接地故障检测（精选10篇）
接地故障检测 篇1
0 引言
三门核电直流系统分为1E级直流系统 (IDS) 和非1E级直流系统 (EDS) , 它主要为厂内继电保护、自动装置、信号装置、主合闸回路提供控制电源事故后的照明电源及监测电源, 即使在发生事故, 失去交流电的情况下, 仍能对直流用电设备提供不间断工作电源。
三门核电直流系统复杂, 分布较广, 均通过电缆线与下游负荷配电箱、操作机构相连, 随着运行时间的增长, 发生故障的几率逐渐增大。直流系统中一点、两点或多点接地故障最为常见, 正常情况下, 一点接地对运行影响较小, 但此时若再发生另一点或多点接地, 则会构成两点接地短路, 很可能造成保护装置、直流保险熔丝、信号回路、控制回路、断路器拒动作或误动作。为此, 在系统发生一点接地时, 应积极采取合理的方式、方法查找和消除故障, 以保证核电厂安全运行。
1 直流系统接地故障形成原因
三门核电直流系统的正极和负极母线在正常运行时与地间存在规定的绝缘能力, 但受一些因素的影响后, 其绝缘值开始下降, 降到原设定整定值的临界值甚至更低, 从而导致接地故障。若正极绝缘能力低于规定值, 则为正极接地;若负极绝缘能力低于规定值, 则为负极接地。直流系统下游设备所涉及的支路多且负荷面广, 随着设备投运时间的增长, 发生接地故障的几率就会增大。
(1) 人为引发接地:
(1) 设备安装及维修时, 接入二次端子的线头未紧固, 易从二次端子滑出, 误碰金属外壳造成接地;
(2) 母线检修时, 误将金属工具或导电材料遗落柜内, 若该情况发生在导电部位, 则会产生直流接地故障;
(3) 设备长期使用造成磨损或操作手法不当, 使绝缘层破坏, 引发直流接地故障。
(2) 设备故障:二次回路故障引起烧毁, 造成直流接地。
(3) 环境因素影响:设备老化, 绝缘隔板性能不佳, 在温度高、环境湿度大情况下会出现直流接地故障。
2 直流接地监测仪监测方法
直流接地监测仪作为直流系统的重要组成部件, 主要负责监测直流系统对地绝缘情况, 当直流系统发生接地故障时能自动报警。其工作原理是在故障点对地产生接地电流信号, 通过实时监视接地后故障电流或电压的变化, 直接或间接得出故障接地电流, 再采用平衡电桥、不平衡电桥、低频信号探测法方法得出接地电阻, 判断故障点是否接地。三门核电IDS系统和EDS系统使用的直流监控仪是德国BENDER的IR145Y-432型接地故障继电器, 安装在直流转换开关柜内。该仪器通过内部的2个隔直耦合电容向直流母线的正极和负极发送两条幅值相等、方向相同的低频电压信号, 其测试回路在故障时会采集到一个很小的测试电流, 继电器内部的微机处理部分通过注入的电压信号与阻性电流计算出正极和负极母线对地绝缘电阻 (阻性电流) 。
3 低频信号注入法的查找方法
根据IR145Y-432型接地故障继电器特性, 当发生接地故障时, 接地故障继电器能迅速识别接地故障, 并能判断出故障在正极或负极, 但对于存在多条支路的馈线线路, 需通过排查每条线路来查找故障支路或故障点。对于这种情况, 可停电的负荷采用拉路法进行逐项排查;不能停电设备使用替代法, 将负荷切换由其它设备供电, 排除故障点;既不能停电又不能使用替代法的负荷, 使用直流接地探测仪进行故障排查。
3.1 拉路法
对于负荷较少, 且可停电的负荷可采用拉路法查找接地故障, 查找时逐一断开每条支路 (断开时间不得超过3s, 无论结果如何) , 并观察接地故障继电器报警是否消失。若接地故障报警消失, 则表明故障点在该支路, 否则表明该支路正常, 需继续断开其它支路进行排查。排查原则是:先断开备用设备, 后断开运行设备;先断开信号支路, 后断开照明支路;先断开明显有缺陷支路, 后断开无明显缺陷支路;先断开重要设备, 后断开不重要设备。
3.2 负荷转移法
对于系统故障, 可采用负荷转移法查找接地故障。如IDS系统和EDS系统在故障情况下, 其负荷均可由备用序列供电, 且EDS序列中1/3序列和2/4序列有联络开关联锁, 能相互备用供电。若在故障排查中直流系统负荷被转移, 且故障消失, 则可判断接地故障在直流系统主设备内。
(1) 对于充电器是否发生接地故障的判定, 先断开直流转换开关柜蓄电池充电开关, 将母线上的负荷转移至备用充电器供电, 再观察报警是否存在, 报警消失则可判定充电器发生接地故障, 否则进行下一步排查。
(2) 对于逆变器是否发生接地故障的判定, 先转移到旁路变压器运行, 断开逆变器进线开关, 再观察报警是否存在, 报警消失则可判定逆变器发生接地故障, 否则进行下一步排查。
(3) 对于蓄电池是否发生接地故障的判定, 先断开蓄电池输出开关, 再使用万用表查看蓄电池正极和负极对地电压是否正常。
3.3 便携式接地装置定位法
三门核电采用了Megger BGFT直流接地故障检测仪、广州仟顺QDB-81直流接地快速查找仪和广州忠创HF-8800直流接地故障记录分析仪, 前两种使用低频信号法进行探测, 后一种使用不平衡电桥法进行探测。便携式接地装置定位法按直流负荷支路顺序依次查找故障位置, 耗费大量时间和人力, 且排查过程涉及的带电设备较多, 可能会造成直流系统另一点接地。
4 结束语
直流接地故障是直流系统最常见的故障, 可能涉及直流系统各支路, 范围广、影响大, 由于故障原因大不相同, 因此查找困难。另外, 一点接地故障一般不会造成事故, 很容易忽视, 最终造成故障后果扩大。对此, 本文基于三门核电直流系统监控, 介绍了几种绝缘监控器工作原理, 并制定了相应的直流接地查找方法, 以提高故障处理效率, 保证设备安全运行。
摘要：结合三门核电现有的直流接地检测技术, 分析直流接地监测仪的基本原理, 讨论直流接地监测方法。
关键词：直流接地,监测仪,低频信号探测
参考文献
[1]吴家贵.剖析查找直流接地多种方法的特点[J].北京:科技资讯2012 (1) :125, 126
[2]王永强.直流系统接地故障查找方法探讨及防范接地措施[J].石家庄:科技风, 2010 (18) :233
[3]李艳华.便携式直流接地故障定位仪及其应用[J].济南:科技信息, 2011 (26) :327
[4]杨雯, 杨佳杰.继电保护二次回路故障实例分析[J].石家庄:科技风, 2011 (20) :68
[5]张俊如.利用直流绝缘监察装置查找直流接地的原理和实际查找方法[J].哈尔滨:黑龙江科技信息, 2007 (12) :57
[6]尹剑烽.“直流接地查找设备”对保护误动的分析[J].武汉:通信电源技术, 2011 (11) :99, 100
接地故障检测 篇2
关键词：单相接地小电流接地电网小电流接地选线故障
1 谐振接地电网零序测量电流的分布
当单相接地故障发生在谐振接地电网上时，其零序网如图1所示。在图1中，Ci、Gi、TA、Gw、L分别代表第i条线路的三相对地电容之和、第i条线路的三相对地有功损耗等值电导之和、线路电流互感器、消弧线圈的有功损耗等值电导与并(串)电阻的和、消弧线圈的补偿电感。
图1 零序网络图
1.1 非故障线路的零序测量电流
在电流方面，如图1所示，流经非故障线路零序电流TA为：I0i=U0(Gi+jwCi)。在阻尼率方面，架空线通常为(3～5)%，如果出现严重污染，或者出现受潮时其阻尼率可达10%。对于电缆来说，其阻尼率一般为(2～4)%，当绝缘严重老化时其阻尼率可达10%。在这种情况下，导纳角的范围在84.2°～88.9°之间，如图2所示。
1.2 故障线路的零序测量电流
流经故障线路零序电流TA如下式，如图1所示。
式中：电流下标 j分别取值0，1，2，3时，在这种情况下分别代表不补偿、欠补偿、全补偿和过补偿，如图2所示。
①欠补偿，即ωCi>，则脱谐度和电网各线路的对地电容电流的分布决定着I0kj，这时I0kj可能在第I或第Ⅲ象限。当ωCi->ωCk时，在这种情况下，I0kj位于第Ⅲ象限。在线路线较短或电缆架空线混合电网中发生单相接地故障。由于Gk很小，对于脱谐度来说，如果稍大点就能满足条件。②全补偿，即ωCi=时，在这种情况下I0kj位于第Ⅱ象限。③过补偿，即ωCi<时，在这种情况下I0kj位于第Ⅱ象限。
受零序电压的影响和制约，在对电网进行补偿的过程中，故障线路的零序电流I0kj随着消弧线圈补偿电流的增大，将沿着图2中的虚线从第Ⅲ象限逐渐移向第Ⅱ象限。虚线的斜率在一定程度上受消弧线圈的铜损等值电导的影响和制约。
1.3 消弧线圈补偿电流
通过对图1进行分析可知，消弧线圈的补偿电流可以用下面公式进行标示：I0N=U0(GN-j/ωL)
2 谐振接地电网单相接地选线
在谐振接地电网中，当发生单相接地故障时，如图2所示，在这种情况下，在一个非常宽松的范围内，故障线路的零序测量电流发生相应的波动，并且其波动的范围从第Ⅲ象限到第Ⅱ象限。对于非故障线路的零序测量电流来说，通过理论方面的分析可知，通常情况下主要是位于第Ⅰ象限，在非故障电流、故障线路的零序测量电流之间有着明显的分界线，对故障线路通过各线路的零序测量电流进行相应的判断，但是保护裕度比较小。对于零序电流互感器来说，其特点表现为非线性、非一致性，进而在一定程度上使得零序电流和电压的相位测量误差等在客观上普遍存在着，并且，在实际应用的过程中，对于故障线路难以进行准确的判断。
2.1 各线路零序测量电流与补偿电流的融合
2.1.1 非故障线路的融合电流
I′0ij=I0i+I0n=U0[Gi+GN+j（ωCi-1/ωL）]
①欠补偿，由上式可知，当I/wL>wCi，这时I′0ij就在第Ⅳ象限。自动跟踪补偿消弧线圈通常情况下在接近全补偿状态下运行，甚至手动调谐的固定补偿，也不会在过大的脱谐度状态下运行，在电网中，与某一单线路的对地电容电流相比，其补偿电流一般比较大，对于补偿电网来说，I/wL>wCi的条件总能满足。如图3，I′0k1所示。②全补偿，即=ωCi>ωCi，I′0ij在第Ⅳ象限，如图3，I′0k2所示。③过补偿，即>ωCi>ωCi，I′0ij在第Ⅳ象限，如图3，I′0k3所示。
2.1.2 故障线路的融合电流
[I0k=I0k+I0N=][][i=1，i≠k][Gi+j ωCi =I0k0][][i=1，i≠k][-U0][（ ）]
对于I0k来说，中性点不接地电网故障线路的零序测量电流I0k0恒在第Ⅲ象限，如图3所示。
2.2 谐振接地电网单相接地故障选线算法
2.2.1 各线路故障判断电流
①非故障线路。由于I′0ij在第Ⅳ象限，则必有I0ij在第Ⅳ象限(如图4所示)。I0kj=I′0ijej90°=U0[(1/ωL-ωCi)+j(Gi+GN)]。②故障线路。由于I0k在第Ⅲ象限，那么I0kk在第Ⅵ象限(如图4所示)。
[I0kk=I0kej90°=U0(ωCi-jGi)][][i=1
i≠k][][i=1
i≠k]
2.2.2 线路故障判断量
由各线路零序测量电流和本线路故障判断电流分别“点积”求得各线路故障判断量。
①非故障线路。Pi=I0ijI0i=I0ijI0icosφi，即Pi=i0i(j)i0ij(j)。式中，n代表一个工频周期的采样点数。对于I0i、I0ij来说，由于位于第Ⅰ象限，所以夹角<90°，Pi>0。② 故障线路 Pk=I0kjI0kk=I0kjI0kkcosφ，即PK=i0kj(j)i0kk(j)。I0kj主要是位于第Ⅱ象限，但是有些情况下位于第Ⅲ象限，出现这种现象主要是受补偿电网对脱谐度的影响。当I0jk靠近负实轴时，此时比较靠近第Ⅱ象限，当I0kk位于第Ⅳ象限时，这时与实轴非常靠近，在这种情况下，I0kjI0kk之间的夹角必然大于90°，并且接近180°，此时必有Pk 小于0。
实际电网在运行过程中，由于非故障线路零序测量电流I0i是故障线路零序测量电流I0k0的总和，所以故障
判断量Pk在符合方面需要与非故障判断量Pk相反，进
而在一定程度上可以保证该选线方法的保护裕度比较大。
3 仿真分析
按2.2节进行低阻接地和高阻接地，采用EMTP软件对有18条线路的10kV配电网的3种线路分别进行仿真。电网参数及仿真结果如表1所示。
①在保护裕度、保护灵敏度方面，中性点经消弧线圈并(串)电阻接地方式通常情况下与消弧线圈接地方式相比往往更高。②无论是保护裕度，还是保护灵敏度，对于全补偿来说这些都是最大的。欠补偿和过补偿在保护的灵敏度方面都会出现不同程度的降低。保护灵敏度受脱谐度的影响和制约，当脱谐度越高时，那么对应的保护灵敏度就越低，原因与①相同。③零序电压和电流的相位关系在该选线方法中没有涉及，在安装接地选线装置的过程中，零序电流与零序电压之间确定的相位关系可以不予以保证。通过“自检电路”可以验证零序电流互感器的安装是否同方向。④本选线方法在一定程度上使用了本线路测量零序电流和补偿电流的融合量，进一步对故障线路进行判断，但是没有与其它线路测量零序电流的相位进行比较。
4 结论
按照2.2公式进行编程，同时采用DSP板，分别制作4台试验样机，同时运行在2台6kV和2台10kV的电网上。该算法选线准确性高得到初步的运行证明，在灵敏度方面，对单相高阻接地故障比较高。在试验样机中，一方面采用了本文提出的算法，另一方面还采用了前1/10周波暂态分析法的算法，进而提高了对瞬时单相接地故障选线的准确性。
参考文献：
[1]曾祥君，尹项根，张哲，等.零序导纳法馈线接地保护的研究[J].中国电机工程学报，2001，21(4)：5-10.
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直流系统接地故障检测与保护研究 篇3
关键词：直流系统,接地故障,检测方法, 接地保护
发电厂的直流系统是一个由蓄电池组、控制屏、馈电网以及充电设备所组成的一个机电一体化装置, 具有庞大的多分支供电网络。直流电源是一个带极性的电源, 有正负极之分。如果系统正极或者负极对地间的绝缘电阻低于某个规定值或者是降至某个整定值, 就称为接地故障。直流电源对电力系统安全稳定有着重要的影响。正常运行的状态下, 直流电源向信号灯、接触器线圈、指示继电器等负荷供电, 也肩负着为合闸线圏、断路器电磁操作机构的跳闸、载波通信、继电保护及自动装置等提供直接电源。因此, 直流系统接地出现故障, 不能及时排除, 出现多处接地, 将会引起严重的后果。
1 常用的直流系统接地故障检测方法
(1) 传统的平衡电桥法
平衡电桥法是用传统的平衡电桥监测直流系统正负母线对地绝缘的情况, 是较早的一种直流系统接地检测方法。基本原理是设置两个电阻R与直流系统正负极接地电阻组成电桥, 当系统正常时, 电桥平衡, 流过继电器线圈的电流极其微弱, 继电器无动作;当系统某点接地时, 电桥平衡遭到破坏, 通过继电器线圈的电流不断增大, 当电流大于整定值时, 继电器发生动作, 产生报警信号, 指示接地发生故障, 从而实现在线监测直流接地故障功能。这种方法只能检测整个系统故障, 无法对故障进行定位, 难以确定故障支路。
(2) 直流检测法
直流检测法也叫直流漏电流检测法, 是在直流电网各个支路安装传感器, 在平衡的状态下, 传感器的漏电流为零;当系统绝缘下降时, 出现不平衡的漏电流, 选择接地故障所在支路投入检测电阻进行接地监测, 通过装置检测传感器输出的漏电流值来计算接地电阻。这种方法可将操作电源作为检测电源进行直接自动检测, 数值精准。但当正负极同时接地时, 不断切换正负母线的接地电阻就会产生漏电流回路, 频繁切换也会引起保护设备的误动作。另外, 对投入检测电阻要求也比较高, 如果检测电阻偏大, 会导致流过直接漏电流传感器的漏电流变小, 影响检测精度, 造成较大的误差;如果偏小, 正负母线对地电压变化范围增大, 给电力系统安全运行留下巨大的隐患。
(3) 交流注入法
交流注入法可以分为变频信号注入法和低频信号注入法两种。变频信号注入法是在电桥检测到可能接地故障后会将频率不同和幅值相同的两种低频交流电流信号注入系统, 电流互感器就会检测到不同频率下的电流值, 再计算该路的阴性电流值, 从而计算得对地电阻的数值;低频交流信号注入法也称为定频信号注入法, 是在电桥检测到可能的接地故障后, 将同一低频交流电流信号注入直系系统的母线与大地之间, 再根据信号流向寻找接地故障, 从而实现对接地进行监测功能。其实质是传统的电桥法进一步的改进, 从而极大提高检测的准确度。但这种方法精确度也会受到系统分布电容大小的影响, 分布电容越大, 阻性电流就越容易被容性电流掩没, 便越难精确提取。
(4) 使用直流接地故障定位仪法
直流接地故障定位仪是一种通过人工沿导线检测直流或交流信号踪迹从而确定接地故障点的一种在线检测装置。使用直流接地故障定位仪法是电桥法、直流检测法、交流注入法的一种必要补充, 但搞干扰能力差, 受到分布电容和不平衡电流减小影响较大, 测试成功率偏低。
2 直流系统接地检测方案
从常用的检测方法中不难分析出, 判别直流系统接地故障最有力、最直接的依据就是电阻值的确定。根据笔者在电厂的实践总结出:接地电阻值低于20kΩ时, 即可以认为该支路发生接地故障, 依据接地电阻值就可以检测到哪条支路出现故障, 但不管是传统的平衡电桥法、直流检测法、交流注入法还是使用直流接地故障定位仪法, 由于受到分布电容和环网等因素的影响, 求阻值方法都不靠谱。因此, 笔者根据工作实践, 结合常用的直流系统接地故障检测方法, 设计基于小波分形技术的直流系统接地检测方案, 方案流程图如下图所示。
为了更有效地去监测正负母线对地的绝缘状况, 在直流系统中设置一种双不对称电桥, 电桥装置可以对正负母线接地绝缘状况进行实时的监测, 一旦发现绝缘电阻低于20kΩ时, 使马上启动幅值恒定、取值可调、频率稳定的低频信号源并注入低频电压信号, 以此判断接地极性。取低频信号源为峰值为30V时、频率为20Hz的正弦电压信号时, 即可以计算出接地电阻值。此时需要对低频电压、支路电流进行采样, 检测支路电流信号采用套在各支路顶端的电流互感器来完成。为了保证测量确定, 要求电流互感器具有适合的等级和合适的变比, 对低频电压、支路电流的采样精度是整个故障检测的关键阶段, 直接影响到故障定位的精准度。在实践中, 由于环网中有大量的谐波环流, 因此CT电流大于IA为环网支路, 反面即为非环网支路, 从而判定下阶段是进入环网处理或非环网处理。
环网信号本身比较复杂, 且环网电流包含有大量的谐波环流, 受到谐波分量、电网注入的低频信号等各种影响, 导致电流互感器出现饱和现象, 输出信号变得畸型, 如果再采取常规的检测方法显然是难以奏效, 此时需要引入小波分形技术。小波分形技术的基本原理是通过小波分解后不同频带的信号盒维数数值的变化判断不同频段的信号不复杂度和不规则度, 从而描述出信号的非平稳性。引入小波分形技术后, 立足于信号复杂程度角度来进行处理, 计算环网电流在不同频段的分形盒维数, 从而准确地判断无接地环网电流和接地电网环流, 再提取出低频信号的分量, 计算出低频概貌系数矩形盒维数, 接地情况就可以通过盒维数进行判断即可。
非环网信号较环网信号简单一些, 但非环网电流中除了有低频特征信号之外, 还有多次谐波分量、基波分量和噪声等各种干扰信号。因此, 滤波对预处理便成为非环网支路处理的首要任务。滤除高次谐波与干扰和保持电流的幅值和相位信息不失真是滤波过程的基本要求。要从复杂的支路电压和电流混合信号中将低频分量的相位和幅值分离并提取, 需要采用复值小波变换法, 用双正交样条小波bior2.2的多分辨分析, 在同一时刻对支路低频电压和电流信号进行采样, 从而准确计算出低频电压信号与低频电流信号之间的相位差, 从而滤除高效谐波分量和部分噪声的干拢, 计算出接地阻值, 最终可以根据电阻值来判断故障支路。
3 直流接地极相关保护
现代电子技术将直流输电带入微机时代, 集成度高、判断准确、经济性好、便于修改的微处理器技术的直流保护成为了现代电力的新宠, 这对直流保护也提出更高的要求。直流系统保护的基本要求是让直流控制保护集成系统对故障作出迅速的反应、抑制与切除, 瞬间让系统自动恢复。本文主要从接地故障检测来探讨直流保护, 相关的接地极保护归纳为四类:第一类是接地极线路过负荷保护, 这种保护目标在于检测接地极线路导线不否出现过载, 探讨出过载耐受水平, 一旦中性母线电压级别延时500ms时便切换到备用控制系统, 功率降到预设值;第二类是接地极线路开路保护, 这种保护的目的在于一旦出现接地极线路开路, 让中性母线上的设备免受过电压, 也可以用于检测接地极断线故障;第三类接地极线路不平衡监视, 这种保护的目的是对接地极路线导线上不均衡的电流分配进行检测;第四类是接地极线路阻抗监视, 这种保护的目的在于检测接地极线路是否存在故障, 这种保护只用于报警。
4 结论
本文在深入分析已有的直流系统接地故障检测的方法基础上, 提出了直流系统接地整体的检测方案, 在常规的检测方法基础上引入环网处理与非环网处理方法, 对已有的检测方法作为较好的补充, 并探讨了直流接地极相关的四种保护。但受论文篇幅的限制, 在论文中未对小波分形技术进入深入的探讨, 且论文多局限于理论探讨, 最终是否能应用于电网实践, 还要考虑到现场诸多的实际情况。
参考文献
[1]谢伟杰.小电流接地系统单相接地故障检测方法探讨[J].广西电力, 2008 (2)
浅析低压配网接地故障 篇4
[摘 要]配网单相接地故障是运行中常见的故障之一，产生故障的原因复杂，对变电设备、人畜危害较大，对电网稳定及可靠运行也存在一定影响。本文就低压配网单相接地常见故障进行分析，阐述单相接地故障原因、危害，并提出了相应措施。
[关键词]单相接地 接地故障 配电线路
[中图分类号]TM726
[文献标识码]A
[文章编号]1672-5158（2013）05-0357-01
随着电网改造工程的逐步实施，使得配电线路的供电方式也发生了一系列的改变，用中性点不接地“三相三线”替代了传统的“两线一地”的供电方式。变化配电线路的供电输电方式，既增强了配电线路的绝缘水平，又大大降低了配电线路的跳闸率，另外也使供电的可靠性大幅度提高，并减少了线路损耗。然而在实际的运行中，新的供电方式配电线路却比较容易出现单相接地故障，尤其是遇到大风、雨雪等恶劣天气时，其单相接地的故障则频繁发生，严重地影响了配电网和变电设备的安全经济运行。
1单相接地故障的原因
单相接地故障发生的原因低压配网在实际运行中，通过归纳和总结，发生单相接地故障主要有以下几种情况：①导线断线落地或搭在横担上；②导线在绝缘子中绑扎或固定不牢，脱落到横担或地上；③导线风偏过大，与建筑物距离过近；④配电变压器高压引下线断线；⑤配电变压器台上的10kV避雷器或10kV熔断器绝缘击穿；⑥配电变压器高压绕组单相绝缘击穿或接地；⑦绝缘子破裂，导致接地或绝缘子脏污在雾雨天闪络、放电、绝缘电阻降低；跳线烧断搭到铁担上；⑧同杆架设导线上层横担的拉带一端脱落，搭在下排导线上；⑨线路落雷，使导线烧断；⑩清障不力，刮风时树枝碰线；小动物危害引起；导线、跳线因风偏对杆塔放电；飘浮物（如塑料布、树枝等）；其它偶然或不明原因。
在以上诸多种原因中，导线断线、绝缘子击穿和树木短接是发生配电线路单相接地故障最主要的原因，对近几年来单相接地故障原因统计，上述三种原因占接地总故障原因80%以上。
2单相接地故障的危害和影响
2.1对变电设备的危害10kV配电线路发生单相接地故障后，变电站10kV母线上的电压互感器检测到零序电流，在开口三角形上产生零序电压，电压互感器铁芯饱和，励磁电流增加，如果长时间运行，将烧毁电压互感器。单相接地故障发生后，也可能产生谐振过电压，产生几倍于正常电压的谐振过电压，危及变电设备的绝缘，严重者使变电设备绝缘击穿，造成更大事故。
2.2对配电设备的危害单相接地故障发生后，可能发生间歇性弧光接地，造成谐振过电压，过电压将进一步使线路上的绝缘子绝缘击穿，造成严重的短路事故，同时可能烧毁部分配电变压器，使线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁，也可能发生电气火灾。
2.3对人畜危害对于导线落地这一类单相接地故障，如果接地配电线路未停运，对于行人和线路巡视人员（特别是夜间），可能发生人身触电伤亡事故，也可能发生牲畜触电伤亡事故。
2.4对线损的影响发生单相接地故障时，由于配电线路接地相直接或间接对大地放电，将造成较大的电能损耗，如果按规程规定运行一段时间（不超过2h），将造成更大的电能损耗。
3单相接地故障有效措旌
3.1预防措施
经过分析低压配网的单相接地故障的原因，可以采取以下几种方法来预防，将接地故障的发生频率尽量降到最低。①定期地巡查配电线路，主要是检查导线和周围建筑物、树木的距离是否符合规程的要求；电杆顶端有没有鸟窝；导线有没有外伤（尤其是位于其他工程施工的地段的导线）及松股；导线的弧垂有没有过小、过大等；绝缘子中导线有没有牢固绑扎及固定；固定绝缘子的螺栓有没有脱松；横担和拉带螺栓有没有脱松，拉线有没有破股或断裂及被盗。②定期的进行绝缘测试，主要针对的是配电线路的分支熔断器、避雷器、绝缘子等一些设备；另外还要重点检查变压器的绝缘性能是否正常，其高压引下线接头有无良好接触。③进行检查及试验配电变压器和公用的变压器，及时维修和更换不合格变压器。④检修和维护配电线路时，重点查看杆塔导线接头有没有发热变形，线路上的绝缘子有没有被雷击。⑤安装避雷器和分支熔断器，利于雷害预防以及快速的判断和查找故障点；使故障的发生范围缩小，停电面积及停电时间减小。⑥合理的布局配变的位置，使线路接头发热频率降低；注重线路基础建设，合理的预测未来的负荷；减小线路供电半径；选择与负荷相配的导线截面；事实证明，这些改变也可以有效减少配电线路接地故障的发生次数。
3.2故障排除
在低压配网发生接地故障时，维修单位要马上组织相关人员巡视线路，寻找故障的发生点。在寻找的过程中综合运用“排除法”（分段、分设备、分片）、蹬杆检查以及绝缘摇测等方法，在最短的时间内寻找到故障发生点并立即排除故障。如果应用以上方法还无法查到故障发生点，就要向上级调度请求对该故障线路试送电，若是送电成功，那么可能就是由其他偶然和不明的原因导致的；若是送电不成功，那么就继续用“排除法”查找，直到找到故障发生点并排除故障。
3.3应用性技术新设备
①接地故障的检测系统可以在变电所的配电线出口处进行信号源安装，同时在配电线路始端、中部、各个分支三相导线进行接地故障指示器的安装以用来指示接地故障的发生区段。如果配电线路发生接地故障，就能够根据指示器的颜色变化来进行故障范围以及故障点的确定。②变电所可以安装小电流自动的接地选线装置，此装置可以自动选择发生接地故障的线路，准确率较高，时间较短。而且可以缩短非故障线路不必要的停电时间，提高电网供电可靠性，避免故障向周围扩大。在电网实际的运行中，一定要把此装置与各配电线的间隔零序电流互感器等来配合使用，否则就不能发挥应用作用。③金属氧化物避雷器在配电线路与变压器上采用安装金属氧化锌物的避雷器，其放电效果较好，结构简单，残压低，可承受多重的雷击，绝缘击穿率较低，运行较稳定。此种避雷器不仅可以预防大气过电压，而且能够降低操作过电压。
4结束语
接地故障检测 篇5
关键词：核电厂,直流系统,接地,故障,检测
1 核电厂直流系统概述
与交流供电系统主要承担电力输送、驱动执行机构动作等任务不同, 核电厂的直流系统向继电器自动控制、监测设备、灯光报警装置、计算机逻辑信息采集回路、电磁阀和电动阀控制机构供电, 还通过直流/交流逆变器向重要和永久220V交流系统供电, 涉及核岛、常规岛、外围厂房几乎所有的控制保护系统以及继电保护系统, 因此直流系统的正常运行对核电厂的安全稳定起着至关重要的作用。
典型的核电厂直流系统由以下几个部分构成:
(1) 电源部分:蓄电池和充电装置
(2) 供电网络:直流母线和母线到各个负载之间的连接线
(3) 保护设备:过流保护用的保险或空气开关;接地保护用的接地告警装置
(4) 负载:直流系统供电对象, 如保护控制设备等
(5) 其它:如接线端子、抗干扰电容或滤波电容等
2 直流接地故障原理及其危害
核电厂各工艺厂房内设备繁多、线路复杂, 并且在机组日常运行及停机大修期间的预防性、纠正性维修和工程技术改造等工作量一直居高不下, 所以由设备缺陷或人因失效而导致线路异常接地、短路在所难免, 无法完全杜绝。
一旦发生接地故障, 直流系统的运行便偏离了正常工作模式, 必须立即定位故障点, 在最短时间内将其消除, 否则便会对机组运行产生重大风险。
以下对接地故障的基本模式进行分析, 重点考察各种接地模式的形成机制及其对系统运行产生的风险。
2.1 单点接地
单点接地是最简单也是最常见的直流系统接地故障。
由图1可知, 如果D1点首先发生接地, 因接地点没有其他回路构成通路, 没有电流存在, 此时并不影响设备的正常运行:电源仍能正常工作, 负载的动作也不受影响, 总之对系统影响不大, 系统设备可以继续运行, 但绝缘监测系统会在就地和向主控室发出报警信息。
2.2 两点接地
单点接地一旦发生, 如果专业人员对故障报警响应不及时, 极有可能在接地电极的另一侧并发接地故障, 这是接地故障的一种极端情况。如果发生故障的回路处在反应堆保护、汽轮机保护等重要系统, 引发保护装置拒动, 这就对核安全产生了最致命的危害, 是极为严重的事故模式。
以48V直流系统LCA为例, 当LCA001TB系统发生负荷两点接地短路故障时, 将引起蓄电池充电器直流出线开关跳闸, LCA系统失电。一旦LCA母线失电, 反应堆A列保护因丧失48VDC工作电源而直接引起反应堆紧急停机停堆。操纵员执行DEC事故规程, 使反应堆安全后撤到双相中间停堆RRA连接条件的后备状态。
2.3 多点接地
多点接地故障, 一般指发生在同侧电极的多个接地点的叠加。
由于一点高阻接地没有达到报警值, 而未能发现并处理, 当第二、第三……高阻接地发生时, 直流系统总的接地电阻逐步下降, 最终低于整定值时, 才触发接地报警。
多点高阻接地引起的接地报警, 由于每条接地支路电阻均较高, 单一接地点对系统接地总阻值的贡献不大, 故障较为隐蔽, 仪控专业人员处理起来较为棘手。
3 直流接地故障检测原理
按照上节分析, 当直流系统中一点接地, 不会形成回路, 所以不会使直流供电系统出线开关和继电器电源模块跳闸。但是, 此时如果另一极又有一点接地, 或者两个接地点在某个继电器的两端时, 就会造成上游母线失电或者继电器失磁, 引起控制或保护信号误动作, 给电站安全运行带来不可预计的后果。
因此, 核电厂是不允许直流系统长期带一点接地运行的, 但是单点接地很难直接被发现:直流供电系统配置的绝缘监测盘在出现单点接地时, 仅仅指示系统总的接地电阻值, 并在总接地阻值低于整定值时才发出报警信号——该装置无法明确告知接地点的具体位置, 仪控专业人员便开始面临“查绝缘”的技术难题。
3.1 拉闸定位检测
实际上, 在常规电厂和供电企业, 定位直流系统故障点有许多行之有效的手段, 例如对直流出线开关、各分支线路开关和电源板卡逐一断电、通电, 确认各分支对总系统接地电阻值的贡献, 即可迅速判断故障点所在。然而, 在核电领域, 多种系统设备跟核安全密切相关, 按照核电安全法规要求不得随意退出运行。直流系统作为核电厂控制保护的神经中枢, 必须做到无间断可靠供电, 传统的拉闸定位法便失去了用武之地。
3.2 在线式直流接地检测
当然, 如果能将上一节描述的用于显示和监测一套直流系统总体绝缘性能的绝缘监测盘逐级“下放”, 也就是在各出线开关、分支电路、供电板卡甚至所有最终负载上都安装电流传感器, 再配备相应的总线电路, 同样能直接判断出接地故障点的位置。但这样就不得不增加巨额硬件成本和安装调试工作, 对追求经济效益的核能发电企业而言, 此方案显然并非明智的选择。
3.3 便携式直流接地检测
便携式直流接地检测器作为直流电源系统配备的标准绝缘监测盘的补充, 能查找接地故障的具体位置, 杜绝采用拉闸、解端子、摇绝缘查找接地的老办法, 使仪控专业人员能够快速定位并处理故障点, 及早排除故障隐患, 避免出现多个接地故障引起严重的后果, 提高系统的安全运行水平。
便携式直流接地检测器的基本工作原理是在接地母线或接地分支线上与大地之间施加一个超低频信号 (避免对保护、控制设备产生影响) , 其测试电流沿着接地点方向流动, 用连接在手持便携式探测仪上的钳子, 顺着电流方向查找, 当该电流突然消失的地方即为接地点。
4 QDB-81直流接地探测器的使用
广东核电早期应用的便携式接地故障探测仪是法马通FRAMATOME和阿尔斯通ALSTOM提供的与电厂直流供电系统相配套的接地故障探测仪。由于其较低的灵敏度并且内部元件严重老化, 查找定位接地故障的效率始终较低, 尤其是对于多点高阻接地故障几乎是无能为力。为了解决这一困难, 广东核电工程技术人员和广州仟顺公司已经携手合作十余年, 先后开发研制了ZJ3S、QDB-51、QDB-81等系列产品直流接地故障探测设备, 解决了困扰核电厂仪控专业人员多年的技术难题, 为核电机组争创世界一流做出了卓越贡献。
下面以最新型号QDB-81为例, 说明该系列直流接地探测器的使用方法。
(1) 确认信号源QDB-81面板电源开关在OFF位置;
(2) 将测试导线的公共端插入信号源的插座上, 红色导线接直流系统的正极, 黑色导线接负极, 黄色导线接大地;
(3) 打开信号源QDB-81电源;
(4) 等信号源左边“请查找接地”灯亮后, 打开手持器QDB-82电源, 将手持器置于信号源正上方1米内, 当手持器接收到信号源发出的有关直流系统的阻抗与容抗后, 显示在手持器上;
(5) 按一下手持器“测试按键”, 手持器显示屏第一行显示接地总电流。
(6) 开始查找接地支路, 用连接在手持便携式探测仪上的钳子, 顺着电流方向查找, 当该电流突然消失的地方就是接地故障点。
5 结语
接地故障检测 篇6
电力作为国家生产和人民生活必不可少的基础性能源, 在国民经济快速发展的过程中发挥着不可替代的重大作用。随着国家经济的高速发展, 电力系统配电网的网络拓扑规模越来越大, 铺架的线路距离越来越远, 电力系统配电网的稳定性与可靠性直接关乎国家生产的稳定与人民生活的幸福, 一旦配电网发生单相接地故障时, 需要第一时间定位故障点, 并尽快排除故障[1,2,3]。
当下国内外很多专家学者致力于配电网单相接地故障检测的研究当中, 对于配电网故障选线技术取得了一些成果, 目前配电网单相接地故障的定位方法有很多种, 如工人登杆检测法、阻抗法、信号注入法等, 但效果都因为各种原因而不太理想。本文从零序电流、零序电压的特性出发, 提出了基于零序电流相位的单相接地故障定位方法。本文提出的定位方法主要是基于零序电流互感线圈的使用和对零序电流相位的相关计算, 下面将逐一介绍。
2 零序电流原理
电力系统中的供电线路是三相对称的, 所以发生接地故障时短路电流分量也是对称的, 在配电网输电系统发生不对称接地故障的时候, 对称性就发生了相应的改变, 配电网中会出现三相不对称的电压分量和电流分量。此刻需要对三相不对称的电路进行转换, 使其变为三相对称电路来进行分析, 在线性电路里应用叠加原理对电流分量进行叠加分析。
2.1 接地故障点各分量分析
在三相电中, 对于任意不对称的三相向量可分解为三组对称的分量:正序分量、负序分量、零序分量。假设三相向量分别为Fa、Fb、Fc, 角标0、1、2分别代表零序分量、负序分量以及正序分量, 即:
电网正常运行时, 三相中只存在正序分量。一旦配电网发生单相接地故障时, 系统中就会同时存在正序分量、负序分量以及零序分量, 其中零序分量、负序分量会对电力设备造成严重的影响。当配电网发生单相接地故障时, 正序分量表现为三相对称、大小相等, 并且相位顺时针方向相差120°, 负序分量也呈现出三相对称且大小相等, 只不过相位逆时针方向相差120°, 零序分量三相对称、大小相等、相位相同, 并且只有在发生单相接地故障时才出现, 如图1 所示。
由于在配电网发生单相接地故障时, 系统中才存在零序电流, 在仔细分析零序电流的相位特性后, 特此提出基于零序分量的单相接地故障定位法, 文中将重点对零序电流的一些特性, 尤其是对发生单相接地故障接地点前后变化的零序电流特性做出分析。
2.2 接地故障点零序电流分量的等效电路
配电网三相电在P点发生单相接地故障时, 假设接地的相为C相, 则Upa=0。由于P点三相对地阻抗不等, 则系统中三相电压及电流不对称。对于C相来说, P点接地处的零序电压作为激励源。图2 (a) 、2 (b) 所示为零序等效图。图中Up0为故障接地点的零序网络激励, Ip0为线路的零序电流, Zp0为线路的零序阻抗。
2.3 故障点零序电流分量的计算
C相的P点发生单相接地故障时, 很显然有如下关系:UPc=0, IPa=0, IPb=0。
根据图2 所示的零序网络等效电路可得:
由图2 可知, 在配电网发生单相接地故障时, 接地点前后的零序电流的相位相差180°, 即相位的相反的。那么, 当配电网监测到某个区域零序电流的相位发生180°的变化时, 即可判断故障点的线路区间。
3 零序电流采集系统
零序电流的相位采集系统主要组成部分如图3所示, 主要包括零序电流互感器、UAF42 有源带通滤波电路、AD8628 放大电路以及零序电流计算电路。
3.1 零序电流互感器
零序电流互感器的感应原理与普通的电流互感器的感应原理是一样的, 但是在其使用方式上有别于普通的电流互感器。普通的电流互感器需要3 个感应线圈分别穿过三相线中的每一相, 检测到的只有其中一相的电流值, 零序电流互感器需要三相线同时穿过一个线圈, 检测到的则是零序电流。
零序电流互感器的一次绕组是中性线, 在三相正常运行时, 三相线路中的电流向量和为零, 一次绕组中无电流通过, 互感器的铁心就不会产生磁通, 二次绕组中就不会有感应电流。配电网发生单相接地故障时, 三相线路中的电流向量和不为零, 有电流流过一次绕组, 互感器的铁芯将会产生磁通, 二次绕组感应出电流, 此电流就是零序电流。
常用的零序电流互感器按照其结构划分, 可以分为开合式和固定穿心式。开合式互感器应用方便, 在不改动电缆的情况下即可进行拆装和更换, 故本系统采用开合式零序电流互感器。
3.2 有源带通滤波器
零序电流互感器中感应到的零序电流存在杂波信号, 为了避免杂波信号对系统正常运行的干扰, 应当滤除杂波信号只保留50Hz的基波电流信号。本次采集系统选用了前后两级带通滤波器对采集来的零序电流进行滤波处理, 前一级滤波主要过滤掉杂波, 因此前一级滤波器为中心频率为50Hz, 带宽为10Hz的带通滤波器。由于在系统中存在放大器对微弱的零序电流信号进行放大, 因此有可能造成状态饱和, 导致输出的波形出现饱和失真, 为此后一级滤波器的作用就是得到规则的正弦信号[4]。
本系统采用的是UAF42有源带通滤波器。
配置中心频率为:
令R1=R2、RF1=RF2=RF、C1=C2=0.1u F, 计算上式, 得出R=3.2k。
配置Q值:
令R1=R2、RF1=RF2=RF、C1=C2=0.1u F, R=50k, 由于滤波器不存在信号放大功能, 故取RG=R4=50k, 当RQ=1k时, 得出Q=51.5。故配置得到中心频率为50Hz, 带宽为10Hz。
3.3 放大器
本文采用AD8628 放大器为前一级滤波器输出的零序电流信号进行放大, 如图4 所示, 其中放大的倍数设置为100 倍, n=Ra/ Rb。
零序电流在经过滤波放大后进行相位提取。本文采用10 位AD转换器对零序电流采样20 个点, 设为Dn, 采样频率设为1k Hz。
把采样得到的20 个点进行比较, 当Dn和Dn+1两点符号不同时, 停止比较, 并记录此时n的值。
当Δt=1ms, 由式 (5) 、式 (6) 推得:
θ=ΔT×360/20ms= (n+1/2) 18
当Dn≤0, Dn+1>0 时, 如图5 所示, 可得:
当 Δt=1ms, ΔT代入式 (7) 中得:
如果找到相邻的监测点的相位值相反。那么可以判断单相接地故障就发生在这个区间内。
4 配电网仿真模型实验
利用Matlab仿真软件对该系统搭建仿真模型, 然后通过仿真出的零序电流波形证明该方法的正确性。
图6 所示为搭建的仿真模型, 各项参数设置如下:三相电压源为10k V, 接地方式为中性点不接地系统, 电流电压频率统一为50Hz, 配电线路为分布式输电电路, 各线路的长度分别为50km、70km、80km, 线路各参数为正序电阻=0.01389Ω / km, 正序感抗=0.8997m H / km, 正序容抗=13.01p F / km, 零序电阻=0.3964Ω / km, 零序感抗=4.3313m H / km, 零序容抗=7.571p F / km;线路对地的电容都设为1u F, 发生接地故障时的接地电阻设为300Ω。
仿真出的零序电流、电压波形如图7 所示。基于上述仿真模型, 对系统参数进行修改, 包括接地电阻大小、线路长度等, 在此过程中发现线路越长对地的零序电流就越大, 检测就越准确, 且接地电阻的大小对故障的判断几乎没有影响。
5 误差分析
由于配电网络拓扑结构复杂, 环境差异也很大, 使得实际得到的零序电流相位与实际情况存在不同程度的误差, 因此需要采取相应的措施, 尽可能地提高采集零序电流相位的精确度。
配电网单线接地故障可能造成零序分量的相位和幅值发生变化。故障点前后的零序电流相位理论上相反, 但在进行相位判断上只要是近似相反都应该认为是发生了接地故障。
至于提高采集零序电流相位的精度, 在考虑成本因素的情况下, 应该选购精度相对较高的零序电流互感器。这样可以从根本上提高采集精度。
6 结束语
本文中对电力系统配电网的单相接地故障进行了介绍与分析, 提出通过分析故障前后的零序电流的相位来对故障区域进行定位。
文中重点分析阐述了零序分量的产生与特征, 通过分析发现在故障前后零序电流的相位差发生了180°转变, 再配合高精度AD数据采集, 通过有源带通滤波器以及放大器可以实现对配电网三相点零序电流的采集、过滤、放大与分析。
基于目前国内电力系统配电网单相接地故障检测研究的现状, 零序电流的故障定位方法的提出对于进一步研究在线故障定位提供了重要的参考[6]。
参考文献
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[5]张利, 夏楠, 姜彤.中性点不接地系统单相接地故障的定位方法[J].电力系统及其自动化学报, 2010 (4) :36-40.
接地故障检测 篇7
关键词：行波,配电线路,接地选线,故障测距
1 引言
在架空线路短路事故中, 单相接地事故占65%, 两相接地事故占20%, 两相短路接地事故占10%, 三相短路事故占5%。其中, 两相短路接地事故大都是由单相接地事故发展而来。配电线路 (小电流接地系统) 发生单相接地时, 由于单相短路电流很小, 系统线电压三角形不变, 对电气设备不构成危害, 因此规程规定:线路发生单相接地后, 可以继续运行2h。但单相接地故障如不能及时消除, 将会引起故障相电压降低, 非故障相电压升高, 长时间运行易使故障扩大形成两点或多点接地短路。另外, 弧光接地还会引起系统过电压, 进而发生绝缘击穿损坏设备, 导致事故进一步扩大[1]。因此, 当配电线路发生单相接地时, 快速选出接地线路准确定位故障点, 并采取相应技术措施及时消除故障, 对配电网的安全可靠运行尤为重要。
2 行波接地故障选线原理
有N回出线的配电网络, 假定分支线路均为单线线路。当第N回出线发生接地时, 在故障附加电源作用下产生暂态行波, 行波由接地点开始向线路两侧传播。其中, 到达母线的行波, 在母线处发生折反射, 接地线路的反射波和入射波在该分支线路上叠加, 形成接地线路的初始行波;来自于接地点的初始行波经折射进入非接地线路, 形成非接地线路的初始行波。配电网行波网络传播如图1所示。
利用初始行波在各回进出线上所呈现的幅值和极性差异来确定接地线路, 如果某条线路的初始电流行波的幅值大于其它线路的初始电流行波的幅值, 而且极性和其它线路相反, 则该线路为接地线路。
3 行波接地故障测距原理
三相配电线路中发生单相接地故障时, 故障点将产生在配电线路中传播的故障行波。三相行波间为互耦关系, 不存在单相行波的波速, 为将行波法引入到三相系统中, 必须利用相模变换矩阵将三相信号转换成模式分量。对于三相电压、电流信号, 采用式 (1) 进行相模变换, 即:
式 (1) 中, Um、Im分别为模电压、模电流;u和i分别为三相电压、三相电流信号;[S]、[Q]分别为电压和电流的变换矩阵。为简便分析, 可采用相同电压模变换矩阵和电流模变换矩阵, 即[S]=[Q], 于是三相配电线路中的行波可用3个独立模分量表示, 即:
对三相电压和电流进行相模变换, 得到各模独立的模分量电压和电流, 即:
经过相模变换后, 各模量间是相互独立的。由相模变换理论可知, 行波的传播网络可分为线模网络和零模网络, 零模分量以大地为回路, 其幅值只有在故障处存在对地放电通道时才比较大;线模分量以导线为回路, 且线模分量有2个 (iα、iβ) , 二者的模波速相同 (但与零模分量不同) , 所以只需采用其中一个即可用于测距;零模网络中的波速度小于线模网络中的波速度, 基于故障点产生的不同模量初始行波到达测量点的时间差, 可测定单相接地故障点距离。
4 行波技术的现场应用实例
4.1 在故障选线中的应用
为了验证行波法在配电网线路接地故障选型及测距中应用的可行性, 在某油田变电站中进行现场实例试验。在6k V配电线路下一线距离变电站出口2km处, 设置B相经100Ω电阻接地故障。现场测得的母线电压波形、故障线路电流波形及故障线路行波波形如图2所示。
变电站各条线路的零序电流经小波变换并消噪后, 小波变换的初始模极大值及所处的位置如表1所示。
从表1可以看出, 各条线路中下一线的初始行波位置为43us, 模极大值的绝对值最大为871, 且与其他线路的模极大值的极性相反, 由此判断出下一线为故障线路。
4.2 在故障测距中的应用
在6k V配电线路东干线距离变电站出口2.73km处发生单相金属性接地, 在故障瞬时, 录波器故障启动, 并开始上传录波数据。现场录波装置录到的母线电压、故障线路 (东干线) 电流、一条非故障线路 (西干线) 的电流变化及东干线单相接地时的测距结果, 分别如图3和图4所示。
从图3和图4可知, 经后台软件分析自动选出故障线路 (东干线) 、检测出故障类型 (A相接地) 及单相短路故障点距变电站母线的距离为2.801km, 测距误差为71m。
同理, 通过对不同线路、不同故障距离、不同故障类型及不同接地电阻进行现场测试, 采用行波技术实现了配电网线路单相接地故障的可靠选线和准确测距, 选线结果正确可靠, 故障类型判断准确, 并能精确检测到故障发生距离, 详见表2所示。
线路A、B、C三相分别做1次接地故障选线和测距, 以检测不同相故障检测结果的分散度。从下一线和东干线选线及测距结果表明:单相接地选线准确率达到100%, 测距误差均能控制在150m以内, 误差率能够有效控制在5%以内, 选线及测距结果能够满足配电网线路接地故障检测需求。
5 结束语
基于行波法的配电线路故障选线及测距技术的故障行波, 具有不受CT饱和影响、不反映系统振荡、与过渡电阻无关、不受线路分布电容影响等优点, 且能在复杂的、使用传统方法难以检测故障的情况下判断出故障的发生, 给出故障的性质和位置, 具有简单可靠、测量精确等优点, 有较高的工程实用价值。
参考文献
[1]马士聪, 高厚磊, 徐丙垠, 等.配电网故障定位技术综述[J].电力系统保护与控制, 2009, 37 (11) :119-124.
[2]谢成明.输电线路故障测距的研究现状与进展[J].电工技术, 2007 (12) :30-31.
[3]李畅, 赵晶, 陈岭.一种基于行波法的新型线路故障定位装置的研制[J].广东电力, 2006 (5) :42-45.
[4]于盛楠, 杨以涵, 鲍海.基于C型行波法的配电网故障定位的实用研究[J].电力系统保护与控制, 2007, 35 (10) :1-4.
接地故障检测 篇8
传统查寻直流接地故障点是用“拉路寻找分段处理”的方法,即遵循先信号后操作部分、先室外后室内部分,对直流系统进行拉路寻找、分段处理,逐步确定哪条支路有接地故障,最终通过人工解析找出故障点方法。在短时拉回路电源时,可能因直流失电而引起一系列反应,比如继电保护装置或自动装置由于抗干扰性能或故障判据的问题造成误动跳闸,所以说采用拉合直流支路法检测故障点所引发的危害是非常严重的。
1 装置原理
装置原理简介:本装置采用了差流检测原理,对任一支路而言,从电源正极流出的电流I+,流经本支路全部负载后,返回电源负极的电流I-,当该支路没有接地故障时,I+=I-,穿过传感器的电流相等,传感器无信号输出。当发生接地电阻为Rd时,接地电流为Ir的接地故障时,I+=I-+Ir,流经传感器的电流不相等,传感器输出一个反应该差值的信号(即为漏电流信号)。如图1所示。
该装置分别为接于n个负载上的相互独立的直流接地指示器。直流接地指示器通过在线检测该直流负载回路的漏电流(不平衡电流)大小,来实现对该负载是否有直流接地的情况进行判定。
在正常运行情况下,若没有直流接地发生,通过直流接地指示器的漏电流为零或小于设定报警阈值,直流接地指示器将不会报警。当通过直流接地指示器供电的负载设备或者电路发生绝缘降低或直流接地的情况,则穿过该装置的漏电流将大大超过报警阈值,此时接地指示器将以灯光闪烁和蜂鸣的方式进行警报。运行人员即可以根据直流指示器指定的位置很快发现故障点,避免对其他正常回路的停电查找。
该直流接地指示器,与电流互感器类似,该直流接地指示器只需套接于二次回路直流负载入口电源线路上即可实现对该回路直流接地的实时在线监视。
图2所示为直流接地指示器接线示例。图中为一段直流系统母线,它的两条支路L1和L2接有各种各负载,这些负载可以是开关柜、保护屏以及其他控制和通讯系统的任意直流用电设备。各个指示器之间彼此独立运行,可以根据负载的数量进行相应的配置。
2 装置应用与优点
本装置可广泛应用于电力系统变电站、火发电厂、水电站以及煤矿、钢铁、冶金、化工等工矿企业的供、配、用电系统。
适用于220V、110V直流电源供电系统,通信设备48V、36V直流电源供电系统。
采用此装置的优点在于:
1)灵敏度高。此接地指示器检测灵敏度可到0.1m A,较之手持式钳形漏电流查找方式更准确,能发现高阻接地和绝缘下降情况。
2)接地点查找迅速。由于对接地元件已有指示,所以不需要再逐一回路查找,大大减少了故障查找时间。
3)安装方便且快捷。通过2根跨接线进行过渡,就可以不停电的快速安装本指示器,对二次设备和回路无任何影响。
4)通过与通信设备相连还可将指示器的数据传到集控中心的服务器上,可以远程在线监视多个变电站直流系统的绝缘状况和直流接地情况,为直流系统的状态维修和故障处理提供依据。
现场应用实例如图3所示。
3 结论
该基于差流检测法的分布式直流接地故障定位系统具有组态灵活、可靠性高等众多优点。其采用分布式的布局,能很好地解决了集中式绝缘在线监测系统所存在的局限性,特别适合于监测范围较大,且分支回路相对较多的情况。该分布式直流接地故障定位系统具有灵敏度高、接地点可以快速查找等优点,装置小巧并且安装快捷简单,可以通过其他通信设备实现远程的监控与管理,未来可广泛应用于电力系统的二次设备直流接地故障诊断中。
参考文献
[1]黄海宏,全成,黄锦.基于差流检测法的分布式直流接地巡检系统[J].电子测量与仪器学报,2009,11(6):36-41.
[2]廖军,吴胜,戚振彪,等.直流接地故障分析与查找[J].广东电力,2013,1(7):98-104.
直流系统接地故障及处理分析 篇9
关键词：发电厂 直流系统 维护 故障处理
中图分类号：TM91文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0213-01
1 直流系统的作用
目前在发电厂和变电站中，其直流系统主要为控制、信号、继电保护、自动装置和远动通讯装置等提供直流电源，确保其电源的可靠性。而且还可以为事故提供照明电源，为操作提供操作电源，所以其在发电厂内有着非常重要的作用。具有一个稳定的直流系统，是确保发电厂安全运行的关键。
2 直流系统的构成
目前在发电厂和变电站内，相控型充电装置已开始全面的被高频开关模式所取代。高频开关电源模式自身具有较多的优点，不仅实现了高效的充电率，而且易于操作，很少发生故障，而且在带电情况下可以进行插拔，维修上非常便利。 直流系统主要由充电模块、监控单元、直流馈电单元、降压单元、绝缘监测、蓄电池组等组成。由多个高频开关电源模块可以组成一台完整的充电柜，所以即使单个充电模块发生故障时，临时情况下可以利用备用的充电机模块来进行代替，然后对故障模块进行处理后，即能重新投入运行。
直流系统内的充电模块和蓄电池组都依靠监控单元来进行指挥，所以可以说监控单元作为指挥系统，不仅能够通过对参数设置来实现控制，而且还可以对故障进行有效的监视，一旦有故障发生时，则会在第一时间内将故障信息进行上传，从而更便于运行人员能够在第一时间发现，及时进行处理，确保系统运行的稳定性。
3 直流系统的主要故障及预防和处理原则
直流系统故障主要有充电模块故障、监控单元故障、绝缘监测装置故障、蓄电池故障、直流系统接地故障等。目前在直流系统中的充电部分是由多个模块组成的，而且冗余较大，所以即使充电部分发生故障，对直流系统的影响也不是很大。在直流系统运行过程中，由于其网络较为庞大，而且处于较复杂的运行环境下，这就导致发生直流接地故障的可能性变大，这是一种最为常见的故障，而且处理起来也较为困难，会对直流系统的运行带来较严重的影响，所以加强对直流接地故障的预防和处理是当前直流系统维护的主要工作内容。
3.1 日常巡查
为了保证直流系统运行的稳定性，则需要在日常巡查工作中，加强对三相交流输入电压、运行噪声、保护信号、直流输出电压值和电流值、充电模块的输出电流、正负母线对地绝缘和通讯装置等是否处于正常运行状态进行检查，及时发现异常情况并及时进行处理。随着技术的发展，目前充电模块上都具有监控系统和定时均充等功能，所以需要在平时检查中对充电模块自动均充定期、充电电流和充电电压进行检查，同时做好相关的记录。
3.2 监控系统故障
监控系统内部结构较为复杂，而且集成性较高，直流系统中的告警信息都是由监控系统来进行记录的，通过监控器可以实现查询，所以对于这样的复杂和高集成化的系统，一旦内部元器件发生故障，则需要由设备的制造厂家来进行处理，不需要技术人员来进行。
如果受直流系统的工作环境和操作过程影响，少数情况下外界干扰或监控内部硬件“瞬间故障”，可能造成系统误告警或监控死机现象。出现无法自动恢复的软件故障，可通过系统菜单中所提供的“初始化”功能对监控器进行重新设置，需注意的是初始化后，系统参数必须重新输入。所以，系统调试开通后，应记录下所需的参数设置。如“初始化”无法排除系统故障，则必须将其退出运行，由厂方专业人员进行检查修复。另外一种方法是可将装置工作电源长时间断开，然后，再进行上电，这种方法对于死机的现象一般能够恢复正常。
3.3 蓄电池故障的预防
蓄电池在运行过程中受温度的影响因素较大，一旦所处环境温度不适宜，则会直接影响到蓄电池的使用寿命。所以需要确保蓄电池组室的良好环境，需要安装空调，使温度始终控制在25℃左右，从而保证蓄电池充分的发挥其使用效能，确保其使用寿命。所以在进行日常检查时，需要对蓄电池的连接片、壳体、极柱、安全阀、绝缘电阻、温度等进行检查，确保其无异常情况发生，另外在检查时还需要对单只蓄电池的电压和电阻进行检查，确保其处于正常的状态。
3.4 直流系统接地故障的处理
3.4.1 直流系统接地故障处理步骤
（1）当时有检修工作、易受潮或正进行操作的回路；（2）选可疑或经常易接地的回路如高低压动力、机炉事故音响、热工回路；（3）变压器及重要设备的控制回路；（4）绝缘水平低、存在设备缺陷及有检修工作的电气设备和线路进行检查，是否有接地情况；（5）拉开直流照明电源开关；（6）拉开断路器合闸电源开关；（7）拉开断路器操作电源开关；（8）检查蓄电池、硅整流装置及充电机回路是否有接地现象；（9）当发现某一专用直流回路有接地时，应分别断开各分支路的操作直流开关，找出接地点，并进行处理。
3.4.2 直流系统接地故障处理过程中的注意事项
（1）当直流系统发生接地时，禁止在二次回路工作。（2）检查直流系统一点接地时，应防止直流回路另一点接地，造成直流短路。（3）禁止使用灯泡寻找接地点，以防止直流回路短路。（4）在接路寻长直流接地前，应采取必要措施，防止因直流电源中断而造成保护装置误动作。（5）使用仪表检查接地时，所用仪表的内阻不应小于2000欧伏。（6）在寻长和处理直流接地故障时，必须有二人进行。（7）防止保护误动：一般的保护装置出于反措的要求一般都有防止直流电源消失保护误动的措施，对重要设备或新投产不久的设备，事先要采取措施，如申请调度断开保护跳闸压板。（8）做好事故预想：拉路或取控制保险时，应事先通知值班人员，做好事故预想，以防开关误跳或出现其它异常情况。如取交流低压电机控制保险时，若合闸接触器保持接触不良，则会造成接触器释放。值班人员发现设备跳闸或自投应立即处理。
3.5 直流接地选线装置监测法
该装置能在线监测，随时报告直流系统接地故障，并显示接地回路编号。但该装置只能监测直流回路具体接地回路或支路，无法定位具体的接地点；受监测点安装数量的限制，该装置很难缩小接地故障范围，且必须进行施工安装，不便于旧系统的改造；此类装置还普遍存在检测精度不高、抗分布电容干扰差、误报较多的问题。
4 结语
目前我国电力系统发展的速度不断加快，随着规模的不断扩大，电力系统开始向超高压和大容量的方向发展，这就更需要确保直流系统运行的稳定性，所以加强对直流系统的维护工作更具有重要性，所以在现有条件及实践经验下，建立一套完整的电厂直流系统维护模式已势在必行。
参考文献
[1]张大东，张金彪，张晓梅.发电厂、变电站直流系统接地的危害及查找、处理方法[J].科技信息，2010（23）.
接地故障检测 篇10
直流系统接地故障一直是电力系统中不容忽视的问题,发电厂和变电站中的直流系统接地故障检测对于保障电力系统的安全运行十分重要[1]。目前广泛使用的低频信号检测方法由于受到直流系统支路中存在的对地电容的影响,使得这种方法在检测时存在一定的缺陷。利用小波变换[2]对检测到的信号加以分析和处理,能够准确地计算出支路中接地电阻值,弥补了低频信号注入法在直流系统接地检测存在的不足。
本文通过LabVIEW[3]平台并对直流系统故障检测系统进行了的设计,同时结合先进的小波变换等数字信号处理技术,通过编写直流电网的检测、控制和报警界面,充分运用PC机平台上丰富的软件和硬件资源,可以完成大量的复杂的数据处理、目标显示、参数设置等任务,使系统的可靠性有了很大的提高。
1小波变换直流接地故障检测方法
1.1直流接地检测基本原理
正常情况下,由电路电桥对直流系统正负母线对地绝缘电阻进行连续检测,当电路电桥检测到母线绝缘电阻低于某一界限值时,启动低频信号源,向通过安装在每个支路上的电流互感器检测出各支路的电流信号。这时候的电流信号主要是注入20Hz的低频电流,通过套在每个支路上的电流互感器检测各支路的电流信号,以此判断故障支路[4]。如图1所示。
对于发生接地故障的支路,其上的电流互感器可以检测到一个由低频信号通过接地电阻产生的低频电流,根据欧姆定律可以计算出支路的接地电阻值,从而判断是否该支路接地。
1.2支路电流分析及低频信号注入法的缺陷
理论上采用低频信号注入法可以解决故障接地检测问题,但是在实际中,电流互感器检测出的故障信号不仅包含低频电流信号,还包括其他成分,因此在支路电阻计算中会有很大的误差:
1)直流系统各支路存在较大的对地电容。采用低频信号注入法检测接地故障时,由于对地电容的分流作用,没有发生接地的支路也可以检测到低频电流信号。
2)直流系统中会受到直流电源的影响,直流电源一般是由三相桥式整流电路构成,这种装置会产生纹波电压,同时通过各支路接地电阻和对地电容在支路中产生纹波电流。
3)直流系统采用环网方式供电来保证重要的控制,信号回路供电可靠,但却给接地故障检测带来了一定的困难。采用环网方式运行的支路不是独立的,它可能随着运行方式的改变不断发生变化时,此时就会造成支路中存在由环网而产生的谐波电流。
4)各种干扰信号也是支路电流的一个组成部分。对于直流系统,工频干扰是一种主要的干扰式。
5)电流互感器在测量支路电流时本身也会产生测量噪声。
如果能去除干扰,从采样中得到的支路电流信号中提取出低频电流向量,就可计算出各支路的接地电阻值,从而判断出故障支路。
2基于小波变换的接地故障检测方法
2.1小波变换对信号的处理
小波变换是一种信号的时间-尺度(时间-频率)分析方法,它具有多分辨率的特点,而且在时频两域都具有表征信号局部特性的能力,是一种时频窗口面积大小固定不变但其形状可以改变,即时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法,在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率,很适合探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并展示其成分,因此有利于把噪声从正常信号中分离出来,达到去噪声的目的。
函数f(t)∈L2(R)的连续小波变换(CWT)为:
其中为基本小波,为的共轭函数,若为实函数,则,a为尺度因子,b为平移因子。由上面定义可见,连续小波中的参数b起着平移的作用,参数a的变化不仅改变连续小波变换的频谱结构,而且也改变其窗口的形状和大小。若满足下述条件:
得到小波变换的逆变换:
小波变换的基函数对不同的扩张率2m(或称尺度m)的时间分辨率和频率分辨率是不同的,但两者之极仍为一常数。尺度m越小,时间分辨率越高,频率分辨率越低,相应基函数的频谱曲线被调制到更高的频率点,从而实现对高频信有较高的时间分辨率,对低频信号也有较高的时间分辨率。
根据对发生接地故障后支路电流成分的分析,可知支路电流的成分比较复杂,除含有有用的低频特征信号外,还包括基波分量、多次谐波分量和噪声干扰,而小波变换在时域与频域具有良好的局部性,通过相应的小波变换从复杂的原始信号中提取出所关心的某一频率信号的幅值和相位信息。
2.2低频信号幅值提取
所要提取的低频信号幅值较小,在提取过程中,用小波先提取幅值较大的信号,然后通过滤波预处理的支路电流信号,减去提取出的幅值较大的信号,就可以得到低频信号幅值。
2.3低频信号相位提取
幅值小波变换系数Ws(k T,f)不仅包含频率f分量的幅值信息,还反映该分量的相位信息。当接地故障发生后,以相同周期T对支流电流采样N点,求出其中低频电流分量的幅值小波变换系数,计算出相位。检索并记录该离散相位过零处的索引。根据选取的每一个nj的值,按照条件{ni>nj,ni-nj
利用以上算法可计算出所提取的低频信号的幅值和相位。
2.4仿真计算
设定支路电流信号为10mA,为了表示支路中大电容对地电容的影响,初始相位设为7π/12的20Hz低频信号;
外加的干扰信号包括:幅值分别为15mA,5mA,6mA,初始相位分别为p/3,p/6,p/12的工频、二、三、四次谐波干扰信号,外加零均值的白噪声干扰信号。
对支路电流信号分别用阻尼复值小波和Morlet小波进行变换分析,得到的结果如表1所示:
由仿真结果可以看到通过复值小波变换提取的低频电流相位非常精确,幅值误差较大,通过Morlet小波变换提取的低频电流幅值误差较小,相位误差较大。因此在实际应用中,可以采用复值小波变换的方法来提取相位,而通过Morlet小波变换提取低频电流幅值,最终得到支路的精确电阻值。
3基于LabView平台的检测系统设计
LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一种图形化的编程语言。它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数,是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器,其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。本文应用美国NI公司LabVIEW[5]系统开发平台结合PCI数据采集卡(DAQ),通过数据采集,低频信号的D/A产生和对接地电阻的判断等实现直流系统接地故障诊断。由于LabVIEW强大的数据处理能力,丰富的数据表达方式和高效率,有力地支持和加快了系统的研制速度。
系统中需要实现相应的用户任务:
1)正负母线对地绝缘电阻的实时监测;
2)判断接地故障后系统报警;
3)启动低频信号发生器;
4)对低频电压进行采样,并计算其幅值和初始相位;
5)检测各个支路的电流信号,并用小波算法进行判断。
检测装置的总体软件流程图如图2所示:
系统的设计主要包括低频信号源的直流支路注入、数据采集和接地电阻计算三个部分。
1)低频信号源的直流支路注入过程:低频信号发生部分的主要功能是根据上层软件的测量要求,发出指定频率的正弦交流信号,通过设定好的D/A值完成低频信号产生的任务。由于LabVIEW本身提供了大量的控制对象,包含有专门用于设计数据采集程序和控制程序的功能库和开发工具库。本文采用就是NI公司的LabVIEW PnP 1.24驱动程序来实现A/D采集和D/A转换单元。低频信号发生部分的程序框图如图3所示。
2)数据采集:信号的采集部分在整个程序中至关重要。其参数设置正确与否,直接影响到后边对直流接地故障的计算与分析。数据采集部分的参数设置主要包括:
(1)Device:用来控制PCI数据采集板在计算机内的初始化信息;
(2)Channels:用来选择要工作的数据采集通道
(3)Scan Rate:用来控制系统的采样频率;
(4)Buffer size:用来控制数据缓存区的大小;
(5)Input config:设置信号采样的单双端模式。
数据采集程序框图如图4所示:
3)接地电阻计算及故障分析
系统中的数据分析部分采用基于小波变换[6]的先进算法来对接地故障进行处理。利用采集到的低频电压和各个支路的电流值将每一路的电阻值计算出来,从而找出故障支路。其软件基本流程如图5。本文中的在虚拟仪器平台下实现的小波算法及故障分析是采用LabVIEW与Matlab接口编程技术,通过在Matlab模块中编写消噪程序并发布COM组件,再通过LabVIEW引用其生成的COM对象,使开发复杂的先进算法的周期大大缩短,并且采用这种方法有效的保证了系统的信号分析的准确可靠性。
4系统测试
在直流系统接地故障检测装置测试中,通过一个20kΩ的接地电阻和一个5µF的对地电容在直流电网某一支路中人为产生正极一点接地故障。应用本文设计的系统,对加载到模拟直流电网正母线上的低频电压信号和支路电流进行采样,采样频率为,采样点数为1000Hz。利用图6的算法得到的低频电压幅值为Us+=23.7066V,采样初始时刻相位,低频电流幅值,采样初始时刻相位,得出接地电阻为20.2409。从结果可以验证该装置对直流系统接地故障检测的准确性。
5结论
本文设计的直流系统接地故障检测装置基于LabVIEW强大的数据处理能力,利用小波变换对其进行处理,从中提取出所关心的低频电流部分,并获得其幅值和相位信息,计算出各支路接地电阻值,从而判断出故障电路。同时系统在LabVIEW平台下有很好的扩展性,为系统的完善设计提供了一个良好的开发平台。
参考文献
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[4]费万民,张艳莉,吕征宇,吴兆麟.基于新原理的直流接地故障检测仪[J].电力系统自动化,2002 34(8):51-53.Fei Wanmin,ZhangYanli,Lv Zhengyu,Wu Zhaoling.New principle based apparatus for measuring insulatingresistance between ground and DC power supply[J].Automation of electric power system,2002(8):51-53.
[5]刘君华,贾惠芹,丁晖等.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程,西安电子科技大学出版社,2001.北京.Liu JunHua,Jia HuiXin,Ding Hui.Virtual Instrument andgraphic means programming language LabVIEW TrainingCourses.Xi’an University Press,2001.
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