接地电容电流（共9篇）
接地电容电流 篇1
0 引言
中国中压配电网大部分采用中性点不接地的运行方式。随着配电网的不断发展,城市配电网中电缆线路所占比例越来越高,线路对地电容电流日益增大,中性点不接地配电网单相接地故障电弧难以自动熄灭,易发展成相间事故。电力系统运行规程规定,当配电网电容电流大于规定值时[1,2],应装设消弧线圈补偿电容电流。准确快速地测量配电网电容电流是决定是否装设消弧线圈和确定消弧线圈容量的依据。
传统电容电流测量方法有直接法和间接法2种。直接法主要包括单相金属接地法,该方法操作接线复杂,对测量人员和配电系统存在一定的安全隐患,一般不建议采用[3]。间接法包括中性点外加电容法、外加电压法、调谐法、变频法和电容增量法[3,4,5,6]。间接测量方法比较简单,能较准确地测量电容电流值。但测量时仍然需要对一次侧设备进行操作,操作复杂,准备时间长[7,8,9,10,11]。针对以上测量方法存在的不足,国内外相继提出了一系列电容电流在线测量新方法。文献[12]提出了一种从电压互感器的开口三角侧注入3个不同频率的电流信号,通过分别测量在不同电流下开口三角侧的电压,从而计算配电网电容电流的方法,该方法受电压互感器漏电阻和漏电感影响较大,且难以确定最合适的测量频率,测量误差较大,测量范围较小。文献[13]提出了一种从电压互感器开口三角侧注入2个不同频率的电流信号,测量其返回电压来计算配电网电容电流的方法,该方法将电压互感器漏电阻和漏电感归结为一个未知阻抗,没有考虑互感器阻抗的频率特性,测量误差大。文献[14]提出了一种从零序电压互感器的开口三角侧分别注入2个频率不同、大小和相位已知的电流信号,再分别测量其在开口三角侧的电压大小和相位来计算电网电容电流的方法,该方法受测量频率选取组合的影响,存在一定的误差。文献[15]介绍了一种在电压互感器开口三角侧串联一个小电感,注入变频电流信号,寻找电网对地电容与小电感的谐振频率,计算电容电流的方法,这种方法没有考虑到电压互感器自身短路阻抗的影响,测量误差较大。
为了消除电压互感器短路阻抗和注入信号频率选取组合对测量结果的影响,本文提出了一种实时测量中性点不接地配电网电容电流的新方法——单频率测量法,经理论推导和模拟实验证实了该方法的可行性。
1 单频率测量法测量原理
测量原理如图1所示,CA,CB,CC分别为配电网三相对地电容。若从电压互感器开口三角侧注入一个角频率为ω的恒定电流
由于电压互感器的励磁阻抗Zm比短路阻抗和线路单相对地电容的容抗大得多,因此,式(1)中互感器的励磁电流Im几乎为0;另外,考虑低压星形侧负载阻抗较大,感应电流I2可以忽略,这样,高压侧三相流出的电流I1的大小由注入的电流I0确定,式(1)可以简化为:
由于I1是一次侧感应的零序电流,不能在电源与负载之间流通,只能通过线路对地电容形成回路。忽略电网对地泄漏电阻,注入信号测量电容回路的等效电路如图2所示。考虑电压互感器低压星形侧的信号电流近似为0,励磁电压近似等于低压星形侧电压,并忽略互感器励磁阻抗,等效电路可以简化为图3。
设三相电压互感器的参数对称,配电网三相对地电容相等,测得开口三角侧信号电压为
令开口三角绕组计算阻抗
另外,一次绕组的漏电感为:
未归算到一次侧的开口三角形绕组漏电感为:
将L3归算到一次侧为:
式中:Φ1σ和Φ3σ分别为一次侧和开口三角侧的漏磁通;Λ1σ 和Λ3σ分别为一次侧和开口三角侧的漏磁导。
漏磁路主要通过绝缘材料或空气形成回路,故漏磁导是常值,且只与互感器线圈的尺寸和空气磁导率有关。电压互感器不同绕组线圈距离很近,通常可以认为漏磁路相同,漏磁导Λ1σ与Λ3σ近似相等[16]。
由式(7)和式(8)可得,一次侧和开口三角侧漏电感归算到同一侧的值近似相等,即
该结论与实际互感器的测量参数相符[17]。
将式(5)、式(6)、式(10)联立,即可求得单相线路对地电容值C和配电网对地电容电流值IC分别为:
式中:ω0为配电网工频角频率;UΦ为配电网相电压。
因此,通过向电压互感器开口三角侧注入一定频率的恒流信号,通过测量开口三角侧信号电压及低压星形侧信号相电压,可以计算出配电网单相对地电容值。由于低压星形侧与开口三角侧负载阻抗较大,通常为数百欧;电网对地电容的阻抗也通常为数百欧,但折算到二次侧后,仅为零点几欧,远小于低压星形侧或开口三角侧负载阻抗。因此,图2所示等效电路中,低压星形侧与开口三角侧负载阻抗可以忽略,负载电流对测量的影响很小,可以忽略,能够满足配电网电容电流实时测量要求。该测量方法的相量图如图4所示。
该测量方法完全消除了电压互感器短路阻抗对测量结果的影响,大大提高了配电网对地电容电流的测量精度。另外,该方法只需向被测配电网注入一个单一频率的测量信号,因此不用考虑测量信号频率的选取组合问题,测量结果更精确、稳定。
2 测量信号频率的选取
测量信号频率的选取将直接影响测量的准确度。
由式(11)可知:
令
设测量误差为Im ΔZ0和Im ΔZ2所导致的容抗计算误差为ΔXC,由于式(14)是线性方程,则有:
对式(13)、式(14)求导数:
即 ΔC≈ωC2ΔXC=2πfC2ΔXC (17)
由式(17)可以看出,当测量误差ΔXC不变时,增大注入信号的选取频率f,电容的计算误差ΔC增大;为减少测量误差,频率f越小越好。另一方面,频率f越小,互感器的励磁阻抗越小,测量回路中励磁阻抗不能忽略;特别在电网电容电流较小条件下,容抗较大,为忽略图2中的励磁阻抗,要求选择较大的测量频率。通常测量信号频率的取值范围为10 Hz～60 Hz,当电网电容电流大于100 A时,选取信号频率大于40 Hz;而当电网电容电流小于10 A时,选取信号频率小于30 Hz。
3 模拟实验和误差分析
3.1 模拟实验
在实验室完成电容电流测量仪的测试,接线如图5所示。
模拟试验中采用10 kV三相五柱式电压互感器,其一次侧与二次星形侧变比k1=100,一次侧与三角开口侧变比
3.2 误差分析
该实验所产生的误差主要来源于3个方面:
1)可调电容本身的误差:可调电容采用实验电容箱,受周围环境的影响,其本身的电容值可能发生变化,导致测量样品的标准不精确。
2)配电网电容电流测量仪本身的误差:测量仪所发恒定电流的频率也会存在一定的误差,从而导致电容值的计算结果有一定的误差。
3)测量范围的影响:实验结果表明被测电容值越大,测量误差越大。一方面,当被测电容值越大,在式(3)和式(4)中,会使容抗相对于漏电感抗小得越多,越难通过测量信号电压值来精确计算配电网单相对地电容值;另一方面,受配电网电容电流测量仪对信号电压测量精度的限制,导致式(11)计算结果产生较大的误差。
4 结语
本文提出了一种实时测量中性点不接地配电网电容电流的新方法(单频率测量法)。通过从电压互感器开口三角侧注入一个恒定的电流信号,测量开口三角侧电压和二次星形侧相电压。根据注入的电流信号和测出的电压信号,计算出配电网对地电容值和电容电流值。该方法完全避免了电压互感器短路阻抗和注入信号频率选取组合对测量结果的影响,不需改变配电网一次接线,不影响配电网正常运行,具有安全、简捷、准确的优点。通过理论推导、模拟试验,证明该方法测量误差小于0.8%,能满足电力系统现场运行要求。
摘要：提出了一种实时测量中性点不接地配电网电容电流的新方法——单频率测量法,即从电压互感器开口三角侧注入一个恒定的电流信号,测量开口三角侧电压和二次星形侧相电压。根据注入的电流信号和测出的电压信号,计算出配电网对地电容值和电容电流值。该方法完全避免了电压互感器短路阻抗和注入信号频率选取组合对测量结果的影响。经理论推导和模拟实验验证,该方法不影响配电网正常运行,具有安全、简捷、准确等优点。
关键词：配电网,电容电流,对地电容,电压互感器
接地电容电流 篇2
【关键词】小电流接地系统;单相接地;故障处理
引言
电力系统按接地处理方式可分为大电流接地系统（包括直接接地，电抗接地和低阻接地）、小电流接地系统（包括高阻接地，消弧线圈接地和不接地）。小电流接地系统包括非有效接地系统和谐振接地系统这两类系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小很多，用户的供电不会受到影响，所以故障线路不需要马上断开，保证了供电的可靠性。因此，小电流接地方式在我国的中压配电网中占绝大多数。
单相接地故障是电力系统中最常见的故障。小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于故障点流过的电流很小，且电网的三相线电压仍保持对称关系，不影响系统的供电，所以一般允许继续运行1～2小时，不必立即跳闸切除故障。但故障会引起非故障相对地电压升高√3倍，持续较长时间还可能引起绝缘击穿，发生相间短路，本文重点分析了小电流接地系统接地故障的特征、现象及处理进行了分析和探讨。
1.小电流接地系统单相接地故障特征
1.1 10kV系统单相接地故障时有以下特征
1.1.1 故障相电压降低（不完全接地）或为零（完全接地），另两相电压升高，大于相电压（不完全接地）或等于线电压（完全接地），稳定性接地时电压数据无变化，若电压数据反复变化，且幅值较大，则为间歇性接地。当发生金属性接地（完全接地）时，如A相接地，则A相的电压为零，非接地相B相和C相的电压指示为线电压。当发生非金属性接地（不完全接地）时，即高电阻、电弧等单相接地时，如A相发生接地，则A相的电压降低，小于正常相电压但不为零，非接地相B相和C相电压则大于相电压，小于线电压。
1.1.2 电压互感器的二次开口三角绕组出现约100V电压（正常时只有约3V），并联有白炽灯的，灯泡会发光。
1.2 经消弧线圈接地系统特征
如果使用完全补偿，本身的电容电流将会流经未出现故障线路和出现故障线路的零序电流，从母线流出指向电容性无功功率的实际方向。在这种情况下，无法通过稳态零序电流的大小和功率方向来判断哪一条线路出现了故障。如果使用过补偿方式，本身的电容电流此时将小于流经故障的零序电流，而从方向上看，从母线流出指向线路仍然是电容性无功功率的实际方向，与未出现故障的线路的方法是不被采纳的;加之因为过补偿度不是很大，也无法轻易地利用零序电流值的不同找出故障线路。
2.处理单相接地故障的要求
2.1 寻找和处理单相接地故障时，应作好安全措施，保证人身安全。当设备发生接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内，进入上述范围的工作人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工具。
2.2 若电压互感器高压侧熔断件熔断，不得用普通熔断件代替。必须用额定电流为0.5A装填有石英砂的瓷管熔断器，这种熔断器有良好的灭弧性能和较大的断流容量，具有限制短路电流的作用。
2.3 处理接地故障时，禁止停用消弧线圈。若消弧线圈温升超过规定时，可在接地相上先作人工接地，消除接地点后，再停用消弧线圈。
3.常见故障现象及分析
3.1 绝缘监察电压表三相指示值不同：当系统发生完全接地故障时，接地相电压表指示为零，其他两相对地电压表指示升高√3倍，线电压表指示正常，此时电压互感器开口三角形有100V输出电压;当系统发生不完全接地故障时，接地相电压表指示减小，低于相电压，其他两相对地电压表指示增加，大于相电压，线电压表指示正常，此时电压互感器开口三角形有0～100V输出电压。正常情况开口三角电压为0v。稳定性接地时，电压表指示无摆动;若指示不停摆动，观察相、线电压、3U0电压无明显无变化、一般3U0电压无法扑捉，则为间歇性接地。
3.2 电弧接地：如果发生A相完全接地，则故障相的电压降低，但不为零，非故障相的电压升高到线电压。此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动作，发出接地信号。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。
3.3 电压互感器高压侧出现一相（A相）断线或一次熔断件熔断：此时故障相电压降低，但指示不为零，非故障相的电压并不高。这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非故障相仍为相电压。[2]
3.4 在合空载母线时，可能发生铁磁谐振过电压：电压表一相、两相、三相指示会超过线电压或以低频摆动，表针会打到头。可分为基波谐振、高频谐振、分频谐振三种。基波谐振：一相电压低，但不为零，两相电压高，超过线电压，表针打到头。或两相电压低，但不为零，一相电压高，表针打到头;高频谐振：三相电压同时升高，远超过线电压，表针打到头。也可能一相电压上升，高于线电压，表针打到头，另两相电压下降;分频谐振：三相电压依次升高，并超过线电压，表针打到头，三相表计在同范围内低频摆动。
4.单相接地故障处理
4.1 处理步骤
4.1.1 发生单相接地故障后，值班人员应立刻作好记录，迅速报告当值调度和有关负责人員，并按当值调度员的命令寻找接地故障，先详细检查所内电气设备有无明显的故障迹象，如果不能找出故障点，再进行线路接地的寻找。
4.1.2 把电网按不同方式分割成电气上不直接连接的部分，缩小查找范围。即把电网分割成电气上不直接连接的几个部分，以判断单相接地区域。分网时，应注意分网后各部分的功率平衡、保护配合、电能质量和消弧线圈的补偿等情况。
4.1.3 利用重合闸试停线路，依次断开故障所在母线上各出线断路器（加用重合闸），若断开瞬间接地信号消失，绝缘监察电压表的指示恢复正常，即可证明所停的线路上有接地故障。对多电源线路，应采取转移负荷，改变供电方式来寻找接地故障点。
4.1.4 采用保护跳闸、重合送出的方式进行试拉寻找故障点，当拉开某条线路断路器接地现象消失，便可判断它为故障线路，并马上汇报当值调度员听候处理，同时对故障线路的断路器、隔离开关、穿墙套管等设备做进一步检查。
4.1.5 当逐路查找后仍未找到故障线路，而接地现象未消失，可考虑是两条线路同相接地或所内母线设备接地情况，进行针对性查找故障点。
4.2 处理单相接地故障应注意事项
4.2.1 有重合闸装置的断路器，拉路寻找时，应利用重合闸装置进行选线。
4.2.2 系统接地时，检查站内设备，应穿绝缘靴，接触设备外壳、构架及操作，应戴绝缘手套。随时监视远动装置，保证“四遥”正确性和完好性，即遥测、遥信、遥控、遥调。
4.2.3 系统带接地故障运行一般不超过2小时，在此期间，严密监视电压互感器运行状况。发现故障或严重异常，应断开故障线路。
4.2.4 如在大风、雷雨天气，系统频繁地瞬间接地，可将不重要的、经常出故障的、绝缘水平不高、分支多的线路停电10～20分钟。若观察不再出现瞬间接地，待风雨停后再试送电。
5.结束语
小电流接地系统发生单相接地的概率极高，故障发生时，系统仍将保持三相对称，用户基本不受影响，故允许带故障继续运行一段时间（1-2h），但非故障相电压对地电压升高可能给系统带来危害，危及系统绝缘。因此必须及时在接地初期发现并切除接地故障，避免造成两点或多点接地导致的短路故障。
参考文献
[1]张海.小电流接地系统接地故障的判断和处理[J].机电信息，2011（21）.
[2]马继政，周震等.处理小电流接地故障的新思路[J].继电器，2006（12）.
电容式电流互感器带电测试 篇3
关键词：带电测试,状态检修
1 目的和意义
随着电网的不断扩大, 电容性设备以其合理的结构、良好的性能和经济的价位等特点迅速在电网中得到普及。同时, 计划检修也逐渐显露出其缺陷和不足:一方面影响售电量且不利于供电可靠性的提高, 另一方面造成大量人力、物力的浪费。电力系统的安全运行决定于电力设备的可靠性, 开展电力设备的在线监测与故障诊断可以及时发现设备中的隐患, 防止突然事故, 可以避免现行预防性维修制度可能维修不及时或过渡维修的固有弱点, 变预防性维修为预知性维修, 即状态检修。因而能够显著提高设备的运行可靠性并减少维修费用。为此, 我局积极开展了电容性设备 (电容式电流互感器和耦合电容器) 的带电测试工作, 满足发展的需要。
2 试验方法的选择
针对以前国内、外对带电测试方法的论证我们认为:
1) 若在现场使用运行中的电压互感器的二次 (或三次) 电压供给标准支路电流, 在二次电压输出端应加装控制保护, 以防止误碰使电压互感器二次相间短路时, 造成继电保护误跳, 但这也不能保证100%的安全;另外由于电压互感器在变电站内的布置位置, 可能与被试设备距离较远, 必须加长C X引线, 引线过长, 不仅对安全不利, 而且会产生过多的测量误差。
2) 若采用悬挂高压标准电容法, 高压标准电容的悬挂本身就很危险, 且一般高压标准电容不适合现场使用。因此, 我们采用同类电容式电流互感器末屏接分压电容取标准信号的方法进行测试。
试验原理:根据规定, 基本上采用电桥平衡原理的方式, 采用低压标准电容法。其原理如图:
为保证电桥平衡, C 1与C X必须取自同一母线下运行的同相设备。C 1:选定的取标准臂信号的电容式电流互感器, 其必须为近几年运行稳定、绝缘状态良好, 停电试验数据合格的设备, 并且应尽量与被试设备属于同厂、同批的产品, 其位置应与其他被试设备不太远, 测试时, 引线尽量短的位置。C 2:串接于C 1末电屏处的可调电容箱, 其作用是给电桥标准臂一稳定的57.7伏的电压。C i、R i:为消除系统误差加入的移相电路。C N:标准电容。
3 电流互感器测量误差分析
现就对在实际操作中一些电桥本身以外的因素引起的测量误差进行分析, 对提高测试准确度, 减少数据误判断有所帮助。
3.1 接入电桥标准电容CN电压变化引起的误差分析
接入标准电容器的电压以电容分压的形式提供是这种测试方法的一个特点, 由测试原理图可知, 当提供电桥标准电容器的电压的分压电容采用无损耗电容器, 其电压U 2值的大小对测试结果是没有影响的, 将电压U 2的数值调整到57.7V, 只是为了计算试品的电容量时方便。但在实际中, 为了测试方便和避免因挂接高压电容器时可能造成的危险, 一般在同相电流互感器的末电屏处外接低压可调电容器抽取U 2, 以互感器主绝缘电容作为高压分压电容C 1。因为担当分压作用的电流互感器主绝缘和末电屏对地都有介质损耗, 低压可调电容也非无损电容器, 当电容C 2并联到互感器末电屏处时, U 2与U之间因此影响出现角差, 影响测试的准确度, 其中末电屏的介质损耗影响较大, 简要分析如下:如图2, C 2M为互感器末电屏对地电容C M与外接可调电容C 2的等效电容;R M为互感器末电屏及对地等效绝缘电阻。
假设互感器末电屏对地绝缘非常好, 接近无损耗时, I与U 2间的角度应为90°, U 2与U同相当存在R M时, U 2与U出现了角差。
因此, 在一个特定的条件下, 当调整tgδi来补偿时, 如根据许营、铜冶220KV进口的电流互感器计算、调整的tgδi, 使得电桥测量这些互感器的准确度较高。
当移到其他站, 如测量国产220KV互感器, 如果国产互感器与进口互感器末电屏介损相差不大, 或者误差在工程允许范围之内, 对测量结果影响不会很大。但当测量末电屏介损较大的互感器, 如测量国产110KV互感器时, 因其末电屏对地介质损耗一般在1%以上, 所以影响就不能忽略, 甚至影响测量数据超出规程的规定值。
解决的方法
根据电桥法测量介损的公式:
解决的办法有两个:
1) 根据不同的被试品, 重新计算和调整tgδi。
计算和调整tgδi+tgδM=ωC N R 4, 对测量220KV互感器与测量110KV互感器的tgδi重新计算和调整后分档, 达到提高测量准确度和一机多用的目的。
2) 在满足测量时电桥平衡要求的前提下, 降低U 2电压值。
互感器末电屏介损的原因, 接入电桥标准电容的U 2电压值的变化, 实际上就是U 2M电容量的变化, 又会引起U 2与U之间角差的变化。所以, 当电桥调整好后, 所选定的U 2电压值在测量中就不宜随意变化太大, 否则回引起测量值或大或小的误差。如果采用第2中方法, 满足测量要求所选定的电压值在今后的测量中也以次为准, 不宜变化太大。选择固定的电压值实际上就是相对固定U 2M, 使互感器末电屏介损引起的误差成为固定误差, 以便于消除, 再有就是为了计算电容量时方便。
3.2 高压电容分压C1绝缘下降引起的误差分析
高压分压电容器的互感器, 其主绝缘介损增大, 也会对测量的准确度产生影响, 但影响程度远小于末屏介损的影响。分析道理同上, 因主绝缘的电容值相对较小, 绝缘电阻R值较大, 由公式tgδ=1/ωC 1R 1与tgδM=1/ωC 2M R M相比较, ωC 2M至少是ωC 1的106倍, 因此主绝缘的下降对测量结果的影响要远小于末屏绝缘下降的影响。但也要看到, 当测量出现介损超标时, 不只表现为被试品C X绝缘不良, 也可能是由担当高压电容分压的互感器主绝缘严重下降所致, 所以要反复对比试验。
3.3 被试品的末屏电容对测量结果的影响
当电桥的R 3臂接入末屏后, 末屏电容C M的存在是不可避免的, 此时流过电桥R 3臂的电流不再是IX而是IR 3, 由IR 3=IX+ (-IC M) , 从相量图可知, IR 3与IN的夹角大于IX与IN的夹角, 产生偏大的测量误差。
如国产电容型电流互感器的末屏电容量与主绝缘电容量之比约为1:1而进口互感器之比却为40:1, 所以当末屏电容量较大时, tgψ就不能忽略了。不过, 一般同一批产品的末屏对地电容大致相同, 所产生的误差基本上可以认为是固定误差, 而且可以用公式计算予以修正。
4 现场注意事项
电容式电流互感器一次是由8~14个元件串联而成, 其接地端即最外层电容屏—末电屏, 运行中必须接地。为满足带电测试的要求, 应将运行中接地的末电屏改为经可断开的接点接地 (一般使用刀闸) , 末屏接地点的允许电流应至少为其工作电流的5倍。为防止末屏因接地引线断开使末屏与地之间产生高电压击穿绝缘, 在末屏与地之间应接入放电管R—250、R—350或放电间隙。测试时必须检查仪器接地良好, 仪器正常后方可断开末屏接地点, 并且要有专人监护。
5 实际使用情况
自1992年我局成功研制开发电容式电流互感器带电测试投入运行, 又于1995年开发了耦合电容器带电测试, 经过数年的测试, 实践证明对发现设备缺陷是有效的, 现将历年带电测试中发现的电容式设备典型缺陷汇总如下:
以上是我公司近年来带电测试中典型缺陷的数据分析, 可见带电测试对发现设备设备缺陷是有效的。
6 结论及前景
接地电容电流 篇4
摘要:为了及时确定故障线路,在小电流接地单相接地故障中采用正确合适的选线技术对配电网的安全运行具有十分重要的意义。当前国内选线装置存在一些问题,很难满足实际工作的需要。文章对主要选线技术的应用进行了研究,为提高选线的准确率提供了依据。
关键词:小电流接地系统;单相接地;选线技术
中图分类号:TM2文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)10-0069-01
目前,我国小电流接地系统主要用于3～66kV配电网络。然而,小电流接地系统在实际运行中容易受到单相接地故障的困扰。发生小电流接地系统故障时,故障线路对地电容电流值非常小,产生的小电流叠加在更大的数值的负荷电流之上,很难对其进行准确地检测,再加上配电网络呈复杂的拓扑结构造成小电流接地系统选线比较困难。传统的选线方法是由工作人员依次拉闸,从而确定具体的故障线路。然而,这种方法存在很大的局限性:有时寻找故障将花费很长的时间;而且人工选线时断路器的断开和闭合操作会影响到配电网络的运行安全。因此,快速准确的选定故障线路,将有助于提高电气设备的使用寿命和配电网络的供电可靠性,大大减少停电维修的时间,关系到电力供应部门和用户的切身经济利益。
1当前小电流接地系统故障选线装置中存在的问题
①故障特征单一。装置利用故障的某一方面特征作为选线依据,当故障特征的并不明显时选线装置就会出现错误的判断。虽然有些装置综合采用了多种选线方法,但是其基本原理是几个选线方法的简单叠加,在遇到情况复杂的问题时就无能为力了。
②消弧线圈削弱了故障信号。在中性点接地经消弧线圈接地系统中,当单相接地故障发生时,消弧线圈的补偿将会削弱故障信号,使选线装置无法得出准确的判断。
③信号处理范围有限。许多选线装置一般只能处理20～1000 mA的二次信号,如果超过这个限定范围,该装置将无法正确选线。
④注入信号的用处不大。有些选线选置通过向系统注入弱信号方法实现目的,但这种方法实际上用处不大。
2主要选线技术的应用
2.1中性点接地系统选线技术
非故障线路三相电流等于本线路的接地电容电流;故障线路三相电流等于所有非故障线路的三相电流之和。中性点接地系统采用零序电流基波群体比幅比相法技术进行选线是可行的。首先,比较各条线路的零序电流值,选择其中较大的幅值的线路作为候选线路;其次,在比较各线路的相位,如果某线路与其他线路有差异那么它就是故障线路;如果所有线路的零序电流是一致的,则可以确定是母线发生了故障。使用这个技术应注意,线路的长度不能有明显的差异,出线数量也不能太小。
2.2中性点经消弧线圈接地系统选线技术
中性点经消弧线圈接地系统中,从母线流向线路与非故障线路方向零序电流的方向是一致的,不能单单通过判断电流的方向来确定具体的故障线路。此外,由于过补偿度一般只有5%～10%,剩余电流值相对较小,故障线路零序电流幅值比中性点不接地的情况大大减少,有的时候甚至少于非故障线路的零序电流,这就使得在工作中很难根据零序电流幅值确定故障线路。通常在这种情况下,采用5次谐波选线方法进行选线。因为消弧线圈对5谐波分量呈现的阻抗较基波分量时增大5倍,而线路容抗则相应地减少5倍,消弧线圈是远不能补偿5次谐波产生的电容电流。通过检测5次谐波零序电流与电容电流即可快速确定发生故障的线路。
2.3基于小波分析的选线方法
小波分析可以进行精确的信号分析,特别是对暂态突变信号和弱信号的变化更敏感,能够可靠地提取故障特征。小波变换模极大值理论告诉我们:故障将导致信号与噪声异常,小波变换模极大值点与采样数据的异常点相对应,并随着噪声的模极大值的增加而衰减的。所以,适当的尺度分解后,可以忽略噪音的影响而得到更好的暂态短路信号。小波变换将信号转换成不同尺度和位置的小波之和,并利用适当的小波和小波零序电流的暂态特征分量进行小波变换后,容易看到故障路线暂态零序电流特征分量的幅值是高于非故障线路的,其特征分量的相组成也是非故障线路相反。这就可以利用暂态信号作为故障线路的选择标准。然而,在实际工作中,电力系统运行复杂性和不断变化的情况,可能出现暂态分量小于稳态分量的情况。这时应当对母线零序电压和各条出线零序电流轮提取基波的小波系数,然后类似地构造选线标准。
总之,选线技术在小电流接地系统故障维修中应用十分广泛,并且对配电网络的可靠运行具有十分重要的意义。电力工程技术人员必须在实际工作中不断总结经验,采用合适的选线方法,努力提高选线的准确性。
参考文献:
[1] 彭玉华.小波变换与工程应用[M].北京:科学出版社,2000.
小电流接地系统接地选线分析 篇5
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.
接地电容电流 篇6
目前,我国10~35 k V系统以中性点不接地或经消弧线圈接地(称为小接地电流系统)的方式为主。中性点不接地方式的显著优点是,系统在发生单相接地故障(约占60%以上)时,可以短时继续运行。但是,此时由于电容电流的存在,就有可能引发间歇性弧光接地、铁磁谐振、中性点位移过电压等,甚至发展为事故。随着城市建设及城市电网改造,城市变电站大量采用了电力电缆送电线路,而在相对落后的农村地区,虽然农网改造已经大大地改善了当地的供电条件,但仍存在配电系统供电半径过大等问题。这些情况都会造成变电站不接地系统电容电流过大,弧光过电压时有出现,严重影响了系统和人身安全以及对用户的可靠供电。
电网电容电流的大小是决定是否装设消弧线圈以及消弧线圈调谐的依据,为了掌握电容电流增长变化情况以及正确设定消弧线圈补偿的档位,准确测量系统电容电流是非常必要的。
电容电流的测量可采用直接法和间接法。直接法由于对试验人员和配网系统均存在很多不安全的因素,现在几乎不再采用了。目前广泛采用的是分相外加电容法和变压器中性点外加电容法等间接法。但是这些测量方法都要接触到高压一次侧,且存在操作繁琐、准备工作耗时长、测量工作效率低等缺点[1]。
基于上述原因,本文介绍一种采用参数辨识原理测量电容电流的新方法。新方法采用注入信号法与递推式最小二乘法辨识相结合的方案,从PT二次侧进行采样,通过输入和输出间的数学模型,辨识计算出电网电容电流。
1 辨识算法的测量原理
1.1 注入信号法
首先,需要明确电容电流辨识的关键——信号注入法与最小二乘法辨识之间的关系。最小二乘法是一种系统辨识方法,用在这里是为了辨识电力系统的接地电容。然而,只有在一个系统模型中包括进去电力系统的接地电容,才能运用最小二乘法进行包括接地电容在内的系统参数的辨识。这里面的电力系统模型就是在信号注入法的实现方案中得到体现的。信号注入法运用到电压互感器PT,就包括了对电压互感器PT回路的电路等效与建模。运用这个电路模型作为目标系统模型,用注入信号角频率ω作为系统输入,用测量到的回路阻抗Z和相角θ作为系统输出,那么最小二乘法就能够对此系统发挥作用,有效地辨识到电压互感器PT回路的电路参数,得到接地电容,进而求得电容电流[2]。具体方案设计如图1所示。
图中WA、WB、WC分别为电压互感器(PT)三相的高压绕组,二次绕组Wa、Wb、Wc组成开口三角形;CA、CB、CC为三相导线对地电容。若在PT开口三角端注入一恒定电流i0,就会有3个大小相等、相位相同的电流i1、i2、i3从PT的高压侧流出,这3个电流将分别在PT三相的绕组电阻R、漏抗XL和导线对地电容上产生压降。根据图2所示的PT等值电路,可得:
一般地,三相PT的参数(绕组电阻R和漏抗XL)是对称的,而且三相导线对地电容CA、CB、CC也是基本相等的,因此三相电流i1、i2、i3分别在三相PT与导线对地电容中产生的压降是基本相同的,即uA=uB=uC,这时在PT开口三角端就可以测到一零序电压u0。
将式(2)代入式(1),得:
式(3)中:i0、u0为输入和输出变量;R、L和C为待辨识参数。这样,问题就转化为参数辨识问题[3]。
1.2 递推式最小二乘法
递推式最小二乘法的计算方法是这样的。一般最小二乘法计算系统参数的公式为
那么,在进行第N+1次数据观测后,有
经过推导可以将递推算法的公式总结为:
其中:Pi=(XiTXi)-1,γi+1=(1+XTi+1Pi Xi+1)-1,KN+1=γN+1PNxN+1为增益矩阵[4]。
式(3)描述了系统输入i0,系统输出u0与系统参数R,L,C的关系。但是其中电气量的微分,积分算子,不易进行数值化和系统实现[5]。所以,这里对公式(3)进行了变形。首先,对式(3)由时域变换到频域,微分算子d/dt变换为jω,积分算子∫dt变换为1/jω,得到:
式中:是PT开口端的电压频域变量;是PT开口端的电流频域变量;ω是注入信号的角频率。接着,对上式移到左边,公式两边取虚部,进一步变形为
其中:为阻抗模,θ为阻抗相角,n1、n2分别是电压互感器PT的高、低压绕组匝数。
这里信号注入法的测量对象是ω,U0和I0。通过测量PT开口端特定频点处的U0、I0就可以求得Z和sinθ。获得PT等效回路的电路模型,测出了ω,Z和sinθ,接下来的工作就是运用最小二乘法对电路模型中的L,C系统参数进行辨识,得到电力系统接地电容。递推式最小二乘法辨识的目标是获得系统参数L,C,记为Φ=(L,C),系统输入为注入信号的角频率ω和其倒数1/ω,记为X=(ω,1/ω),系统输出为等效阻抗的模Z和相角θ,记为Y=Zsinθ。递推式最小二乘法的算法流程如图3所示。
递推过程是这样的:在PT开口三角侧注入角频率ω逐渐变化的电流信号。在10~200 Hz的范围里,经过大量仿真实验和计算比较,最终选择扫频范围10~181 Hz之间的20个频点,各频点间隔9 Hz,作为注入信号的频率。不断地读取系统输入X和相应的输出Y,i时刻读取的一对输入、输出记为(Xi,Yi)。每次读取一对(Xi,Yi),用最小二乘法计算出当前迭代的系统参数iΦ。如此循环,直到系统参数Φn与系统参数Φn+1之差的绝对值小于一个非常小的正数ε,那么迭代结束,取得系统辨识参数Φn=(Ln,Cn)。最后,计算出电网电容电流Ic=3ωCU相。
2 电容电流辨识算法实现
最小二乘法辨识电容电流的实现主要是完成辨识算法程序,并将其加载到DSP芯片中。辨识电容电流程序的目标器件选用TMS320LF2407芯片,采用C语言进行开发,不仅能够方便地实现算法的编程,而且也能够达到较高的辨识速度,不会影响电容电流辨识的实时性。在前面设计的辨识算法的基础上,可以比较容易地制定出辨识电容电流的程序流程,如图4所示。
其中,程序运行的终止条件可以根据系统要求和实际情况而定。如果对辨识电力系统电容电流的反应时间有规定,那么可以设定迭代次数不超过N。经过多次仿真实验和计算,这里N一般可取10,就可以使系统辨识结果具有较高精度。如果对辨识电力系统电容电流的精度有较高要求,那么可以设置辨识系统参数Φn和下一次的参数Φn-1之差的绝对值小于一个非常小的正数ε,那么迭代结束。一般地,ε可以取10-4,所用的辨识迭代次数通常在10次以内。另外,最小二乘法程序中涉及到对矩阵的较多操作,比如辨识算法中PiXi+1是n×n方阵和1×n向量相乘,(I-Ki+1XTi+1)P是两个n×n方阵的乘积,Pi=(XiTXi)-1需要进行矩阵求逆运算。程序中对各种类型的矩阵运算进行了单独编程,并且用函数进行实现,从而能将辨识过程进行明确划分,更好地执行辨识流程。
3 电容电流辨识算法仿真
这里,我们给出CCS2.20中TMS320LF2407芯片完成电容电流辨识仿真的过程和结果。CCS2.20是TI推出的用于开发其DSP芯片的集成开发环境。它采用Windows风格界面,集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试及实时跟踪等功能于一体,极大地方便了DSP程序的设计与开发。对电压互感器PT回路的建模采用Matlab实现,仿真并获得PT开口端的等效回路的各次电流Ii和电压Ui,从而计算得到各个角频率相应的电路阻抗值Zsinθ。根据各次电流Ii和电压Ui,在CCS2.20中仿真运行递推式最小二乘法算法程序,然后我们就可以在CCS2.20中设置断点,监测到程序辨识到的接地电容,从而验证DSP的电容电流辨识程序的正确性。
在PT开口端输入10~181 Hz,频率间隔为9Hz,幅度为1 A,相位为0°的20个电流信号Ii。在每输入一个电流信号之后,根据PT开口端测量到的电压值,就可以计算等效阻抗值Zsinθ。各个角频率对应的电路阻抗值Zsinθ见表1所示。
然后,把电流注入法检测到的各次电路等效阻抗Z和相角θ作为输入在CCS2.20中运行递推式最小二乘法程序,检测接地电容C。表1中列出了辨识的结果。由表1可见系统对电感L的辨识误差从第三迭代开始都在1%以内,而对电容C的辨识误差则在第一次辨识就达到1%以内。
由此,我们可以看到,这里实现的递推式最小二乘法辨识电容电流具有较高的辨识效率,而且相比一般最小二乘法,可以使系统计算开销降低,辨识速度提高。
4 结论
本文实现的接地电容电流辨识的实现方案具有一定创新性。这里辨识算法首先对电力系统加入了电压互感器PT,并且建立了电力系统的等效模型和系统方程。辨识所需的电力系统状态的获取是通过信号注入法获得的,而对系统参数的辨识中使用的是递推式最小二乘法。本文在接地电容电流辨识中创新性地对PT等效回路的电路方程进行了变换,使得其中的系统输入、输出变量的采集、获取比较容易实现。此外,本文电路系统参数的求解运用了递推式最小二乘法,它的特点是能够实时、在线辨识系统参数,满足消弧线圈实时补偿电力系统电容电流的要求。
参考文献
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小电流接地系统单相接地选线方法 篇7
关键词：小电流接地系统,单相接地,线路故障,选线方法
在发生线路故障时,小电流接地系统单相接地依旧具有对称的接线电压,对用户的供电造成的影响相对较小,甚至可以忽略不计,同时根据有关规定和规程可知,故障线路依旧可以在短期内继续运行,对于供电可靠性以及安全性的提高有着重要的意义。不容忽视的是,系统运行方式、线路长短以及CT不平衡等一系列因素对选线方法的正确率、准确性造成的影响较大。所以,对小电流接地系统单相接地选线方法进行研究,有着十分重要的意义。
1 国内外研究现状
中性点非有效接地方式在前苏联国家的应用十分广泛,而美国的接地方式为大电流接地,对于故障线路而言,有着较大的电压和电流,这种接地方式以零序电流有功分量以及无功分量为基础,可提高选线的速度。德国孕育了中性点经消弧线圈接地方式并实现了其深入发展和广泛应用,在20世纪30年代其保护原理建立在接地故障暂态过程的基础上,现阶段谐振接地方式的应用十分广泛,而以扰动原理为基础的选线方法也在众多领域具有较为美好的发展前景。中性点经电阻接地系统在法国的应用时期长达几十年,目前已经被谐振接地系统所取代。以有功分量法为原理的精心设计的DESIR保护装置在解决线路不平衡问题方面具有较强的针对性,其选线方法主要是以零序电流变化量为基础,在高阻接地方面的识别率较高。20世纪90年代以后,接地选线保护更多地应用了专家系统以及人工神经网络等。
我国从20世纪50年代开始就对接地选线方法展开了较为深入的研究,微机型接地选线装置研制成功并实现了普遍应用,而以不同原理为基础设计而成的选线装置也实现了深入的发展。一般而言,在采用零序电流比幅比相法的情况下,中性点不接地系统以及中性点经电阻接地系统在故障线路的检测方面均具有较高的准确性,能够取得良好的应用效果[1]。
2 小电流接地系统单相接地常见选线方法
2.1 基于稳态分量的选线方法
零序电流比幅法可以将故障原件零序电流和非故障原件电容电流总和进行有效的对比,当前者数值较大时,可以对零序电流幅值高低展开对比分析,进而探索出故障线路所在。但是这种选线方法取得的效果要受很多复杂因素的影响,如不平衡的CT、系统运行方式以及线路长短等,所以该选线方法对于经消弧线圈接地系统而言,其广泛应用受到了很大的限制。
零序电流相对相位法可以根据非故障以及故障线路零序电流流动方向特点为依据,对故障线路进行有效地分析。然而需要重视的是,这种选线方法在判断故障线路位置时,极易在同互感器距离较大、线路长度不够以及零序电压不高的影响下产生偏差。同时,系统运行方式、过渡电阻以及电流的不平衡也会在一定程度上对故障线路的判断产生干扰,所以在中性点经消弧线圈接地系统中,这种选线方法的效用很难实现最大化的发挥。
群体比幅比相法可以首先系统地分析故障线路零序电流幅值,进而根据科学合理的判断剔除幅值不高的电流,最后可以此为基础比较相位,故障线路即方向同其他线路存在差异的线路。然而在干扰以及噪声的消极作用下,零序电流的相角以及幅值可能与判断依据有很大的矛盾,判断错误和判断缺漏的出现往往难以避免,影响因素还包括过渡电阻及CT不平衡等,并且在相位的判断过程中,死区和盲点的存在也在一定程度上对故障线路的查找造成影响。
2.2 基于暂态分量的选线方法
首半波法假设了接地故障在相电压接近最大值的瞬间发生。选线方法是以故障以及非故障线路中暂态零序电流首半波方向的差异性特征为依据的,然而这种方法原理在面对接地故障相电压相对较小时很难进行全面、准确的反映,并且接地过渡电阻容易对这一方法造成一定的干扰,工作死区的存在也会对故障线路的判断产生不同程度的影响。
暂态能量法可立足于能量观点对系统故障全过程进行有力的解释,这种选线方法充分参考了零序能量函数,对电流参考方向有着全面综合的考虑[2]。在单相接地故障线路中,故障电流以及电压的暂态过程并不会持续很长的时间,其特征信息具有丰富性特点,所以暂态信息的系统分析可以利用一系列科学合理的分析方法及手段,对故障选线有着重要的意义。小波变换特点具体体现为时频的同时局部化,可以对故障暂态特征进行深入了解并加以提取。
在小波分析过程中,可以通过分析其变换的多分辨率,在一定的频率空间中分解暂态信号,将非故障线路电流特征与故障线路暂态零序电流特征分量幅值展开对比分析,同时选线依据应充分考虑故障线路、非故障线路差异化的特征分量相位。需要注意的是,小波分析法在查找故障线路的过程中,突变信号的干扰深受干扰信号及过渡电阻的影响,因而要想使其得以广泛应用可谓是任重道远。
2.3 综合法
模糊神经网络法能够有效处理模糊信息,可以有机结合能量函数法以及连续电流群体比幅比相法,同时实现这两种方法效能的最大化发挥,合理地改进算法同时获取有关样本,然后充分地利用模糊神经网络的功能,在极大、极小神经网络的作用下,展开一系列的训练活动。选线方法的选择依据主要为经过多层训练的收敛结果,该方法赋予了系统运行方式以及电网结构较高的独立性,有着鲜明的比较特征量。除此以外,同其他的选线方法相比,在选线准确率方面也具有较为突出的优势[3]。
多层前溃神经网络法以及模式识别充分运用了统计模式,其选线依据立足于人工神经网络方法以及贝叶斯的决策方法,能够以故障模式视角系统分析故障线路零序电流,而故障模式的判断同人工神经网络的学习及训练有着紧密的关联,这种具有较高准确率和较低错误率的选线方法在故障选线中扮演着重要角色。同时,要对故障选线具体特点有全面的了解和深入的掌握,对选线识别框架分配函数进行科学的构建,可通过证据理论模型的构建对故障选线问题进行科学合理的判断,为选线方法的判定提供有力的支撑,这种选线方法中综合选线策略的制定立足于信息的融合。
3 结语
总之,在电网规模逐渐扩大和电缆线路不断增多的现代化社会,随着单相接地电容电压的增加,难以规避的线路故障的出现也给线路、电网安全埋下了较大的隐患,对设备的维护和线路保护工作的推进造成了诸多影响。为此,要对小电流接地系统单相接地选线方法进行更深入的研究,从线路故障的具体实际情况出发,有选择地借鉴并适当引进国外先进科学技术及手段,并对电缆、线路运行状况展开严密的监控与检测,以更好地发现、分析和解决线路故障问题。
参考文献
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[4]肖白,束洪春,高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述[J].电力系统保护与控制,2001,29(4):16-20.
[5]郭清滔,吴田.小电流接地系统故障选线方法综述[J].电力系统保护与控制,2010,38(2):146-152.
接地电容电流 篇8
2012年7月21日20时50分, 变电运维人员在220 k V某变电站内夜间设备巡视期间, 远距离发现35 k V 1号电容器设备区内有亮光, 进一步检查发现该处有弧光放电现象, 运维人员立即汇报当值值班调度员, 拉开1号电容器314断路器, 放电拉弧现象立即消失, 晚上通过近距离观察并没有发现故障点。第二天早上再次进行特殊巡视检查发现314-3隔离开关闸口颜色有异常变化, 怀疑是放电造成, 运维人员及时将检查后的情况汇报地调当值值班调度员, 然后运维人员做好检修安全措施后, 等待检修技术人员做进一步确认处理。
2故障隔离断路器的接线方式
该220 k V变电站的35 k V部分的接线方式是双母线带旁路的一次系统接线方式, 电容器的一次系统接线方式如图1所示。故障时的运行方式是:35 k V 1号电容器314断路器运行于35 k V 1号母线 (为室内设备) , 经电力电缆连接到室外314-3隔离开关及整个电容器组。
该220 k V变电站的35 k V电容器保护功能有:过流Ⅰ段、过流Ⅱ段、过压、低压、不平衡电流保护, 保护定值和控制字如表1所示。电流互感器TA变流比为600/5, 该电容器、电抗器、电容器负荷侧314-3隔离开关皆为室外设备。
电容器组中电容量不平衡保护主要用于保护电容器内部故障。当电容器内部故障, 使电容装置的任一个电容器发生击穿时, 引起的过电压及过电流幅值一般都不大, 不会引起电压保护和电流保护动作跳闸, 但引起的电压变化会使电容器组某一串联段上电容器的运行电压超过1.1倍的额定电压, 而超过1.1倍额定电压是不允许长期运行的, 所以需要电容量不平衡保护来跳开断路器, 从而达到保护电容器, 隔离故障点的作用。
一般情况下, 电容器不平衡电流动作有以下原因:电容器组三相电容量不平衡;电网电压三相不对称平衡;三相放电线圈性能差异。
3检修处理过程
该变电站电容器曾经多次发生过不平衡电流动作, 历时一年之久。2009年8月8日经过红外线测温发现电容器、电抗器温度都正常, 只是314-3隔离开关V相动静触头处有点发热, 温度为52℃。这也是一个老式的隔离开关, 型号是GW5-35GW, 额定电流为630 A, 山东某高压断路器厂生产, 1999年11月出厂, 当时的负荷电流有150 A左右。
2012年7月22日检修人员到达现场, 经过详细检查发现, 该隔离开关动静触头烧毁, 动静触头间有烧熔现象, 触指与动触头间烧伤严重, 检修人员拆除烧毁的动静触头进一步检查发现, 隔离开关触头帽内触指压紧弹簧锈蚀严重, 无压紧触指的弹性, 致使隔离开关动静触头接触不良, 接触直流电阻过大, 造成发热, 触头进一步氧化, 致使接触电阻更大, 以至于造成上面提到的拉弧放电现象, 烧毁触头。检修人员经过更换触头后电容器运行一切正常, 再没有发生断路器不平衡电流动作的现象。
4事故的分析与思考
在运行中因接头发热而使电容器组退出运行的故障时有发生, 这是因为电容器一旦投入就以额定电流满载运行。在电容器施工中如果存在接头压接不实、设备接头松动、接点接触不良等问题, 就会引起接头发热, 使电容器组不能正常运行。
如果在运行当中及早发现故障, 及早处理, 是完全可以避免这次事故发生的。从这次事故中可以引起一些思考。
(1) 该电容器不平衡电流动作多次, 并历时一年之久, 变电运维人员在设备巡视中曾经发现过隔离开关发热的成像图, 但是汇报设备缺陷后, 没有引起有关人员的重视, 致使运行3年后发热越来越严重, 最后导致隔离开关烧毁。
(2) 隔离开关的压接弹簧压接不紧, 在设备运行中运维人员是很难发现的, 但是近几年的预防性试验在测量直流电阻的项目中应该能够发现, 实际情况是由于疏漏, 没有发现。
(3) 管理人员不重视、预防性试验报告审核不认真, 这也是发生这次事故的原因之一。
5防范措施
通过这次隔离断路器动静触头烧毁而造成电容器不平衡电流动作的事故分析, 我们在以后的工作中要重点做好以下几个方面的防范措施。
(1) 定期进行电容器组不平衡电流的实测工作, 当测量值大于电容器组不平衡电流告警定值的20%时, 应查明原因, 及时进行检修处理。
(2) 运行中应保证电力电容器在不超过额定电流30%的工况下运行, 三相不平衡电流不应超过±5%。当发现超过上述数值时, 应及时查明原因处理。
(3) 运行中应特别关注电容器组不平衡电流值, 当确认该值发生突变或越限告警时, 应尽早安排电容器组检修。
(4) 加强对预防性试验报告的审核工作, 选用具有实际工作经验、责任心强的员工进行试验报告的审核管理工作。
接地电容电流 篇9
国内中压配电网大多采用中性点不接地的运行方式, 由于城市的发展, 城市配电网不断扩大, 电力电缆使用量的不断增加, 电网对地电流急剧增大。当配电网发生单相接地故障时, 故障处产生的电弧无法自行熄灭, 过电压可能危害线路间的绝缘而造成相间短路甚至三相短路的严重事故。根据电力部门规定, 当电网电容电流达到一定数值时, 应采用中性点经消弧线圈接地。电网电容电流的精确测量, 是消弧线圈合理补偿的前提, 也是决定是否需要安装消弧线圈, 及作为选择安装多少容量消弧线圈等问题的依据。因此, 测量系统的对地电容电流值是不可或缺的, 是保证配电网安全运行的一项有重要意义的工作[1]。
1 电网电容电流测量原理
电网对地电容电流的测量主要分为工程计算法、直接法和间接法。工程计算法一般用于评估新建工程的应用。直接法, 也称作金属直接接地法, 由于过程复杂且在电网一次侧作业, 因而非常危险, 已不采用。间接法主要有:人工星形中性点法、偏执电容法及信号注入法, 前两种方法在其它文献中多有介绍, 此处不再重复[2,3]。本文主要介绍通过在电网母线电压互感器二次侧注入电流信号来求得电网对地电容电流的一种测量方法, 具有安全性能好, 操作简单等优点。
如图1所示:A相接地后, B相、C相的对地电压上升为线电压 (相间电压) , 电流通过B相、C相的对地电容流入接地点形成电容电流, 电流Ica和Iba叠加后形成电容电流Ic。
由于系统线路三相对地电容量基本相同, 假设系统相电压为U相, 单相对地电容为C, 电容电流Ic为:
式 (1) 和 (2) 中, Ic为对地电容电流, A;Ica为电流通过C相的对地电容电流, A;Iba为电流通过B相的对地电容电流, A。
上述电流Ic也是系统正常运行时流过三相对地电容的电流数值之和。目前大多数测量电容电流的仪器均为先测量系统对地电容值, 再通过上式 (2) 计算系统电容电流[2]。
2 基于注入信号法的电容电流测量
注入信号法的基本思想是:在电压互感器 (PT) 二次侧开口三角端注入频率不同、幅值相同的电流信号, 通过测量二次侧开口三角端注入电压和注入电流的幅值和相位关系, 求解出线路的对地电容值[3]。见图2。
图2中LA、LB、LC分别为电压互感器 (PT) 三相高压绕组, 二次绕组La、Lb、Lc组成开口三角形;CA、CB、CC为导线三相对地电容。若在PT开口三角端注入一个恒定电流i0, 则在PT的一次绕组A、B、C三相分别流入电流i1、i2、i3。设高低压绕组的匝数为n1和n2, 三相PT的励磁电流分别为ia、ib、ic。
式 (3) 中, i0为开口三角端注入一个恒定电流, A;i1、i2、i3为PT的一次绕组A、B、C三相分别流入电流, A;n1、n2为高低压绕组的匝数;ia、ib、ic分别为三相PT的励磁电流, A。
图3为PT等效电路图, 励磁阻抗Zm为兆欧级的, 比千欧级的绕组电阻R和漏阻抗X大很多, 而线路的单相对地电容一般介于0.1 u F~30 u F之间, 对应的阻抗为几百兆欧到几千欧, 因此PT的励磁电流几乎为0, 此处忽略不计。这样PT高压侧三相流出的电流视作大小相等, 且由注入的电流i0确定。
求解方程组 (6) 可得到线路的对地电容值:
3 MATLAB仿真
在MATLAB软件中利用simulink模块, 搭建运用信号注入法测量电网电容电流的仿真测量模型。如图4所示。设置不同的被测接地电容 (5μF、10μF、20μF) , 注入信号为恒定1 A的电流信号, 改变注入电流信号的频率fi (20 Hz、40 Hz、80 Hz、160 Hz) 并测量相对应的U0i和fi。计算结果如表1所示。
由理论推理及仿真实验可以看出:三频法只适合测量较小的电容电流, 在测量较大的电容电流时误差较大, 甚至会出现负数开根号的情况, 稳定性较差。如表1中被测电容值20μF, 频率选取40 Hz、80 Hz、160 Hz组计算过程中就出现了负数开根号情况, 故无法通过计算得到对地电容值。
以不同频率注入信号所产生的测量数据进行计算, 也会影响计算所得的误差。例如, 表1中在被测对地电容值一定的前提下, 频率选取为40 Hz、80Hz、120 Hz组的误差普遍比选取20 Hz、40 Hz、80Hz组误差要小。
4 结语
信号注入法在系统二次侧进行, 相对安全可靠, 操作过程不影响系统正常运行, 灵活便捷。适用于系统容性电流较小的情况, 当系统对地电容较大时, 会产生较大误差, 甚至会发生无法计算的情况。同时应注意选取合适的注入频率进行测量, 以减少误差。
参考文献
[1]田建设, 韦良, 李天旭.基于改进信号注入法的配电网电容电流测量[J].广东电力, 2008, 21 (7) :28-31.
[2]连鸿波, 杨以涵, 谭伟璞, 等.偏置电容法测量中压电网电容电流的误差分析[J].电网技术, 2005, 29 (14) :54-58.
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