有效接地（共9篇）
有效接地 篇1
0 引言
智能电网必将成为国内外电力行业不可逆转的发展趋势,其对故障检测的可靠性、准确性以及快速性提出了更高的要求[1,2,3]。我国中压配电网中,小电流接地故障是最主要的故障形式,发生故障后很难查找故障点,为避免事故扩大,现场迫切需要一种有效的故障检测技术,而故障信号的有效获取则是实现故障检测需要解决的关键问题之一。
目前小电流接地故障检测方法大多利用零模电流信号[4,5,6,7,8]。对于电缆线路,可以通过安装零序电流互感器获取零模电流信号;对于架空线路,需要安装三相电流互感器来合成零模电流信号,该方法不仅价格昂贵,装置体积庞大,而且需要停电安装,还会给系统带来安全隐患,不利于大面积推广。因此,研究新的架空线路零模电流获取方法具有重要的理论和实际意义。
本文提出一种新的架空线路小电流接地故障零模电流信号获取方法,通过霍尔传感器感应线路下方磁场获取零模电流信号,利用该信号可实现故障选线与定位。
1 基于磁场感应的非接触式暂态零模电流获取方法
小电流接地故障暂态信号与稳态信号相比具有诸多优点,因此被越来越多的专家学者应用于小电流接地故障检测中。暂态信号的频率一般在几百到几千赫兹,此频率下的磁场均可看作准静态场。
在“三角形”和“水平”两种排列方式为主的配电架空线路中,设三相导线无限长且平行于地面,三相导线A、B、C中的瞬时电流分别为ia、ib、ic。在与三相导线垂直的平面内建立如图1所示的坐标系统。三相导线坐标为(Xk,Yk),k=a,b,c,检测点坐标P为坐标为(x,y)。
导线k在测量点P处产生的磁感应强度为[9]
式中:μ0为空气的磁导率;r为检测点与导线的距离;Bkx为水平磁场,Bky为垂直磁场。
水平磁场Bkx可表示为
垂直磁场Bky可表示为
对于三相系统,检测点P处的磁场为三相电流共同作用产生的合成磁场,根据叠加原理可得P点处的合成水平磁场为[10]
合成垂直磁场为[11]
当检测点P水平方向靠近线路,垂直方向离线路较远时,即检测点在线路正下方附近,有x≈Xk,此时Vk很小,水平磁场远大于垂直磁场,垂直磁场分量可忽略,则P点的合成磁场强度约为[9]
根据Karrenbauer变换,变换矩阵为
线路下方磁场为
式中:H0=Ha+Hb+Hc;H1=Ha-2Hb+Hc;H2= Ha+ Hb- 2Hc。
当检测点水平方向靠近线路,垂直方向离线路较远时有:
在“水平”排列的架空线路中有Ya=Yb=Yc,则:Ha≈Hb≈Hc,可得:
三相线路成“水平”排列结构下,式(8)简化为:
在“三角”排列的线路中,如图1所示,有Ya=Yc,则Ha≈Hc,可得:
在配电架空线路中,三相导线之间的距离为几十厘米;导线与大地距离8~10 m,远大于导线间的距离。当检测点离线路距离较远时,可以忽略三相线路位置的不同,有:
Ha ≈Hb
架空线路成“三角形”排列结构下,式(8)仍可简化为:
综合式(11)、(13)可以看出,线路下方磁场与零模电流基本成比例。通过感应线路下方的暂态磁场可以获取小电流接地故障暂态零模电流信号。
2 非接触式暂态信号获取方法在故障检测中的应用
2.1 利用霍尔传感器感应磁场信号
利用霍尔传感器可以感应磁场获取零模电流信号。霍尔传感器由半导体材料制成,当存在垂直极板的磁场B,在薄片两端加直流电,则有相应的电流流过,半导体的载流子将沿着与电流相反的方向流动,在外磁场的作用下,受洛伦兹力的作用,电子向垂直于磁场和自由电子运动的方向移动,并在端面上产生电荷积累。由于电荷积累而产生了电场,电场对电子产生作用力。随着电荷积累的增多,电场增强,电场力增大,当电场力与洛伦兹力对电子的作用达到平衡时,在半导体表面上就形成了霍尔电势[12,13],霍尔电动势可表示为
式中:KH为灵敏度系数,与材料的物理性质和几何尺寸有关。
对于给定的霍尔元件,KH为定值,霍尔电动势的大小仅与施加的控制电流和垂直于薄片的磁场强度有关。当控制电流一定时,霍尔电动势仅与磁场强度有关。通过测量霍尔电动势可以检测磁场信号,传感器结构示意图如图2所示[14]。
2.2 基于非接触式信号获取方法的故障选线和定位
目前我国配电网中,大多中压配电所的出线以电缆转架空线形式,也有许多变电站以架空出线为主。在架空出线中一般只装设两相电流互感器,无法获取零模电流信号。在架空线路出口处、三相线路下方安装磁场传感器获取馈线出口处的暂态零模电流信号,利用幅值、极性、流向等故障特征可以选择故障线路。
在架空线路沿线支撑线路的杆塔上安装磁场传感器,感应线路下方磁场获取零模电流信号,通过有效的故障判据,提取故障特征,根据故障点两侧故障特征的不同可以定位故障区段。
该方法可以兼顾成本和实用性,与高压线路存在较大的电气安全距离,安装维护时不需要停电,提高了安全性。
3 关键技术问题的解决
(1)传感器的安装
水平方向:当检测点在水平方向靠近线路时,磁场强度最大,因此,传感器安装位置应在水平方向上尽量靠近线路正下方,即三角形或者水平排列线路的中间相正下方。
垂直方向:由于检测点较低时,线路下方磁场主要为磁场水平分量,传感器安装时应使水平磁场垂直于半导体表面。因此,综合考虑信号的强度、精度以及工程应用的安全距离,安装高度在线路高度的1/2附近较为合适,也可根据实际情况确定安装位置,总之在安装高度上有较大的安装区间。
由于利用电磁感应原理,传感器应远离导磁物质,尽量选取周围没有其他电磁干扰的位置作为安装点。
(2)恒流源供电
根据霍尔效应的原理,当输入电流一定时,霍尔传感器输出的霍尔电动势仅由外部磁场强度唯一确定,输入电流对磁场测量的准确性起到至关重要的作用。因此需要使用恒流源为霍尔元件提供恒定的电流,以减小测量误差。
(3)传感器的温度补偿
传感器一般安装在户外,温度变化较大,霍尔元件是半导体,因其迁移率、浓度与温度变化明显,所以霍尔元件对温度很敏感。KH会随温度的变化而变化,UH有明显的温度特性,所以必须对温度进行补偿。可以使用恒流源补偿、利用输出回路负载进行补偿、利用输入回路的串联电阻进行补偿、利用热敏电阻及电阻丝等方法进行补偿。
(4)抗干扰性能的提高
空间广播、电视、通信等辐射较强的电磁波,这些高频电磁波信号都在1 MHz以上,与使用的暂态信号频率相差很大,可以通过硬件和软件滤波的方法滤除影响。可采用小波及小波包等方法滤除干扰,提取有效信号,提高装置的抗干扰性能。
4 仿真验证
4.1 仿真模型
一典型10 k V配电系统,线路正序阻抗为Z1=0.17+j0.38Ω/km,正序对地导纳为b1=j3.045μs/km,零序阻抗为Z0=0.23+j1.72Ω/km,零序对地导纳为0b=j1.884μs/km,各条线路等效负荷阻抗统一选用lZ=400+j20Ω。线路长度详见图3所示。三相线路成“正三角形”排列,底边离地面高度10m,导线两两间距0.8 m,导体截面半径0.003 3 m。
为验证波形的相似性,根据式(15)求取两波形的相关系数。
式中:i01、i02分别为相邻两检测点的暂态零模电流;采样起始点n=1为故障发生时刻,n为采样序列;N为数据长度;相关系数ρ反映了两个固定波形i01(n)和i02(n)的相似程度,当两个信号波形完全相似(成比例关系)时,ρ取得最大值1,完全不相似(无关)时,则为0。
4.2 仿真1——不同检测点高度
接地电阻5Ω,故障发生在相电压峰值时,检测点离地高度分别为2 m、4 m、5 m、6 m、7 m的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表1所示。检测点离地高度5 m时的暂态水平磁场与暂态零模电流波形如图4所示。
4.3 仿真2——不同接地时刻
接地电阻5Ω,检测点离地高度5 m,电压初相角为30º、45º、60º、90º时的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表2所示。
4.4 仿真3——不同接地电阻
检测点离地高度5 m,电压初相角为90º,接地电阻5Ω、50Ω、500Ω、1 000Ω、2 000Ω时的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表3所示。
通过仿真可以看出,在不同的情况下,线路下方暂态磁场与暂态零模电流信号相似程度很高,接近1,基本成比例关系。
5 实验验证
由于现场试验条件限制,作者在实验室进行了试验验证。用隔离变压器代替系统电源部分,模拟中性点不接地系统,系统为5条出线。用集中电容代替各线路对地分布电容,各条出线的对地电容分别为:C1=30μF,C2=40μF,C3=15μF,C4=10μF,C5=20μF。变压器原边电压为380 V,副边电压为115 V。各出线三相线路成“水平”排列,导线间距0.5 m,传感器安装在各出线正下方1 m处检测线路下方磁场。出线5发生小电流接地故障时,利用高速数据采集装置获取的各传感器的输出示意图如图5所示。
通过实验可以看出,故障线路下方的磁场传感器输出信号幅值最大,极性与健全线路相反,可以利用其实现故障选线。
6 结论
通过上述分析,可得到如下结论:
(1)架空线路下方水平磁场与小电流接地故障零模电流信号近似成比例。
(2)利用霍尔传感器可以感应线路下方磁场获取小电流接地故障零模电流信号,利用该信号可实现小电流接地故障选线与区段定位。
(3)基于磁场感应的非接触式故障信号获取方法,感应装置投资少,体积小,且与高压线路存在较大的电气安全距离,不需停电安装,安全性高。
小电流接地系统单相接地故障分析 篇2
关键词:小电流接地系统 故障选线
1 小电流接地系统简介
1.1 小接地电流系统的概念
中性点非直接接地方式即中性点不接地系统,包括中性点经消弧线圈接地方式系统,接地故障电流往往比负荷电流小得多,故亦称其为小接地电流系统。标准规定X0/X1>4～5的系统属于小接地电流系统。供电可靠性高,对绝缘要求较高。而在电压等级较高的系统中,绝缘费用在设备总价格中占相当大比重,降低绝缘水平带来的经济效益非常显著,一般就采用中性点直接接地方式,以其它措施提高供电可靠性。在电压等级较低的系统中,一般就采用中性点不接地方式以提高供电可靠性,笔者所在地区没有60kV电压等级,因此35kV及以下系统采用小接地电流系统。
1.2 小接地电流系统的供电可靠性和优点
小接地电流系统供电可靠性高。单相接地故障时,因暂不构成短路回路,接地相电流不大,往往比负荷电流小得多,而且三相之间的线电压仍然保持对称,对负荷的供电暂没有影响,系统仍可继续运行1～2小时,不必立即切除接地相,断路器不必立即跳闸,并不立即对设备造成损坏,从而保证了对用户的不间断连续供电,提高了供电可靠性。
1.3 小接地电流系统的缺点
它的主要缺点是在发生单相接地故障时无法迅速确认问题出在那一条线路上。由于这种故障引起的相电压升高对系统性能构成很大威胁,必须迅速查出故障线路并加以排除。复杂局域网尤其是经消弧线圈接地的电网,在接地情况下,如何准确及时选出故障线路对于配电自动化的实现有着重要的意义。
1.4 阳煤矿区35kV电网简介
阳煤集团阳泉矿区电网始建于1984年。25年来随着煤矿生产能力的不断提高,供电网络逐年拓展,已形成了一个规模庞大、结构复杂的电力系统。目前阳煤矿区电网已经形成一个以矿区110kV变电站为唯一电源,接带局域内24个35/6kV用户变电站,两个自备热电厂和三个煤层气发电站。当局部区域因接地造成系统隐患时,如果不能及时排除故障接地线路,将严重威胁到矿井的安全生产。
2 小电流接地系统故障选线
2.1 故障选线的不同原理及其应用
2.1.1 80年代后期研制出的全国第一代选线装置。由于理论和技术上的局限,灵敏度和准确率都不高,90年代后都相继退出了运行。
2.1.2 20世纪初涌现出了以KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置为代表的新一代选线装置。克服了第一代小电流选线产品存在的诸多影响选线准确率的问题,将各种选线判据有机地集成充分的判据,并与多种数据处理算法和各种选线方法融为一体。构成了各种判据有效域优势互补,能适应变化多端的单项接地故障形态的多层次的全方位的智能化选线系统。KA2003系列89选线装置实时采集系统故障信号,应用多种选线方法进行综合选线,具体包括:智能群体比幅比相法。谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法、零序电流突变法。装置通过确定各种选线方法的有效域,根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估,应用证据理论将多种选线方法融合到一起,最大限度的保证各种选线方法之间实现优势互补。我想重点介绍一下比幅比相法和谐波法:
智能型比幅比相方法的基本原理是:对于中性点不接地系统,比较母线的零序电压的幅值和相位,故障线路零序电流相位应滞后零序电压90°并与正常线路零序电流反相,若所有线路零序电流同相,则为母线故障。
谐波方法的基本原理是:对于中性点经消弧线圈接地系统,对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态,如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分,则比较所有线路零序电流分量的幅值与相位,故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相,若所有线路零序电流电流同相,则为母线故障。
2.1.3 90%以上的小电流接地系统仅安装有两相CT。对这种仅装两相CT小电流接地系统, 至今尚没有理想的接地选线和故障定位方法,仍不得不沿用原始落后的拉路法进行接地选线。两相CT接线的小电流接地系统的单相接地选线与故障定位问题,成为技术难题。山东山大桑教授关于“S 注入法”的提出,是继零序电流法之后,在小电流接地系统单相接地选线及定位方面又一突破,它解决了困扰电力系统几十年的两相CT架空馈线的单相接地选线问题;进一步完善了小电流接地系统两相CT接线体制,避免了为单相接地选线加装B相CT和拉传输零序电流的电缆,从而简化了变电所的一、二次设备,起到了很好的经济效益和社会效益。
此装置由主机和信号探测器两部分组成,主机通过五芯电缆接于PT二次侧(A、B、C、N、L),实时监控三相四线PT的相电压和零序电压运行情况,判断是否有接地故障发生。当发生接地故障时,主机通过PT二次侧向接地相注入一种特殊的电流信号,如图1(1),该电流信号耦合到PT的一次侧,将沿接地线路的接地相流动并经接地点入地,与大地形成电流环,如图1(2)。信号探测器为该特殊信号电流的接收装置,采用高灵敏度无线传感器,对探测到的信号电流经高精度A/D转换后进行滤波,取出注入信号电流并找出故障线路。它只反映注入信号电流而不反映工频及其他各次谐波和零序电流。用于具有配电网自动化系统中时,故障启动后,各个分段开关处的信号探测器利用通讯网络将信号传送到主机,根据故障馈线上各个分段开关传送的对特殊信号电流的探测结果,自动判别故障线路并上传调度中心。
2.2 小电流接地系统发生接地故障时如何快速定位
对于小电流接地系统,如何快速查找单相接地故障,我给大家介绍一些简单可行的方法。
2.2.1 人工查找方法 如果变电站内没有安装接地选线装置,线路上也没有安装接地故障指示器或者短路接地二合一故障指示器,也没有很好的接地故障探测仪,那就只好采用人工查找的笨办法了。查找步骤如下:
①通过人工(或调度,以下同)依次拉闸,可知道变电站哪条出线接地,通过调度知道哪相接地。
②接下来有两种方法来查找故障点:一是将线路逐级分段,或者将经常有故障的线路拉开,用2.5kV摇表测接地相对地绝缘,绝缘电阻小的那段为故障段,以此缩小查找范围(当然,在变电站出线侧一定要做好挂接地线等安全保护措施);二是将线路尽可能分段,然后逐级试合送电,与调度互动配合,有零序电压报警时该段为故障区段。
人工查找方法操作很麻烦,如果线路长、分支多、开关分段又少,那就不好操作了,再加上天色和天气不佳,那就更不好处理了。建议还是采用一些设备投资少的科技手段来配合人工查找,可取得事半功倍的效果,既提供了供电可靠性和社会效益,也创造了经济效益。
2.2.2 利用接地选线装置和故障指示器来查找
变电站一般都安装了接地选线装置,虽然有时不准,但可以为人工拉闸提供技术参考。然后在线路上安装一些接地故障指示器(或者短路接地二合一故障指示器),以此指示接地故障途径。目前比较可靠的接地故障检测方法是采用信号源法,比较灵敏的的接地故障检测方法是采用首半波法或者直流暂态分析法。建议采用两种接地故障指示器相结合的方法来查找接地故障比较好,以信号源法为主,以首半波法或者直流暂态分析法为辅。
2.2.3 改变中性点接地方式来查找
配电系统采用中性点不接地或者经过消弧线圈接地方式,有利也有弊。针对故障查找困难的“弊端”和由此带来的一些人身财产安全问题,用户自己也在做进一步的思考,思考出来的方案主要有两种:
①将中性点改为经小电阻接地。改造以后,利用出口断路器的零序两段保护功能和短路故障指示器,基本上可以解决掉70%左右的接地故障查找问题,但还有30%左右的中阻和高阻接地故障不好查找,可能还存在与线路熔断器的保护配合问题。针对这种系统,目前比较好的解决方法是利用数字化的故障指示器,将线路零序电流(电缆)、线路总电流(架空)、对地绝缘电压(架空)等指示器的测量数据通过通讯网络发送到调度系统,经综合分析变电站实时和历史信息,可判断接地点位置。
②中性点改为小电阻+断路器或者中电阻+高压接触器的模式。断路器或高压接触器平时处于分位,只有当检测到系统零序电压抬高以后才延时合闸,短时变为小电阻或者中电阻接地,然后通过以小电阻接地方式下的检测方法来查找故障。另外,由于中性点电阻的通断可以灵活控制,则可以在消弧线圈动作以后,再以一定的合分时序来控制电阻的通断,以便让保护装置动作或者让接地故障指示器识别该信号并指示出接地电流途径。
2.2.4 复杂35kV电网(以我们阳煤矿区35kV电网为例)接地下的综合查找
阳煤110kV枢纽站及其一级35kV站安装了“S注入法”及KA2003两套独立的小电流接地选线系统,且在调度安装分析软件,通过光纤网将数据传回调度,经统计约70%的接地选线比较正确(两套系统判断统一),能及时将接地线路和设备隔离。约30%的情况判断不准确(两套系统判断不统一),此时通过执行接地处置预案,将两套接地选线选出两个区域利用枢纽站母联与非选线区域分成两个相对独立的35kV子系统,经统计接地点多在小电流选线选出的两个区域,此时继续通过枢纽站将其中一个区域倒至另一区域,可确定接地区域,从而进一步通过接地区域的选线装置逐步缩小范围,最终将接地点隔离,实践证明,此种综合查找接地的方法快速、准确、效果明显,特别适合复杂35kV电网接地的查找。
参考文献:
[1]BA2008小电流选线装置说明书.
[2]TY-03微机小电流接地选线装置说明书.
作者简介:
有效接地 篇3
【案例一】《生活数学》教学情境创设。
师:新学期, 新开始, 我们也已经互相认识了, 想更多地了解老师吗?
生:想。
师:一张身份证为你揭秘本人。
(课件展示教师身份证)
师:根据你的经验, 对我有了怎样的了解呢?
生:我知道了你的家庭住址、出生年月。
师:根据这个出生年月能算出我今年的岁数吗?
生:31, 31 (叫起来) 。
师:其实身份证的好多信息都隐含在身份证号码中, 谁愿意为我们解释一番。
生:身份证一共有18位数, 前6位表示地址, 接下来8位表示出生年月, 最后4位是功能码, 其中倒数第2位表示性别, 奇数为男性, 偶数为女性。
师:回答的全面并且准确, 真棒!
师:课前我还有幸要到了咱们班长的身份证号码, 想研究一下吗?
生:想。
(过程略)
师:看来数学与生活联系紧密, 今天我们一起来学习《生活数学》这部分内容。 (揭示课题)
……
【分析】直接的课堂导入方式的运用。
情境导入不必于过分花哨, 对于初中学生而言, 直接有效的情境也能激发学生的学习兴趣, 引发学生参与课堂、探索知识的热情, 本案例中, 教师以自身身份证为例, 引发学生产生对新老师了解的欲望, 在观察中让学生将对教师的兴趣转移到对数学本身的兴趣, 学生在此过程中, 调用了以往对数字信息知识的积累, 迅速接近了“最近发展区”, 有效地奠定了学习开展的基础。再用班长的身份证让学生观察, 感知数学与生活的联系, 从而引出课题, 这样的情境简单、简约, 甚至不像创设的情境, 整个过程看上去是那么的自然, 宛如家常对话, 但却实际起到了引入新课, 拉近学生与课堂距离的效果。
【案例二】《勾股定理》教学情境创设。
师:第一次到你朋友家去做客, 你往往会关注什么?
生1:礼貌。
生2:我关注朋友家的布局。
师:可是有一个人却在朋友家做客时有了一个重大发现, 想了解一下吗?
生:想。
(课件播放古希腊著名的数学家毕达哥拉斯在朋友家做客时由客厅里的地砖发现等腰直角三角形三边间的关系的故事)
师:看了故事, 知道这个人是谁吗?
生:是毕达哥拉斯。
师:他有什么发现?
生:他发现了等腰直角三角形三边之间关系。
师:想实际验证一下吗? (提供几组数据, 过程略)
师:那么一般直角三角形三边之间有这样的关系吗?大家猜一猜。
生 (齐) :有。
师:事实胜于雄辩, 你可以证明你的猜想吗?请大家小组合作, 对这个猜想加以研究。
……
【分析】数学史实的课堂导入方式的运用。
初中生对数学故事和数学史实已经有了一定的了解, 数学本身对学生的吸引力就已经很大, 再加上一些带有传奇色彩的故事, 激发了学生内心对于“传奇故事”了解的渴望。在数学课堂上, 如果用与数学相关的数学史实、故事、趣事引入, 学生的注意力会立刻集中到课堂起来, 集中到对相关知识的关注, 本节课的情境创设就很好地利用了这一点, 学生在上课时也许对教学内容已有一定的了解, 但是教师在课堂导入时却抛出了一个看似与本课毫不相关的问题, 引发学生的好奇, 及至通过课件学生了解了勾股定理的由来, 情绪便被调动上来, 内心也渴望尝试, 渴望成功, 建立在这样的情绪上的数学教学也随之变得简单起来。
【案例三】《圆与圆的位置关系》教学情境创设。
师:听过日食吗?你对日食有哪些了解?
生1:日食是一种天文现象。
生2:日食是太阳被月亮挡住了。
师:老师为你们的知识广泛叫好, 想亲眼看看日食吗?
生: (欢呼) 想。
(课件播放日食视频资料)
师:奇异吧?如果我们用两个圆来画出刚才的情境, 两个圆之间有什么位置关系呢?请大家自己画一画, 有困难的可以借助两个圆片摆一摆。
生自主尝试后展示交流。
……
【分析】融合其他学科知识的导入方式的运用。
学习中各学科知识并不是相互割裂的, 许多知识是相通的, 从与数学教学相关的学科知识引入也是教学情境创设的一种方式, 本案例中圆与圆的位置关系教学用日食过程作了一次直观演示, 既激发学生的兴趣, 又给学生留下一个印象, 让学生在探索两圆位置关系时有所依托, 这样的引入功效明显, 很接“地气”。
有效接地 篇4
一、概述
采用中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往注比负荷电流小得多，这种系统称为小电流接地系统，叶县局的35KV和10KV系统都属于小电流接地系统。
小电流接地系统发生单相接地故障时，接地点将通过接地线路对应电压等级电网的全部对地电容电流。如果此电容电流相当大，就会在接地点产生间隙电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加。在电弧接地过电压的作用下，可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使故障扩大。在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少，以致自动熄弧，保证继续供电。
小电流接地系统发生单相接地故障时，由于中性点发 生偏移，对地具有电位差，其相间电压不平衡。而线电压的大小和相位不变，即三相线电压仍为平衡，并且系统的绝缘又是按线电压设计的，所以允许不立即切除故障继续运行。允许带单相接地故障运行的时间，35KV系统决定于消弧线圈的允许运行条件，10KV系统决定于设备绝缘，一般规定为两个小时。有单相接地故障时，应监视消弧线圈的上层油温，不能超过85℃（最高限值95℃）。
二、发生单相接地故障的原因与象征
1、发生单相接地故障的原因
①设备绝缘不良，如老化、受潮、绝缘子破裂、表面脏污等，发生击穿接地；②小动物、鸟类及外力破坏；③线路断线；④恶劣天气，如雷雨大风等；⑤人员过失。
在某些情况下，系统的绝缘没有损坏，由于其它原因，产生某些不对称状态，也会发生接地现象。如电压互感器一相高压保险熔断，报出接地信号。接地故障时，故障相对地电压降低，另两相升高，并且线电压不变。而高压全相熔断时，对地电压一相降低，另两相不会升高，线电压指示则会降低。
2、单相接地故障的事故象征
1）报出预告信号，“××千伏×段母线接地”亮。“消弧线圈动作”。
2）绝缘监察电压指示：不完全接地时故障相降低，另两相升至高于相电压；完全接地时一相电压为零，另两相等于线电压。稳定性接地故障时，电压指示无摆动；若指示不停地摆动，则为间歇性接地故障。
3）不完全接地时，中性点位移电压移电压表有一定的指示；完全接地时中性点位移电压表指示为相电压值。
4）消弧线圈的妆地告警灯亮。
5）发生弧光接地，产生过电压时，非故障相电压很高。电压互感器高压保险可能熔断，甚至可能会烧坏电压互感器。
三、接地故障的查找处理
下面通过两则事故预想来说明小电流接地系统单相接地的处理。
一次运行方式（35KV部分）：35KV南北母、南#1、#2主变、#1、#2站用变运行，其他10KV分路均作馈线运行。二次保护均按正常方式运行，南#1、#2站用带全站低压负荷，直流系统分网运行。天气：晴。
事故甲：
1、警铃响，综自机报出“35KVⅠⅡ母线接地”，35KV中央信号画面索引各回路接地动作光字牌亮。35KV各分路微机保护屏均显示“装置报警”，“接地”信号。
2、检查绝缘检查表计，A相电压为零，B，C两相升为线电压，经检查为35KV系统A相接地。
3、穿绝缘靴检查站内35KV设备，发生剧烈放电声，南#1消弧线圈、南#1主变侧接地指示灯亮。汇报调度35KV系统A相100%金属性接地，巡视检查发现田南1开关线路侧A相瓷瓶击穿接地，其它设备无异常。
4、根据调度命令，在田南1甲刀闸处铺绝缘垫、戴护目镜，在田南1甲线路侧验明有电后，拉开田南1甲，田南1北刀闸，检查接地信号消失。合上田南1保护电源开关，断开田南1开关。
5、根据调度命令，对田南线停电解除备用作安全措施。通知检修人员，做好记录。
事故乙：
1、警铃响，后台机报出“35KVⅠⅡ母线接地”“消弧线圈动作”。
2、检查绝缘检查表计，C相电压明显降低，A，B两相电压升高，但不高于线电压，经检查为35KV系统C相接地，汇报调度。
3、穿绝缘靴检查站内35KV设备，南#1消弧线圈及临近出线线路未发现异常。
4、根据调度命令断开350开关分网运行缩小范围，“35KVⅠ母线”信号消失。用瞬停法断开南35KVⅡ母分路开关，当断开田南1开关时“35KVⅡ母接地”信号消失，汇报调度。
5、根据调度命令，对线路停电解除备用，汇报调度。
6、恢复35KV系统正常运行方式，加强巡视，做好记录。
对于事故甲，发现站内设备故障，倒运行方式，用开关断开故障点。对于事故乙，检查站内设备未发现问题，利用了“瞬停法”选择出故障线路。
由此可以看出单相接地故障的查找、处理方法；
1、判明故障性质和相别，汇报调度。
2、利用接地选线装置查明故障线路。
3、按调度命令，分网运行缩小范围。
4、穿绝缘靴，检查站内设备有无故障。
5、检查站内设备未发现问题，利用“瞬停”法查找接地故障线路。
6、检查发现站内设备故障。
1）若故障点可以用开关隔离，应汇报调度，转移负荷以后，断开开关，将故障设备解除隔离；
2）若故障点只能用刀闸隔离，不能用刀闸拉开接地故障和线路负荷电流。应汇报调度，用倒运行方式的方法，隔离故障点。不能倒运行方式的，可以用人工接地法，转移接地故障点，再用开关断开故障点；
3）故障点在母线上，无法隔离，故障母线应停电检修。双母线的可以将全部负荷倒至另一段母线上供电。
7.汇报有关上级，故障设备停电检修。
四、结束语
查找处理单相接地故障时的注意事项：
1）检查站内设备时，应穿绝缘靴。接触设备外壳、架构及操作时，应戴绝缘手套。2）带接地故障运行期间，严密监视电压互感器的运行状况，防止发热严重而烧坏，注意判断高压保险是否熔断。3）系统带接地故障运行时间，一般不能超过2小时。4）发现电压互感器、消弧线圈故障或严重异常，应断开故障线路。严禁在有接地故障时，拉合消弧线圈的刀闸。5）用“瞬停法”查接地故障线路，无论线路上有无故障，均应立即合上。瞬停时间应小于10秒钟。6）观察、判定接地故障是否消失，应从信号和表计指示情况结合判定，防止误判断。
有效接地 篇5
关键词：电子通信工程,设备,抗干扰接地,有效方法
一、抗干扰接地概述
电子通信工程中设备在正常运行时,接地方式和技术对设备安全运行十分关键,只有设备的地线没有电压的存在情况时,才可以实现安全状态。设备实际正常运行时,信号源需要借助地线回流,这就可以使地线因为阻抗而产生了电位的差异,一旦接地的方式出现了问题,就可能造成地线出现电位差,进而对整个电路正常的工作和运行产生很大影响。因此,电子通信工程内的设备,需要使用一些抗干扰的接地于段,以便使电位成为等电位,确保整个工程内设备的正常安全运行。电子通信工程的系统相对比较复杂,产生干扰的因素也非常多,提高设备抗干扰的接地质量,需要按照一定原则进行。
二、国内电子通信工程中设备使用的现状
目前,国内电力体系中,大部分设备正常运行时的电压为220V,如果出现了意外情况,设备因为某些原因出现漏电现象,人们在进行具体操作时,没有进行良好绝缘,就可能使地面设备与人体形成流通电路,如果在电流相对较小时,人可能出现麻感,但是如果电流大l0m A,人的生命就可能受到严重威胁。因此,需要借助接地方式,使设备的壳体和大地相连接,进而使设备内的电荷引入大地,确保相关人员操作的安全。
电子通信工程内设备对接地质量的要求比较高,接地体相关的参数与性能也需要满足相关的标准与规范,电阻需要在4欧姆以下。对接地体进行安装时,需要遵守相关的规定严格进行,对一些体型较小的设备来说,安装接地体的常规方式为:第一,先要对选择lm2或者以上的铜板或钢板进行选择,在对预算进行控制的前提下,尽可能选择那些具有较好导电的性能以及更大面积的。第二,选择以后需要把钢板或者铜板埋入地下2米,并用导线和设备壳体进行连接。对一些体型较大的设备,要对性能更高的接地体进行选择,然后加深埋地的深度,在对接地体进行下埋时,可以在其四周撒食盐,以便提高其性能。
三、电子通信工作内设备抗干扰接地有效的方式
1、要使接地的阻抗的得到降低。地线的阻抗对地线中各点点位都有很大的影响,对整个电路运行都有干扰作用,因此需要提升设备抗干扰接地的质量,可以使用多点阶段方法降低抗阻。在一些高频的电路内,地线阻抗主要源于电感和电阻。电感在地线的阻抗内是很重要的因素,地线如果越长,电感内出现的阻抗也就越大。因此在这种电路的系统内,要尽可能使用多点接地方式降低导线长度,换句话说,就是尽可能使系统内全部接地点都借助地线和最近接地面进行连接,地线的材料也要尽量采用铜片,借助降低电感值,使地线的阻抗得到降低,这时需要注意使全部导线都要保持合适距离。在一些低频的电路内,对地线的阻抗产生影响的主要是电阻,电阻如果越小,地线的阻抗也就随之变小。按照地线电阻值的公式,地线材质与长度一定的前提下,适当增加地线横截而积,可以使地线电阻得到降低,进而使地线的阻抗得到有效的降低。
2、需要使地环路的干扰得到降低。多点接地的方法虽然可以使地线的阻抗得到有效的降低,但是却会引发地环路现象,而且,接地的平而与电路的元件之间还有一些分布电容存在,电流在流经分布电容时,就可能出现接地的回路。地线内有电流通过时,会出现一定电压,如果其交变电磁场相对较强,因为地环路结构的特点,就会受到电磁感应影响,进而使回路过程出现感应电压。如果磁场强度到达一定标准,回路的面积增加,就会造成感应电压加人,进而使相应电路或整个电子设备的电磁兼容性等受到很大影响。要想使地环路干扰得到有效降低,借助光电耦合器或者其他的方法抑制或者切断电路内地环路的电流。在一些低频的电路内,可以使用平衡电路方式,使地环路对电子设备干扰的能力得到降低,因为接地点位置和数量对地环路对电子设备干扰的能力有直接的决定作用,因此需要对接地点位置和数量进行科学、合理的设计,进行准确定位。此外,对信号源和人地进行有效隔离,也可以消除地环路的结构,防止因为电位差对负载产生影响,进而降低对设备产生的干扰作用。
3、还要对下列问题进行关注。在实际的工程中,还要注意电子通信设备内负载和其他的地线相分离,要对信号源的地线和测量的装置进行合理的连接,这对提升整个系统抗干扰的能力有很大帮助。模拟和数字信号的地线要分别进行设置,防止数字信号对模拟信号产生的干扰作用。模拟信号很容易受到干扰,因此其地线连接、面积和走向都有很高要求,在实际的过程中要多加注意。
参考文献
[1]徐健.浅析电子通信工程中设备抗干扰接地的有效方法[J].通讯世界,2016(13).
[2]熊欣,韩大伟.浅谈电子通信工程中设备抗干扰接地措施[J].电子制作,2013(2).
[3]丁晓萍.试论电子通信工程中设备抗干扰接地的有效方法[J].成才之路.2012(2):89-89.
有效接地 篇6
鉴于井下线路全部为电缆, 单相接地电流较大, 煤矿6 k V电网运行过程中, 一旦出现接地故障, 将引起严重安全事故[1]。此外, 煤矿井下存在瓦斯、粉尘等危险源, 煤矿电网出现接地故障时, 大电流引起的弧光可能会导致瓦斯爆炸, 因此对故障电流进行控制十分必要。
当前, 比较常用的选线方法是通过控制暂态零序电流, 从而对故障电流进行控制。王晓卫等提出了一种基于小波去噪和改进RBF神经网络的接地系统故障选线方法, 该方法不受故障相位角和接地电阻的影响, 可靠性较高[2];刘渝根等考虑了故障线路与正常线路间的零序电流小波包分解系数极性关系, 提出了一种利用故障暂态信息进行选线的方法, 有效提高了谐振接地系统单相接地故障选线的准确性[3];姜维胜针对小电流接地系统的3种中性点接地方式进行研究, 对比了不同故障选线方法的基本原理和优缺点[4];苑博等提出了一种基于暂态小波能量的接地系统选线方法, 有效解决了相电压过零点附近故障选线不精确问题[5]。暂态零序电流方法识别不同故障线路的电流差异是难点, 而且出现错误的可能性较大。因此, 在配电网技术发展过程中, 混合选线技术越来越进步, 对不同线路波形识别精度越来越高。然而, 在面临目前馈线结构复杂的情形时, 相关计算工作仍然面临较多困难, 主要体现在计算量大、计算准确度偏低等方面[6]。
针对暂态信息处理难度高的特点, 提出小波故障分析方法, 通过小波包分解来进行系数求解, 从而解决选线计算复杂的问题;为验证计算方法精确度, 通过仿真分析对选线方法的效果进行模拟。希望对提升故障选线方法准确度、改善中性点非有效接地系统运行质量有积极作用。
1 小波变换基本理论
1.1 小波包变换原理
小波是应用数学中一种十分重要的函数, 其对解决复杂工程问题具有重要意义[7,8]。小波函数有多种类型, db族其中理论和应用实践比较成熟的。db族小波函数在支撑长、正则指数以及消失矩阶数等方面均具有特点 (表1) [9,10]。
本文运用db5小波函数进行频带信号计算, 从而完成测距及选线。在确认线路暂态零序电流最终频带时, 将依据其能量最大化值进行评估[9]。在完成零序电流分解后, 不同频带所具有的能量存在差异, 其计算公式为:
式中, ωk (j) 为子频带下分解系数;j为分解层数量;k为j层节点符号;n为采样点。
1.2 综合模值差系数确定
在完成db5小波分层后, 如果各个频带能量相等, 则需要进一步计算目标线路与各个小波分解系数的差值。假设, 现有两条可能存在故障的线路a及线路b, 则二者对应的分解系数模值差计算公式为[11]:
式中, ωa (n) 为线路a小波分解系数;ωb (n) 为线路b小波分解系数。
为确保选线算法的准确度以及合理性, 需要避免模值差与小波系数存在相关性[12,13]。为此, 需要对式 (2) 中的参数取绝对值。按照同样的理由, 须按下式计算线路a及线路b所对应的系数模值和:
进一步地, 可通过式 (4) 计算线路a的综合模值差系数:
式中, Ea为综合模值差系数;l为出线回路数量;eam为模值差系数向量。
1.3 综合相关系数确定
为对多个信号变量进行研究, 现假设有2个实信号波形 (连续型) , 分别记为x (t) 、y (t) , 则可通过下式计算二者的相似度[14]:
式中, t为分析时刻;σ为差异系数;λ为常数。
对式 (5) 中的平方求双重积分, 则可得:
为计算线路a与其他线路的相关性, 可根据式 (6) 求得相关系数向量ρa[16,17]。若对ρa取平均值, 则可得综合相关系数, 其计算公式为:
根据式 (4) 和式 (7) , 分别可求得综合模值差系数、综合相关系数。在对中性点非有效接地系统进行分析和设计时, 这2个参数所起作用存在差异, 对线路故障的发生也有着不同程度的决定价值。因此, 本文对二者分别赋予一定的权重。基于此, 可按式 (8) 描述线路故障特征值:
在运用式 (8) 时, 依据以下规则进行判断:若Za绝对值越小, 表明分析对象为故障线路的概率越小;反之, 为故障线路的概率越大。
2 故障选线方法
对Mat Lab仿真得到的零序电流进行db5小波4层分解[18]。对不同线路的小波分解包系数进行排序, 确定特征频带。如果所有线路的特征频带相同, 则最大故障特征值为负数, 说明出线上并未发生接地故障, 由此判断接地故障出现在母线上;如果某条线路最大故障特征值为正数, 则接地故障出现在该线路上[19,20]。当各个线路特征频带不同时, 采用5次谐波电流幅值极性比较法确定故障线路, 故障线路的五次谐波电流幅值最大且方向与正常线路相反。
在对故障线路进行选择时, 需要对电流谐波赋值进行测量与比较[13]。对其中电流谐波赋值最大者, 为故障线路的可能性也最大, 可对其进行初步确定。对零序谐波电流, 可在频带 (4, 1) 上分别计算多个故障特征值, 对计算结果进行排序:
依据式 (9) 的计算结果, 需要依据Zmax正负值特征进行后续判断。当Zmax为负值时, 可初步判断母线存在接地故障;当Zmax为正值时, 可初步判断该最大值所对应的线路存在接地故障。
基于初步判断, 需要对潜在故障线路的零序电流作小波包分解。在分解时, 需要首先求取线路最大值与其他线路的小波包分解相关系数, 其计算公式为:
式中, ρml为小波包分解相关系数, 若ρml全部小于0, 则可确定为故障线路。
3 仿真分析
3.1 模型建立
仿真分析时, 以某矿区变电站6 k V母线及其5回馈线为研究对象。利用采集器采集实际数据, 并通过ATP-EMTP软件构建分析模型 (图1) 。
线路1与线路5性质为架空—电缆混合型, 长度分别为3.4, 7.6 km;线路2以及线路3为电缆型, 长度分别为5.2, 2.3 km;线路4为纯架空型, 长度为8.8 km。各馈线具体参数见表2。
在仿真分析过程中, 将采样频率设置为4 000Hz, 并取步长Δt=2.50×10-4s。采用仿真模型计算故障点位置、故障时刻和故障点过渡电阻等参数, 在各回馈线母线侧安装电流检测探针, 用于采集各回馈线发生故障时的三相电流。通过ATP-EMTP以及MATLAB软件进行小波分解和选线分析, 计算出故障特征值Zi后进行再判断。
km
注:R1为千米正序电阻;L1为千米正序电感;C1为千米正序电容;R0为零序电阻;L0为零序电感;C0为零序电容。
3.2 仿真结果
3.2.1 纯架空线路故障
线路4为纯架空线路, 假设故障合闸角等于0°时, 距离线路首端3 km处发生接地故障, 故障点的过渡电阻为510Ω。在MATLAB中得到不同馈线的零序电流, 经过db5小波分解, 识别各馈线能量分布。图2为纯架空线路小波分解能量对比结果。
由图2可知, 经过暂态零序电流分解, 各馈线在频带 (4, 1) 上的能量比存在差异。
其中, 线路1与线路3的能量比为67.2%, 而线路4的能量比达到87.5%。根据上文讨论, 可计算出各线路故障特征值, 结果见表3。
由表3可知, 在所有馈线中, 故障线路为线路4, 其所对应的故障特征值为Z4=0.472。根据该结果, 可以作出判断:线路4上存在单相接地故障。
3.2.2 纯电缆线路故障
线路2为纯电缆线路, 在对线路2进行故障选线仿真时, 需要将合闸时间设定为0.01 s, 将合闸角设置为90°, 故障点假设在1.64 km且其过渡电阻为1.13Ω。那经过db5小波分解后, 可得其各个分解系数对应的能量比, 计算结果如图3所示。
由图3可知, 经过db5分解, 各个馈线的频带相同, 为 (4, 15) 。进一步, 需要计算各线路相关系数等, 结果见表4。由表4可知, 故障线路为线路2, 其所对应的故障特征值为Z2=0.932。根据该结果, 可以作出判断, 线路2上存在单相接地故障。
3.2.3 线—缆混合线路故障
线路5为线—缆混合线路。对线路5, 为判断其是否存在接地故障, 将合闸时间设定为0.005 s, 合照角度设定为0°, 故障点设置为距离首端1.5 km处, 故障点的过渡电阻为1.21Ω。采用db5小波包进行4层分解, 得到小波系数能量比计算结果如图4所示。由图4可知, 各个线路能量分布频带存在差异。因此, 需要进一步计算各线路的相关系数等参数, 结果见表5。
由表5可知, 故障线路为线路5, 其所对应的故障特征值为Z5=0.688。根据该结果, 可以作出判断:线路5上存在单相接地故障。
3.2.4 母线故障
将接地开关的合闸时间t设置为0.005 s, 合闸角设置为90°, 假设故障发生在母线上, 过渡电阻设置为1Ω。经过db5小波4层分解后的能量分布结果如图5所示。
由图5可知, 各线路能量分布特征存在差异, 特征频带也不同。因此, 需要进一步计算各线路的相关系数等参数, 以便计算故障特征值, 结果见表6。
由表6可知, 各线路Zi均小于0。于是可判定:母线上存在接地故障。
4 结语
有效接地 篇7
变电站接地装置是维护站内大型电力设备及运行人员安全的可靠保证与重要措施[1]。当发、变电站遭受雷击或者系统短路故障后,如果站内接地网接地阻值偏高或者材料、结构布置不合理,不仅会使得变压器等重要电力枢纽设备承受过电压造成绝缘破坏的危险,还将造成变电站内外一定区域内的电位偏高,给运行人员的人身安全带来潜在的威胁[2,3]。因此,在变电站接地网的设计及改造时,除了关注变电站接地网的接地电阻值以外,应该综合考虑材料本身对大型接地网的潜在影响。根据IEEE总结的几种变电站接地网常见事故类型,新型石墨复合接地材料在大型接地网使用时,除接地网接地电阻之外,还应着重考虑与接地网电位升有关的几个参数:网内电位差、网内电位差百分数、接触电压及跨步电压[4]。
国内现行变电站接地网一般以扁钢、镀锌钢最为常见,虽然钢材料成本较低,但钢材料耐腐蚀性差的缺点使得接地网多次测量、检修、改造等二次投入增加[5,6]。近年来,为减少变电站接地网钢材料的腐蚀造成的全寿命周期成本的追加,材料成本较高的铜、铜包钢等接地材料也开始逐渐投入使用。
本文从变电站接地网铜、钢以及铜包钢接地材料实际应用存在的问题出发,对比分析了铜、钢以及铜包钢接地材料腐蚀及运行维护情况,采用CDEGS计算软件[7]对比分析了典型接地网设计中不同土壤条件和不同接地网面积下,铜、钢接地材料在接地电阻、网内电位差、接触电压以及跨步电压的具体差别,为接地网的优化改造提供一定的参考。
1 变电站接地材料的腐蚀
从实际调查情况来看,我国变电站接地网仍以镀锌钢作为主要的接地材料,在一些土壤条件比较差、腐蚀性较强的新建变电站,已经广泛使用铜和铜包钢(镀层厚度一般在0.25 mm以上)接地材料从国内外研究情况来看,铜的耐腐蚀性一般为钢的4倍以上,尽管铜接地网一次建设投资高,但基本可以做到免维护[8]。镀锌钢或者普通钢接地材料易受土壤腐蚀,个别地区使用5～7年腐蚀已近一半,近年来我国出现多起由接地网腐蚀问题酿成的安全事故,如1981年广东员村220 kV变电站、1986年广西合山电厂110 kV开关站、1989年南京热电厂、1985-1986年湖北省胡集、潜江、武钢等3个220 kV变电站、1994年四川华莹发电厂、2009年六安牵引变电站等都曾因变电站接地网腐蚀引发大面积停电,损失严重[9]。
文献[10]给出了镀锌钢和铜包钢接地体的耐腐蚀性能对比,试验结果说明在该土壤条件下铜包钢能显著改善接地体腐蚀,而镀锌钢防腐性能较差实际施工应注意到,铜包钢接地材料在施工时应避免电镀层的破损,否则将形成局部化学原电池加速内芯钢材料的腐蚀。本文对几种接地材料在变电站应用时的接地特性做简要对比分析
2 土壤电阻率对几种接地材料特性的影响
根据IEEE总结的几种变电站接地网常见事故类型,新型石墨复合接地材料在大型接地网使用时,除接地网接地电阻之外,还应着重考虑与接地网电位升有关的几个参数:网内电位差、网内电位差百分数、接触电压及跨步电压。因此,本节运用CDEGS接地计算软件对不同土壤条件下铜、钢接地网的接地特性进行对比分析。
计算选取的比接地材料电磁参数分别为黄铜、45号钢和不同直径的石墨复合接地材料,各接地材料的电磁参数及直径尺寸如表1所示
假设发、变电站采用面积为100 m×100 m,接地网网孔为10 m×10 m,地网埋深为0.8 m。选取某一边角点为注流点,入地电流取工频1 kA。变电站土壤电阻率分别取50Ω·m、100Ω·m、300Ω·m、500Ω·m以及1 000Ω·m。计算结果如下:
2.1 接地电阻对比
表2列出了铜、钢以及铜包钢接地网接地电阻仿真计算结果对比情况。
由表2可知铜接地材料的接地电阻小于钢及铜包钢材料,且三者差异随着土壤电阻率的增大而减小。这种差异性主要来自于接地材料自身电阻率的不同,随着土壤电阻率的增大,其影响呈降低趋势,这也说明在高土壤电阻率地区仅更换接地材料的降阻效果不明显。
2.2 网内电位差及电位差百分数对比
接地网网内电位差反应了接地网的散流能力,过高的网内电位差使得低压设备的绝缘破坏危险性增大,对比不同土壤条件下的铜、钢接地网的网内电位差如表3所示。
由表3可知,随着土壤电阻率的增大,不同接地材料的网内电位差在数值上均呈现出上升趋势。这是由于土壤电阻率越低,接地体中的电流越容易散流到土壤中,各点电位差越均衡,网内电势差也就越小。随着土壤电阻率的增大,石墨复合接地材料与其他接地材料网内电位差的差异减小。
接地网网内电位差百分数直观地表征接地网各测量点的电位变化梯度,铜、钢接地网电位差百分数对比如图1所示。
由图1可知,相对于铜接地网,钢接地网的网内电位差变化幅度较大,这也说明铜接地体由于电阻率低、磁导率相对较小,电流更容易散流到土壤中,使得网内各点的电位相对平均。
根据以上分析可知,针对散流性相对较差的钢接地网,需根据变电站重要电气设备的安装位置对接地网进行优化,避免网内电位差对于电气设备绝缘的潜在破坏性显得尤为重要。当钢接地网网内电位差较大时,一般可采用增设接地网均压带,在电位极大点设置垂直接地体等优化措施改善接地网电位分布。
2.3 接触电势对比
接触电压是指人站在发生接地短路故障设备旁边,距设备水平距离0.8 m,人手触及设备外壳时,手与脚两点之间呈现的电位差,是衡量接地网保障变电站运行人员的重要指标。表4列出铜、钢以及铜包钢组成的接地网在不同土壤条件下接地网的最大接触电势。
由表4仿真计算结果可知,在接地网某一边角注流的前提下,接地网最大接触电势均出现在了4个边角沿45°角外延方向上。其中铜材料接地网散流性能优于钢和铜包钢接地网,其最大接触电势小于钢和铜包钢接地材料,随着土壤电阻率的增大,这种差别呈现出下降趋势。需要指出的是,接地网的接触电势与注流点位置密切相关。仍以实例所示的接地网为例,改变边角注流点为中心注流点,几种接地材料接地网的最大接触电压均降低。
对于接触电压相对较大的接地网而言,除了防患于未然,加强边角处电气设备的绝缘水平外(如增设绝缘支架等措施,设置警示牌等等),具体到接地网的优化措施包括:在接地网边角处用圆弧形接地网代替直角形接地网,在边角的接地网网格增设接地体数量尤其考虑增设垂直接地体的数量,对于新建变电站接地网,采用非等间距接地网不仅能降低网内电位差,同时可以降低接地网的最大接触电压。
2.4 跨步电压对比
跨步电压是评估变电站接地网安全的重要指标,跨步电压与网内电位差密切相关,对比铜、钢以及铜包钢接地网的跨步电压如表5所示。
由表5仿真计算结果可知,当接地网采用边角注流时,铜、钢以及铜包钢接地网的跨步电压为4个边角外延方向上(计算时采用梯形跨步电位)。与接触电势相类似,铜接地网的跨步电压小于钢和铜包钢接地网的跨步电压,但随着接地网土壤电阻率的增大,三者之间的差别减小。这主要是由于低土壤电阻率下各接地网能够克服接地体的屏蔽效应能散流到接地网中心,随着土壤电阻率的增大,各接地网的散流能力减弱,使得电流密度多集中在接地网周边,从而使得四周的跨步电压增大。
一般对于变电站接地网而言,虽然跨步电压的危险性比接触电压的小,但对于跨步电压超标的接地网,仍要采取接地网优化措施降低潜在危险。如采用地面铺鹅卵石、增设水泥沥青绝缘路面,在人行道附近增设均压带等方式。
3 接地面积对几种接地材料特性的影响
除了土壤电阻率对接地网的接地特性有影响之外,接地面积也直接影响着接地网的接地特性。对于土壤电阻率较高的变电站接地网,一些扩大接地面积、更换接地材料的降阻方式往往不能达到预期效果,下面对不同接地网面积下,铜、钢以及铜包钢等接地材料的接地特性进行对比分析。
取变电站土壤电阻率为300Ω·m,变电电站接地网边长为50 m、100 m、200 m和400 m,网孔设置假设均为10×10 m,埋深均为0.8 m。选取中心网孔为注流点,入地电流仍取工频1 kA。
3.1 接地电阻对比
表6列出了不同接地面积的铜、钢以及铜包钢接地网接地电阻仿真计算结果对比情况。
由表6可知,在接地面积较小时,铜、钢及铜包钢接地材料的差距不大,随着接地网面积的增大,—三者的差异性增大,这是因为接地电阻有接地网本体电阻、土壤电阻以及接触电阻组成,接地网面积增大,从而使得接地体本体电阻对接地电阻的影响越大。
3.2网内电位差及电位差百分数对比
铜、钢以及铜包钢3种接地材料接地网的网内电位差对比如表7所示。
由表7可知,随着接地网面积的增大,三种接地材料在网内电位差数值上的差异性变大。另外从接地电位差百分数可以直观地表征这一变化。
由图2可知,不同材料的接地网的电位差百分数均呈现出先下降后上升的趋势。其原因主要是接地网面积增大使得有效接地面积趋于饱和,使得边角处的电流密度减小,从而与网内电势最高点的差值表现为上升趋势。
3.3 接触电势对比
不同接地面积的铜、钢以及铜包钢组成的接地网的最大接触电势对比如表8所示。
随着接地网面积的增大,铜、钢以及铜包钢接地的最大接触电压均降低。同时,随着接地网面积的增大,同样受有效接地面积趋于饱和的影响,各接地网最大接触电势的差异性呈现出明显差异性。
3.4 跨步电压对比
不同接地面积的铜、钢以及铜包钢组成的接地网的跨步电压对比如图3所示
由图3可知,随着接地网面积的增大,不同接地材料的跨步电压呈现出与接触电压一致的变化特点。随着接地网面积的增大,各接地网的最大跨步电压在数值上均减小,但与其他接地材料的相对差异呈增大趋势。
4 结论
本文从变电站常用接地材料如铜、钢、镀锌钢、铜包钢等接地材料的使用成本及腐蚀问题出发,对比分析了几种接地材料在不同情况下的接地特性,主要结论包括:
(1)钢或镀锌钢材料材料成本较低,但长期耐腐蚀性能不佳,铜或铜包钢接地材料避免因腐蚀造成的二次维护成本,铜包钢接地材料在施工时应保证铜镀层的完整性,避免加速腐蚀钢芯材料。
(2)在低土壤电阻率下,铜接地材料的接地特性优于铜包钢和45#钢接地材料,随着土壤电阻率的增大,三者在接地电阻、网内电位差及梯度、接触电压和跨步电压等接地特性的差异性降低。应根据实际材料接地特性采取可靠的优化及改造措施。
(3)随着接地网面积的增大,不同的接地材料的有效接地面积趋于饱和,各接地特性之间的差别增大,铜接地材料的接地特性优势明显。
本文所述内容为变电站接地网的设计、接地材料的选择及接地网的优化改造措施提供一定参考。
参考文献
[1]何金良,曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:科学出版社.2007.
[2]陈先禄,刘渝根,黄勇.接地[M].重庆:重庆大学出版社,2002.
[3]解广润.电力系统接地技术[M].北京:水利电力出版社.1991.
[4]KEIL R K.The History and Future of IEEE-80,Guide for substation[K].Atlanta:EPRI Workshop on High-Voltage Power System Grounding,1982.
[5]陆培钧,黄松波,豆朋,等.佛山地区变电站接地网腐蚀状况分析[J].高电压技术,2008,34(9):1996-1999.
[6]LEWICKI T F,FOWLER N L.The Effect of Corrosion Myths on National Electrical StandardsfJ].IEEE Transactions on Industry Applications,1993,29(5):1006-1011.
[7]DAWALIBI F P,XIONG W,MA J.Transient Performance of Substation Structures and Associated Grounding Systems[J].IEEE Transactions on Industry Applications,1995,31(3):520-527.
[8]银耀德,张淑泉,高英.不锈钢、铜和铝合金土壤腐蚀行为研究[J].腐蚀科学与防护技术,1995,7(3):269-271.
[9]周蜜.钢制接地网土壤腐蚀特性及评价技术的研究[D].武汉:武汉大学,2011.
有效接地 篇8
在电压等级35 k V及以下电力系统中, 变压器中性点不接地或经消弧线圈接地发生单相接地故障时, 由于不构成短路回路, 接地故障电流非常小, 甚至比正常的负荷电流还小, 这样的系统称为小电流接地系统。
2 小电流接地系统单相接地后的现象
小电流接地系统发生单相接地故障时, 一般出现下列迹象:①语音告警 (警铃响) ;②“10 k V/35 k V接地”光字牌亮;③接地相相电压降低 (金属性接地时降至零) , 其他两相相电压升高 (金属性接地升高至线电压) , 线电压不变。
3 小电流接地系统单相接地后的处理方法
当小电流接地系统出现单相接地迹象时, 值班人员应沉着冷静, 及时汇报上级调度, 并将有关现象做好记录, 根据信号、表计指示、天气状况、运行方式等情况判断故障。查找过程遵循“谁监控、谁拉路”的原则, 旨在减少中间环节, 提高故障处理速度。处理方法分两种情况:
(1) 变电站各出线装有接地信号装置, 且装置正常投入。若母线和某一线路都发出接地信号, 应检查故障线路的站内设备有无异常;若只发出母线接地信号, 应检查母线及连接设备、变压器有无异常。如经检查, 站内设备无异常, 则有可能是某一线路有故障, 而其接地故障报警装置失灵, 应用瞬停的方法, 查明故障线路。
(2) 变电站各出线未装接地信号装置。这时查找线路接地故障时, 应优先采用“电网分割法”, 将接地范围控制到最小。查找接地故障时的拉路顺序为:①空充线路;②双回线路;③接地故障频发线路;④一般性质负荷长线路;⑤一般性质负荷线路;⑥电容器;⑦站用变压器 (采用隔离开关直接连接到母线的站用变压器除外) ;⑧带有重要用户的线路。
每拉开一路断路器, 确认接地信号未复归后, 应合上该断路器, 再试拉下一路 (电容器回路断路器在拉开后不再合上, 待故障支路查出后再根据电压和功率因数情况及时投入) 。如上述方法不能查出接地故障分路, 应判断为发生多路同相接地或母线及以上设备接地, 按下列顺序进行拉路查找:①向调度汇报查找情况, 申请将接地段母线上所有分路停运查找;②对接地段母线所有分路, 按接地拉路序位表顺序拉开各分路断路器;③每拉开一路断路器, 确认接地信号未复归后, 再拉开下一路;④发现接地信号复归后, 应判定该分路接地, 保留该分路断路器在断开位置, 然后开始送出其他已拉开断路器 (送出过程中应注意确认接地信号未发出后, 再合下一路, 如发出接地信号, 应判定该分路接地, 保留其在断开位置) ;⑤如果将接地段母线上所有分路断路器全部拉开后, 接地信号仍不恢复, 应判定为接地故障发生在母线及以上设备上。
4 案例分析
以35 k V和村变电站一起母线单相接地故障为例。该变电站正常运行方式:1号、2号主变压器并列运行;10 k VⅠ, Ⅱ段母线并列运行;母联001在合位;备用线路在冷备用状态。该变电站各出线未装接地信号装置。故障现象:10 k VⅠ, Ⅱ母线报10 k V母线L1相接地故障, 母线L1相电压降低, L2, L3两相电压升高。变电站一次接线图如图1所示。
采用“电网分割法”查找故障点, 处理步骤如下:
(1) 第一步:将10 k V母联001断开, 10 k VⅡ母线接地消失, 10 k VⅠ母线仍然报L1相接地。这时我们可以判断故障点在1号主变压器低压侧、10 k VⅠ母线或其所带分路。
(2) 第二步:按照拉路顺序依次拉开10 k VⅠ母线所带各分路。顺序为:陶瓷045、鼓风I 041、曹庄043、电容047、所用变压器 (本文简称所变) 01及1号电压互感器。这时接地故障仍不消失。
(3) 第三步:断开10 k V母线上所有分路, 10 k VⅠ段母线仍然报L1相接地故障。
(4) 第四步:断开10 k V主进011断路器, 投入母联001充电保护, 合上10 k V母联001断路器, 10 k VⅠ, Ⅱ母线报10 k V母线L1相接地故障。这时我们就可以判断是10 k VⅠ母线L1相发生接地故障。
小电流接地系统接地选线分析 篇9
1 小电流接地系统的认识阐述
小电流接地系统是我国在配电网中使用的中性点非直接形式接地方式, 在发生电路故障的时候, 经过的电流很小, 所以称之为小电流接地。小电流接地技术接地的系统在发生故障时, 仍然可以保持电路供电, 确保了整个供电系统的可靠性。小电流系统在发生故障之后还能持续供电1到2个小时, 但是这种的属于单相的短路故障, 它很容易变成多相短路, 同时在发生短路的过程中还会损害电力设备。在最近几年, 我国的学者对小电流接地技术做了很多的研究, 其中他们提出了很多的接地选线的方法, 由于现在配电网的发展很快, 使这些接地方法却在实际的运用中的效果不理想。在本文中主要将这些的接地接线技术做出归纳总结, 分析其存在的优势和缺点。
2 小电流接地系统接地选线原理以及方法阐述
2.1 幅值法
用零序电流幅值法进行接线, 它主要是运用故障零序电流大于非故障零序电流的特点, 将电流最大的线路改成故障线路, 这样能做到简单易行。但是它有它的缺点, 第一:差距不大容易引起误判。第二:产生接地故障时, 当电流经过渡电阻的时候, 造成接地故障零序电流不稳定, 非常可能造成选线失败。第三:在消弧圈接地的系统中, 由于它补偿电流的作用, 使得电流幅值法不能识别接地线路。
2.2 方向法
此方法的主要运用的原理是:故障零序电流和非故障零序电流的电流方向相反, 比较每条零序电流相位, 其中与其他线路都相反的线路即为接地故障线路。当故障点远离线路并且线路很短的时候, 这种方法就会存在着“时针效应”, 而它的零序电压和电流都很小, 进行相位判断很困难。由于这种“时针效应”当某个接地线路接地的电流很小时, 相角的误差较大, 而且还有CT磁带和放大电路的角度偏差, 使之相法的比较出现误差, 而且同样也不能适应中性点消弧圈接地方式。
2.3 有功分量法方法介绍
对于谐振接地系统, 在出现单相接地故障的时候, 它的零序电流是所有非故障线路的电容和电流以及LR支路的向量和, 在其中含有流过R的有功电流, 在全补偿的情况下整个故障电路只有有功电流。所以以零序电压为参考矢量, 将有功分量取出进行比较, 以此来实现故障选线。但是这种方法的电流有功量非常小, 非常容易受到零序电流感应不平衡的影响。
2.4 五次谐波幅值与方向法
在消弧线圈接地系统中, 由于要有效补偿基波零序电容电流, 将会使得基波零序电气量的选线失败。在发生单相接地故障的时候, 其故障电流中主要是谐波信号, 主要是以五次谐波为主。由于消弧圈对谐波的补偿作用只有二十五分之一, 几乎可以忽略消弧圈的作用。我们可以认为故障线路的五次谐波比非故障线路的幅值都大而且方向相反, 通过对比幅和比相的方法进行故障线路的确定。它也具有不足的地方就是谐波的含量比较小, 并且电弧现象不够稳定。
2.5 残留增量法
在出现单相接地故障的情况下, 改变限压电阻或者是消弧圈的谐度时, 产生故障的线路中的零序电流也会发生改变, 所以我们可以对各条出线在失谐度改变前后零序电流的大小变化进行比较, 若发现在里面出现差异最大的那一条就是故障线路。这样就可以祛除CT带来的的测量误差的影响, 可以进行重复的计算和判断, 与消弧圈进行自动调节配合使用, 对于瞬间熄火电弧和故障的选线很有帮助。由于这种办法的可靠性非常的高, 所以在我国很多的地方的电网中都投入使用了, 但是它们之间也存在着缺点, 它对消弧圈不接地的并且不具有自动调节系统的不能适用。
2.6 首半波原理判断线路故障
由于对接地故障发生相电压在不断接近最大瞬间值的这一假设, 这个时候故障相电容和电荷依靠着故障线路的故障点进行放电, 该电流不通过消弧线圈故暂态电流的最大值相应于接地接地故障发生在相电压经过与零瞬间, 此时故障电压发生的相应电压接近于最大值的瞬间, 暂态电感电流为零。这时, 暂态的电容电流大于电感的电流, 通过故障线路暂态零序电流和电压的幅值和方法在正常情况均有不同的特点, 来实现成功选线。由于此种方法的技术条件受到限制, 处理的方法太过简单, 使用很不成功, 由于暂态分值很小, 加上过渡电阻的影响, 非常容易引起误判。
2.7 通过小波变换法进行判断
我国可以进行小波变换进行接地系统故障选线, 在整个电力系统输电线路故障行波的测距进行成功的应用, 对于单相接地时, 在故障电压和电流的暂态过程中持续的时间比较短, 但是它含有了丰富的接地信息。小波的分析可以对信号进行精确的分析, 尤其是对暂态突变信号和微信号的变换比较敏感, 很可靠的提取出故障特征。
2.8 信号注入寻迹法
在单相接地时出现原边被短接和不工作状态的故障出现的PT向接地线路注入一个特殊的电流信号。因为注入的信号会沿着底线注入大地, 运用寻迹方法可以找到具体的故障点位置。运用这种方法, 不但可以选线, 还可以实现故障的定位, 其中不受电网参数的左右, 不存在设备的不良影响。但是它存在的困难是在注入信号强度时PT的容量会受限, 当接地电阻较大的时候, 线路上的电容会对所注入的信号进行分流处理, 这样就给选线和故障点的确定造成了困难。如若在接地点出现了电弧现象, 那么注入点的信号在线路中信号将不会连续, 并且遭到了破坏, 无论是在架空线路还是电缆线路的信号在定点的时候都很难被接受到。
3 结束语
小电流的接地系统在出现单相接地的故障的时候, 需要运用不同的故障解决方法进行故障的解决。但是由于在上面总结的方法仅仅是解决小电流接地选线的一个小部分而已。所以还需要更多的人对接地系统的选线的方法进行实践总结, 在以后的研究过程中, 我们可以通过对单相接地故障进行准确的建模, 通过对接地线的故障的内部和外部因素进行研究, 比较细致的研究它的形成过程和发展过程。我们还可以对所有的选线方法进行融合, 从多方面去判断整个选线结果的精确程度, 以此来提高整个工作的效率。
摘要：小电流接地技术系统, 此系统可以为配电网提供供电的可靠性, 但是在整个小电流接地系统中比较容易发生单相接地故障, 造成整个电路的短路, 因此这样的接地方式不方便整个系统的有效运行。文章对整个的小电流接地系统中的接地选线方法做了很多的研究, 在文中拥有很多的接线方法, 希望能够对这种接地选线的方法技术做出归纳总结, 为以后的接地选线技术做出贡献。
关键词：小电流,接地,接地选线
参考文献
[1]周鹏.煤矿6kV小电流接地系统选线设计[D].青岛理工大学, 2012.[1]周鹏.煤矿6kV小电流接地系统选线设计[D].青岛理工大学, 2012.
[2]秦书硕.小电流接地系统故障选线新方法研究[D].昆明理工大学, 2012.[2]秦书硕.小电流接地系统故障选线新方法研究[D].昆明理工大学, 2012.