的产地,以减少工程投资。6)车站、住宅等建筑物,应建在铁路线路通过处的背风一侧,防止附近积沙而蔓延到铁路。

4.2 在铁路选线过程中应该减少对沿线环境的影响

1)缩短线路长度、节约用地是减少对环境影响的最直接方法。

在设计和规划过程中应注意合理选择线路走向,避免重复设线,尽量缩短线路长度,合理选用铁路建设标准和技术指标,适当降低路基高度,减少两侧边坡占地及填挖方取土占地。最大程度减少对生态环境的影响。

2)尽量绕避生态敏感点。

首先应详细调查沿线生态敏感点。为选线找出对环境影响相对较小的路线走廊和环境敏感性较高的区域。在绕避困难时尽量避开保护区核心区和缓冲区,并首先考虑采用隧道或桥梁等对环境影响较小的线路形式。

3)线路绕避敏感区方案比选实例。

甘库铁路在设计之初,线路从瓦房牧场前穿过,如图1中南方案所示。后经调查,该地区为农业综合开发土地治理项目区,通过新打机井眼,埋设地下输水管道,衬砌渠道,修建闸桥涵渠系统建筑物等措施改造低产田10 000亩,改良土壤5 000亩,营造防护林600亩。为了减少对区域的影响,又提出了北方案。对南北两个方案进行了对比。

南方案虽然线路长度较北方案土地近1 km,投资少500多万元,但其穿越的瓦房牧场南侧耕地为基本农田,且为本区域内质量最好的耕地,同时会破坏刚营造起来的防护林;而北方案经过的区域处于治理区的外侧,不仅不会对治理区带来扰动,而且铁路建成后,通过铁路沿线绿化工程,还能为该区域增加一条绿色防护带。通过比较,最终采用了北方案。

5 荒漠地区铁路生态环境保护的工程措施

5.1 减少对沿线环境扰动,维持生态系统持续性

在设计的每一个环节,都应尽量考虑减少对沿线环境的扰动,维持原有生态系统连续性。在施工中合理安排、合并取弃土场,尽量减少临时用地、降低对沿线环境的振动,维持其生态系统持续性。

5.2 工治结合,强化风沙地段的风沙防治

一方面,结合铁路绿化沿线绿化,在铁路用地界内适当位置植树绿化。另一方面,在路基边坡防护中多辅以采用并撒草籽、种沙棘(沙柳、紫穗槐)等植物防护措施。于路堤两侧坡脚外设防护林带,防护林带设置宽度根据风沙程序设置145 m～375 m不等。在半固定沙丘上设防风树枝或沙柳沙障。沿线路长度每侧每千米设机井一眼,并设刺铁丝网防护围栏。

5.3 尽快恢复生态环境

铁路建成以后,原有自然生态系统已被破坏,在工程中就应该考虑帮助生态环境的尽快恢复。对于临时用地在工程完成后应尽快恢复植被;线路两侧取、弃土地点,采取复垦的方法;对工程施工中形成的取弃土场地,整平土地,种草种树。

6 结语

本文通过介绍荒漠地区的特征,分析了荒漠地区铁路建设工程与沿线生态环境的相互影响。介绍了在荒漠地区铁路选线的一些方法和应注意的问题,以及荒漠地区铁路工程实行生态保护的一些工程措施。

摘要：通过介绍荒漠地区特征,分析了荒漠地区铁路建设工程与沿线生态环境的相互影响,介绍了在荒漠地区铁路选线的一些方法,以及荒漠地区铁路工程实行生态保护的一些工程措施,以期有效协调铁路工程与沿线环境的关系。

关键词：荒漠,生态环境,铁路,选线

参考文献

[1]GB 50090-2006,铁路线路设计规范[S].

[2]净文常,李小红.沙漠地区铁路路基沙害及选线设计[J].路基工程,1999(8):7.

[3]锦州铁道勘察设计院有限公司.新建甘旗卡至库伦铁路工程可行性研究[R].2009.