故障电流控制（共7篇）
故障电流控制 篇1
0 引言
随着新能源接入电网所占比例的不断提高,电网的动态稳定性问题日益突出,增设储能系统(Energy Storage System, ESS)逐渐成为电力系统提高稳定性的新手段,它能够平滑新能源发电的输出功率并提高它的调峰能力。ESS中的功率转换系统-PCS(Power Conversion System,PCS)是连接储能电池和电网间的桥梁,是实现ESS与电网能量交换的核心。电网故障时,PCS若不能采取相应措施来进行自我保护,则可能烧坏变流器。因此对PCS低电压穿越(Low Voltage Ride-Though, LVRT)研究的重要性也日益突出[1,2,3]。
目前多种PCS控制策略得到成功应用,这些方法均假定电网三相电压完全对称[4,5],但实际上ESS一般通过长距离输电线路与系统相连,易受各种电网状况的影响。不对称故障或不平衡负载所导致的三相电网电压不对称是实际电网中的常见现象[6]。 文献[7]针对风力发电系统中的变流器提出了电网正负序电压分别定向的矢量控制策略,该方法可以消除功率波动,稳定直流母线电压,然而电网发生不对称故障时,变流器不具有紧急无功控制能力。文献[8]根据储能电池的非线性特性,设计了双向DC-DC变流器与DC-AC并网变流器结合的能量转换系统,基于反馈线性化理论,设计了PCS的非线性内环控制器。但该方法采用了6 个PI控制器,增加了计算复杂度,且不适用于电网故障情况。文献[9]中储能变流器采用同步旋转d-q坐标下的间接电流控制,通过变流器直流输出计算出网侧有功分量和无功给定值,这种控制方法在电压型逆变器中有一定的借鉴意义,但是采用同步旋转d-q坐标系, 需要进行多次坐标转换,算法复杂电网故障时锁相系统可能不准确而使PCS失去控制,烧坏变流器。 文献[10]中指出了光伏PCS实现LVRT的三种方法, 增设无功补偿设备实现LVRT适用于储能PCS,但该方法是进行硬件改造,增加了ESS的安装成本。
针对储能PCS软件控制方法实现LVRT这一缺失,本文分析了电网故障对ESS的影响,建立了PCS正、负序复合型数学模型,通过分析预测电流控制原理建立了 α-β 坐标系中PCS瞬时功率方程, 结合储能环节的特殊结构,以抑制LVRT时的过电流和不对称故障时产生的有功功率二倍频分量为目标,采用不需要锁相环和旋转坐标变换的电网不对称条件下PCS预测电流控制策略, 采用PSCAD/EMTDC仿真证明了该策略的正确性与可行性。
1 储能系统结构及原理
目前储能技术主要分为物理储能、化学储能和电磁储能三大类。物理储能主要包括扬水蓄水储能和压缩空气储能等,化学储能主要包括各类蓄电池, 电磁储能包括超导线圈与超级电容器[11]。图1 为本文的研究对象-84 kW的电池储能系统,该系统通过PCS连接到380 V的电网上,主要包括电网、变压器、交流侧滤波器、PCS、直流侧支撑电容和模拟蓄电池六大部分。PCS工作于储能电池和电网之间,其功能是将电网电能存入储能电池中或将储能电池中的能量回馈到电网,实现储能电池和电网之间能量的有序交换,它不仅要在电网正常时提高电力系统电能质量,还要在电网故障时为关键负荷供电[12]。特别指出本文采用单级式变流器实现并网控制,不仅实现了功率的双向流动,负载可以向电源回馈能量;而且整个系统只需一级功率变换即可完成两级结构的全部功能,降低了变换器的通态损耗和系统的复杂性,提高了系统的效率和可靠性。克服了双级式变流器器件数多,系统可靠性相对较低, 体积重量较大,系统较复杂,成本较高的一些缺点[13]。
在电网正常工作情况下,通过不同的控制方式,可以实现储能电池的恒功率充、放电,恒压放电等模式。当电网三相电压对称跌落时,输送到电网的功率突然减小,若不及时调节储能电池输入功率,则功率不平衡将导致变流器输出电流迅速上升, 危及变流器安全[14,15,16]。储能电池不同于直驱风机和光伏之处在于储能电池直流侧由于大电容钳位的原因,在电网侧电压跌落的情况下直流母线电压不会出现过大的波动。当电网出现不对称的电压跌落时, 如果不采取措施实现负序电流的控制,PCS很容易发生过流而损坏。此外,输出有功功率会发生2 倍电网频率的正弦波动,进而使直流侧电压产生2 倍频波动,危及变流器整体稳定性[17]。综上,ESS应具备一定的耐受电网故障(对称、不对称)的能力, 避免在故障时脱网,引起其他连锁故障。目前,还没有明确提出ESS低电压穿越要求,ESS和光伏PCS的功能和控制方法相似,一般参考光伏电站的电压响应特性曲线[18]。
2 储能PCS的正、负序复合模型
储能PCS拓扑结构如图2 所示,图中ea、eb、 ec为三相电网电压,va、vb、vc(ia、ib、ic)为储能PCS的三相输入电压(电流),Ls和Rs为等效的进线电感和电阻,Cdc为直流侧支撑电容,udc为直流侧母线电压,iload为直流侧负载电流。
根据图2 所示拓扑,由基尔霍夫电压、电流定律得三相静止abc坐标系下PCS变流器的数学模型为
式中,Sa、Sb、Sc分别为三相桥臂开关函数:Sk=1 (k=a,b,c)表示相应桥臂上管导通,下管关断;Sk=0 表示相应桥臂上管关断,下管导通。
三相电源相互耦合,而且电网电压电流均为时变交流量,不利于控制系统的实现。通过坐标转换将三相静止abc坐标系下的数学模型转换到两相静止 α-β 坐标系中,对式(1)进行3s/2s坐标变换可以得到两相静止 α-β 坐标系下PCS变流器的数学模型为
式中:Eαβ是电网侧电压复矢量;Vαβ(Iαβ)是 α-β 坐标系中变流器交流侧电压(电流)复矢量。
当电网不平衡时,Vαβ、Iαβ均含有正序、负序分量,根据已有文献在系统发生不对称故障时采用T/4 正负序分离法提取出系统中的负序量进行控制[19],则
式中,Vαpβ、Vαnβ(Iαpβ、Iαβn)分别为 α-β 坐标系下的变流器交流侧电压(电流)的正、负序矢量。且有
式中:V(i)代表变流器交流侧电压(电流);下标 α、 β 代表所在坐标轴;上标p、n代表正负序分量。将式(3)代入式(2)中可以得到α-β坐标系中储能PCS变流器的正、负序复合模型为
3 预测电流控制与LVRT策略
PCS的LVRT实质是在电压跌落情况下首先防止开关器件过流、过压而损坏,其次是保持并网运行前提下,具备一定的功率控制能力和功能。LVRT的实现方案体现在两个层次:一是电压跌落时电流指令分配与切换;二是电流的有效控制。针对电网对称和不对称两种故障,通过改变功率外环来改变电流指令,分别实现电压跌落时的PCS过电流抑制和不对称故障时负序电流控制与有功功率二倍频脉动抑制,实现储能PCS的LVRT。
采用预测电流控制算法,即通过预测系统下一周期的输出状态而确定当前的动作指令[20]。电网正常情况时调制电压指令为
电网电压不对称时,式(6)可分解为
式中:Vαp*、 Vβp*、Vαn*、 Vβn*( iαp*、 iβp*、iαn*、 iβn*)为 α 轴和 β 轴的电压(电流)正负序指令;ipα、 ipβ、 inα、 inβ(epα、epβ、enα、enβ)为 α 轴和 β 轴的网侧电压(电流)正负序瞬时值。由式(7)可以看到变流器输出电流iα和iβ分别只受变流器输出电压Vα和Vβ的控制,求得电流指令代入式(7),将得到的调制电压输入到SVPWM模块,产生六路脉冲信号触发PCS变流器的功率开关就可以实现LVRT控制。
PCS变流器吸收的复功率为
式中:Edpq、Ednq(Idpq、Idnq)为d-q坐标下电网电压(电流)正负序矢量;p、q为PCS变流器吸收的有功、无功功率;ω 为同步旋转角频率。求解式(8)可以得到
式中:p0、q0为有功、无功功率平均值;pc2、qc2为二次有功余弦、正弦项峰值;ps2、qs2为二次无功余弦、正弦项峰值。因此选择p0、q0、ps2、 pc2作为控制对象,当电网对称故障时,p0*为PCS输入平均有功指令,通过直接改变有功功率达到抑制网侧过电流的目的。网侧变流器要求单位功率因数运行,取q0*=ps2*=pc2*=0。其中p0*为PCS输入平均无功指令,ps2*和pc2*分别为PCS输入有功功率二倍频正弦、余弦分量指令。
当电网不对称故障时含有负序分量,传统控制方式下输出的有功功率会发生2倍于电网频率的正弦波动以及直流侧电压的2 倍频波动,危及变流器整体稳定性。一般希望储能电池在自我保护的同时能够向电网提供一定的无功支撑,系统转入紧急无功支撑模式。采用直接改变功率外环指令实现LVRT,无功功率指令切换到储能装置所能发出的最大无功容量qmax,此时功率指令分别是
功率指令确定以后,即可根据式(9)得出所选4 个功率指令与 α-β 坐标下正负序电流指令的关系。
式中:用ME-1表示逆矩阵。把式(10)代入式(7),可以得到储能PCS在电网故障条件下基于预测电流的LVRT控制策略,如图3 所示。该策略分为两层:一是工况切换及电流指令的计算与限流部分;二是电流的跟踪控制部分。图中Es为网侧电压幅值,E0为额定电压。正常时刻两者是相等的,此时开关位于1 位,当出现对称(不对称)故障时Es小于E0,指令切换开关动作至2 位,转入无功支撑模式。由于对储能PCS的建模是正负序复合模型, 因此当电网出现不对称故障负序分量时该方案依然可以通过对负序量的控制实现不对称LVRT。
4 仿真分析
本文基于PSCAD/EMTDC建立了储能PCS仿真模型及相应的电网模型,对所提控制策略进行了仿真验证。仿真模型参数为:蓄电池组额定功率: 84 kW;电网电压:380 V;电网系统阻抗:0.005 Ω; PCS直流侧电压:714 V;开关频率:3.2 kHz;交流侧滤波电感:0.000 95 mH;交流侧滤波电容:140μF;直流储能电容:5 040 μF。
仿真需要验证本文方法对于对称及不对称性电网故障下的有效性,通过变压器一次侧电阻接地的方式模拟不同类型的故障(表1)。在1 s时发生故障,持续时间为1 s,在2 s时刻恢复正常。综合考虑模型中所采用电力电子器件的最大通态电流为450 A。
4.1 对称故障仿真
图4 为故障时刻未加入LVRT控制策略的波形图,可以看到电流达到1 000 A,已经完全超过变流器的最大允许值(450 A),危害变流器。图5 为故障时刻加入LVRT控制策略,切换功率运行模式, 开关从1 位到2 位,切换功率运行模式开关从1 位到2 位,储能电池转入无功运行模式,按照蓄电池的最大允许值进行无功支撑。可以看到此时交流电流大小得到有效的抑制,幅值限定在300 A左右, 满足变流器的控制要求,实现了储能PCS的对称LVRT。
4.2 不对称故障仿真
图6 为电网发生A相接地时未加入不对称LVRT控制策略的波形图,可以看到故障电流达到600 A,完全超过变流器的最大允许值(450 A),且直流母线电压出现波动,有功功率的2 倍频波动明显,严重影响电网的电能质量和变流器的安全运行。 图7 为故障时刻加入不对称LVRT控制策略波形, 与图6 相比可以看到此时交流电流大小抑制在100A,直流母线电压波动减小了,有功和无功功率的倍频分量也得到抑制。但是由于电池系统向电网发出的有功功率减小,因此,直流母线电压有所上升, 但没有超过限值。验证了本文关于电网电压不对称条件下PCS的LVRT控制策略的正确性。
5 实验结果
5.1 对称故障实验工况
在已有控制策略经过仿真验证之后,又将该策略移植到硬件设施中进行实验。采用的实验工况为: 电池储能系统按1 MW为一个单元设计,每1 MW的储能系统由4 个500 kW/0.75 MWh电池储能单元组成,其中每个电池储能单元包含1 台500 kW的PCS, 用以实现储能电池与电网之间的能量双向传递。
全系统由3 个这样的1 MW单元构成,最终每个单元通过隔离升压变,汇流于35 kV电网。500 kW PCS的拓扑由6 个84 kW的标准功率模块组成,每个功率模块的直流侧作为1 组输入。电池系统共分为6 组,分别接到PCS的6 组直流输入上,PCS装置的所有功率模块的交流侧并联在一起,通过内部隔离变压器接入380 V电网,如图8 所示。
5.2 对称故障实验波形
储能PCS三相对称跌落波形说明:在2 s时发生故障,持续时间为1 s,在3 s时刻系统恢复正常, 如图9。故障发生后,PCS往外发出10 kvar无功功率。在电压恢复时,停止发无功,并在故障恢复后100 ms后恢复有功输出。图7 中CH1 为网侧电压, CH9,CH10,CH11 分别为网侧三相电流。从所得的实验波形中可以看到该策略应用到实际装置中依然是可行的,尤其是图10,在故障时刻可以很好地抑制网侧电流防止越限;图11 可以看出,在故障退出时刻可以快速平稳地过渡到稳态工作状况。
可以看到此时交流电流大小得到有效的抑制, 满足变流器的控制要求,实现了储能PCS的对称LVRT。
6 结论
本文建立了基于 α-β 坐标系的电网不对称条件下PCS预测电流的控制策略,使得在电网对称和不对称的低电压情况下ESS都能够实现LVRT。控制策略基于 α-β 坐标无需多重坐标变换,不涉及锁相环,大大减少了算法复杂性。采用直接功率控制来达到抑制倍频分量的影响,实现方便,完全适用于目前研究为较少的不对称LVRT。使PCS能够对电网进行无功支撑,帮助电网电压恢复。且在实现LVRT过程中ESS没有增设硬件装置,不仅提高了储能电池运行的可靠性,还具有很好的经济效益。 仿真结果表明,该控制策略能在电网故障情况下能对储能PCS进行有效控制;同时经过实际设备的实验验证,进一步证实了本文中提出的控制策略是一种颇具应用价值的控制方案。
故障电流控制 篇2
LTC4231控制一个外部N沟道MOSFET, 以平缓地给电路板电容器加电, 从而避免瞬态放电、连接器损坏和系统干扰。器件在正常工作时静态电流仅为4μA, 在停机模式则降至0.3μA。为确保低电流工作, 欠压和过压阻性分压器连接至一个选通接地, 从而将其平均吸收电流降低50倍。LTC4231提供了一款用于热插拔及电池保护的紧凑和坚固型微功率解决方案, 特别适合那些采用太阳能或能量收集技术的节能型应用。
通过控制背对背N沟道MOSFET, LTC4231不仅能够安然承受高达-40 V的反向电池电压, 同时也能针对该反向电池电压为下游电路提供保护作用。欠压保护电路可切断低电压电池以防止其发生深度放电, 而可调迟滞则能避免在负载移除之后由于电池恢复而产生振荡。一个定时电路断路器和快速电流限制提供了双级过流保护。2.7 V~36 V的工作范围可适应众多的电池化学组成, 包括铅酸电池、锂离子电池和堆叠式Ni Cd电池。
电气制动电流指示异常故障分析 篇3
发电机组正常停机采用电气制动, 若发电机定子或出口母线有异常, 应人为切除电气制动, 电气事故时电气制动将被闭锁, 但机械制动能正常投入。电气制动投入时, 机组转速为50%nr, 整个制动过程需要3min25s, 制动电流约为 (6.3-8) kA左右, 如超过8kA, 则有损坏机组定子绝缘的危险。因此, 在停机过程中, 需要通过现地盘定子电流表或计算机通道定子电流指示值监视电气制动电流大小。
对定子电流的测量有两个途径:一是由机端CT二次回路直接送到现地盘定子电流表进行指示, 二是由机端CT二次回路送到电流变送器, 经电流变送器测量, 输出0-20mA的电流信号送到现地RTU盘和中控室模拟盘上的定子电流表, 实现对定子电流测量值的远方监控。原用的定子电流测量变送器为7kg2112型挂墙式交流电流变送器, 测量精度高, 频率范围宽, 输出的是一个对应于测量变量的0-20mA直流电流, 不受所接负载的影响, 与所接负荷无关, 输出稳定。
2 电流测量变送器改造
原用的电气制动定子电流测量变送器部分元件老化严重, 测量误差逐年增大, 决定采用7kg6000-8AB型组合式变送器进行更换, 该变送器一般应用于测量信号是经过长距离传输的电场之中, 具有安装简单, 功能强大, 无须维护等特点。它不仅能对电流量进行测量, 还可以对电力系统中的电压、有功功率、无功功率、视在功率、频率、相角等参数进行测量, 可以通过三个输出端口同时输出模拟信号, 连接到指示仪表及计算机测控单元中。若将变送器通过7kg6051-8BA电缆与运行“SIMEAS PAR”软件的个人电脑相连接, 则输入接线方式、测量参数类别以及输出量程范围均可通过电脑维护终端软件进行设置。改用新型的组合式变送器后, 对定子电流、电压、有功功率、无功功率、相角等参数的测量由原来的5个电测量变送器降为两个, 不但节约了盘内空间, 且简化了接线方式, 提高了设备运行的可靠性。
3 异常分析及改进
更换后的7kG6000-8AB组合式变送器在开机和运行过程中指示正常, 但在机组的停机过程中, 当转速低于50%投入电气制动时, 由机端CT二次回路直接送到现地盘定子电流表的指示值为6.3kA。而计算机通道和中控室定子电流表的指示值达到了8.1kA, 与更换变送器前相比, 定子电流明显偏大。如果制动电流确实达到了8.1kA, 将损害定子绝缘。
针对上述情况进行试验, 将一块测量精度为0.05级的数字万用表及一块普通电流表串入组合变送器的输出回路中, 在机组投入电气制动时观察电流值, 发现数字万用表和电流表的测量值均达到了8.1kA, 这就排除了计算机通道和中控室模拟盘电流表发生故障的可能性, 说明新更换的组合式变送器对机组制动电流的测量值确实是8.1kA.
新安装的变送器在机组电气制动的工况下, 对制动电流值的测量存在明显升高的现象。那么, 7kg6000-8AB型组合式变送器和原来安装的7kg2112型变送器到底有何不同, 为何在机组正常运行时对各种量值的测量都非常准确, 而在机组投入电气制动后, 对制动电流值的测量会产生如此大的偏差, 有必要对发电机组的电气制动做进一步分析。
电气制动的工作原理是基于同步电机的电枢反应理论。当机组与电网解列, 发电机转子灭磁后, 使定子三相短路, 同时给转子重新施加励磁, 由于此时定子线圈是纯感性负载, 因此电枢反应的结果是产生的电磁力矩使机组快速减速, 达到快速制动, 减少轴瓦磨损的目的。当发电机组投入电气制动时, 定子出线端三相短路, 从50%额定转速至停机期间投入励磁电流, 在电气制动情况下, 定子绕组中的短路电流是一恒定值, 不随机组转速的降低而变化, 但电流的频率会随着转速的变化而变化, 且会在某一时段处于低频状态, 当机组处于工频运行状态时, 进入变送器的不平衡电流主要为工频分量, 无法通过低通滤波器, 但当机组转速较低, 电流频率处在20Hz及以下时, 不平衡电流即可通过低通滤波器, 进入到变送器的电流不仅有工频分量, 还有波形发生畸变的非正弦交流分量。新安装的7kg6000-8AB组合式变送器是新一代的智能化仪表, 其内部的微处理器可达到每秒进行15次的运算, 有效的扫描速度是测量信号频率的96倍, 这不仅使变送器能够正确的测量出工频正弦交流电流, 还能够测量出叠加了不平衡畸变波形分量的制动电流值。而7kg2112型变送器仅能够测量出波形失真系数小于0.5%的正弦波制动电流值, 当机组转速降至50%额定转速时, 投入电气制动后, 随着机组转速的逐步下降, 这时的制动电流就叠加了一个畸变的非正弦交流分量, 旧的7kg2112型变送器由于测量精度的原因而不能采集到这一畸变的非正弦交流分量, 新更换的kg6000-8AB组合式变送器却能够采集到这一畸变的非正弦交流分量, 这就解释了旧的7kg2112型变送器测量电流正常, 而更换了新型组合式变送器后制动电流出现异常的故障原因。
4 结束语
通过以上分析, 找到异常的原因, 对新更换的7kg6000-8AB组合式变送器进行改造, 将定子电流测量变送器更换为扫描速度相对较慢的单相交流电流变送器, 而机组有功功率、无功功率、电压、相角等参数的测量仍然采用7KG6000-8AB组合式变送器进行测量, 将定子电流变送器更换为FPA型单相交流变送器。经多次试验, 定子制动电流显示正常, 从而解决了更换7kg6000-8AB组合式变送器后, 在停机过程中出现电气制动电流异常的问题。
摘要：对鲁布革发电机变送器输出偏大的原因做了详细的分析, 并提出消除此故障的方法。
关键词：电气制动,定子电流,变送器,波形畸变
参考文献
[1]陈尚松, 雷加, 郭庆.电子测量与仪器[M].电子工业出版社.
[2]古天祥, 习友宝, 詹惠琴.电子测量原理[M].机械工业出版社
用电流方法诊断抽油机井故障 篇4
1 电流分析的原理
机械采油是用电能转换为机械能, 由电动机提供动力, 经减速装置将电动机的高速旋转运动变为抽油机的低速旋转运动, 再由曲柄—连杆—游梁结构将低速旋转运动变为抽油机的往复运动, 带动深井泵工作。要使抽油机在平衡条件下运转, 就应该在抽油机曲柄上加一重物, 在下冲程中让抽油杆自重和电动机一起来对重物做功, 而在上冲程时, 则让重物储存的能量释放出来和电动机一起对悬点做功, 即:
在能量转换的过程中, 电动机电流的大小直接反映出抽油机负荷的大小。在机、杆、泵以及井下管柱出现故障或问题时, 抽油机的负荷才会发生变化, 电动机的电流也随之变化。
2 电流异常原因分析及诊断故障
2.1 抽油杆断脱会引发上电流突然下降, 下电流上升, 在录取一口抽油机井的电流资料时发现电流变化比较大, 上电流出现明显下降, 下电流上升。
从生产数据表中看出, 在3月20日以前生产正常, 各项生产数据是比较稳定的。但在3月21日录取抽油机的电流时, 发现上下电流出现较大变化, 上电流降、下电流升, 说明抽油机的井下负荷突然减小。3月22日, 为近一步核实问题, 进行量油和示功图测试, 发现产液量为1t/d, 示功图载荷也明显减小, 图形基本是一条线。初步诊断抽油杆断。当抽油杆上行程时由于井下一端负荷小, 靠平衡块的重量即可将驴头拉起, 电机作功小电流下降;当抽油杆下行程时由于井下一端的负荷小, 平衡块将要靠电机作功来举升上去, 电机作功大电流上升。所以, 抽油杆断脱后电机的上电流会突然下降, 下电流上升。
2.2 井筒结蜡会使电流逐渐增大
有这样一口抽油井, 对比前后生产数据, 发现电流、液量都出现了较大的变化, 这些变化是逐渐显现出来的。具体变化情况见生产数据表2-2所示。
从生产数据表中可以看出, 生产数据在逐渐发生变化。产液量由41t/d下降到34t/d, 上、下电流逐渐增大, 说明抽油机井上负荷逐渐增大, 下负荷逐渐减小, 又比较了前后的示功图后发现图形逐渐增大, 是典型的结蜡影响。
抽油机井结蜡会使抽油杆在上、下运动时阻力增大。当抽油杆上行程时, 阻力增大, 抽油机上负荷增加, 电机电流增大;当抽油杆下行程时, 由于摩擦力的作用部分抵消了抽油杆向下运动的重力, 井下负荷减小, 这样就要靠电动机将抽油机的平衡块举升上去, 电动机的负荷增加, 电流就会增大。因为抽油机井结蜡是个渐变过程, 不会突然发生, 所以电机电流也是逐渐变化增大的。
2.3 出油管线堵会导致抽油机上电流升, 下电流降
出油管线堵, 在实际生产中是经常遇到的问题。这口抽油机井生产一段时间后, 生产数据出现了很大的变化, 具体变化情况见表2-3所示。
从该井生产数据可以看出, 4月15日前生产正常, 4月25日该井的上电流由49A上升到55A, 下电流由41降到38A, 上电流上升、下电流稍降;憋压时油压上升快, 说明泵的工作正常;套压升, 是供液能力正常;产液量下降, 油流阻力增大使泵的效率下降;上电流上升, 抽油机上行程阻力增大;下电流降, 是油压上升对井下回压加大使井下负荷增加。
由于液体在出油管线受阻, 井口油压就会上升, 产液量下降。当抽油机上行程时要克服增大的液体流动阻力, 载荷增加电流上升;当下行程时增加的井口油压增大了对井底的回压, 井下载荷增大电流降。泵效下降使油井的沉没度上升, 套压随之上升。
3 处理措施
(1) 抽油杆断脱需专业队伍设备进行处理;
(2) 井筒结蜡严重应立刻进行热洗化蜡, 合理制定抽油机井的热洗周期, 减小抽油杆因结蜡造成的摩擦阻力, 避免结蜡影响生产;
(3) 地面管线堵, 井口油压升高至1.2MPa时, 立刻应用水泥车进行冲管线, 减小油压对载荷的影响。
4 总结及建议
(1) 通过分析电流变化, 可以诊断油井管理中基础的、简单的问题, 并提高问题的处理效率;如果再结合液量、示功图和液面等资料的变化, 综合分析, 就可以诊断较为复杂的油井问题。之后及时采取处理措施, 将产量影响降到最小, 增大经济效益。
(2) 如果单井及环井回油管线, 由于各类措施 (压裂、补孔、注聚等) 造成单井或环井产液量高出预期, 使管径不能满足实际的生产需求, 建议及时更换大管径管线, 避免油压高影响生产。
注:泵下入深度852.01m。
参考文献
[1]陈涛平, 胡靖邦, 石油工程
[2]胡广杰, 易斌, 田宝库, 抽油机井实测示功图泵况诊断分析
一起大电流雷击故障跳闸分析 篇5
关键词：大电流,雷击故障,分析
0 引言
架空输电线路是电网建设基础,是电力系统的重要组成部分,它将能源中心转变而来的巨大电能输送到四面八方的负荷中心,输电线路的安全稳定运行直接影响着电网的稳定性和供电的可靠性。由于架空输电线路分布在野外,绵延数千里,所经地区地形地貌错综复杂,因此极易遭受雷击引发故障。电网故障分类统计数据表明,在交流高压/超高压输电线路运行的总跳闸次数中,由于雷击引起的跳闸次数占40%~70%[1,2]。本文通过对某220k V高压输电线路的一次大电流雷击事故分析,找出存在的问题,提出改进措施,对于预防类似事故的再次发生,具有重要意义。
1 故障情况描述
2013年11月06日23时32分,某220k V线路第二套纵联保护、距离Ⅰ段保护动作,开关跳闸,A、B、C三相故障,01时35分强送良好。测距39.1公里,重点地段45~75号,重点塔号60号。该线路全长67.225公里,计151基铁塔,绝缘配置为FXBW4-2240/100合成绝缘子,地线型号为左线GJ-50、右线OPGW-24B,保护角15度。故障杆塔地形为山地,铁塔位于山坡。
2 故障调查
2.1 故障线路巡视情况
供电公司11月7日登塔巡视发现,该线59号中线(C相)上下均压环及导线有放电痕迹;左线(B相)复合绝缘子及避雷器没有发现异常现象,但避雷器表数指示发生变化(安装时表数为0,现表数为6);右线(A相)复合绝缘子及避雷器没有发现异常现象,但避雷器表数指示发生变化(安装时表数为0,现表数为1);杆塔A腿、B腿接地引上线与塔腿连接部分有轻微放电痕迹。59号塔塔型为Z2直线塔,呼称高23.7m,实测22Ω。在巡视中还发现62号左线(B相)上、下均压环均有轻微放电痕迹,右线(A相)上、下均压环均有轻微放电痕迹,其它部位无异常。62号塔型为Z2直线塔,呼称高20.7m,接地型式为环形石墨接地,实测24Ω。
2.2 雷电定位系统查询
通过查询故障线路在故障时刻前后2分钟、线路走廊半径2km范围内的落雷情况,在2013年11月6日23时32分33秒,距离60#~61#杆塔1.2km处有一幅值达520.8k A的落雷,根据59#、62#故障杆塔巡视情况和周围环境、当天天气状况,初步判断为反击雷造成线路A、B、C三相故障。
3 故障区段杆塔反击耐雷水平计算
由于此次雷击跳闸故障监测雷电流较大,超过了500k A,因此重点对59#、62#故障区段杆塔的反击耐雷水平进行计算分析。计算所采取的方法是基于电磁暂态仿真分析程序的ATP-EMTP法,在ATP中分别建立雷电电流波形和雷电通道波阻抗模型、输电线路模型、杆塔模型、绝缘子串闪络模型、接地电阻模型及感应电压模型,在考虑导线自身工作电压的情况下计算其在实际土壤电阻率及接地电阻值情况下的一相、两相和三相闪络耐雷水平,其中,雷电流源选取2.6/50.0μs的标准双指数波,雷电通道波阻抗取400Ω,输电线路模型采用频率相关(基于相域变换)模型,元件参数与系统频率相关,杆塔模型采用多波阻抗模型,可得到杆塔各部位电位分布情况,且与实际情况下的电位分布非常接近,绝缘子串闪络模型采用先导法判别,当先导长度达到间隙长度时,间隙击穿,绝缘子串闪络,接地电阻模型采用IEC推荐公式来计算有冲击电流流过时接地体的冲击阻抗值,感应电压模型采用比较符合实际情况的试验数据拟合公式[3,4]。
58#~62#直线故障区段杆塔档距、绝缘子串型号、导线及地线型号、土壤电阻率和实测接地电阻见表1。
58#~62#直线故障区段杆塔Z1及Z2塔型及参数如图1。
在ATP中建立的58#~62#直线故障区段杆塔反击耐雷水平仿真模型如图2、图3、图4。
在导线工作电压相位角分别为0°、60°、120°、180°、240°、300°,杆塔接地电阻为22Ω的情况下,计算线路的一相、两相和三相闪络反击耐雷水平,结果见表2及图5。
由表2及图5可知,在杆塔接地电阻为22Ω的情况下,59#杆塔的单回、双回及三相闪络反击耐雷水平平均值分别为101k A、114k A和163k A,且当导线工作电压相位角为60°和240°时其单回闪络及双回闪络耐雷水平一致,即受导线工作电压的影响，在工作电压相位角为60°和240°时极易发生两相跳闸故障。
在导线工作电压相位角分别为0°、60°、120°、180°、240°、300°,杆塔接地电阻为22Ω的情况下,考虑边相安装避雷器后线路中相(C相)反击耐雷水平,结果见表3及图6。
由表3及图6可知,在边相安装避雷器后故障杆塔的反击耐雷水平有较大提高,由于此次雷击故障雷电流幅值达520k A,还是超出了安装两支避雷器后的反击耐雷水平,因此造成了雷击故障。
在导线工作电压相位角分别为0°、60°、120°、180°、240°、300°,杆塔接地电阻为22Ω的情况下,考虑雷电流520k A时，59#杆塔装有避雷器的两边相(A相和B相)导线电压幅值结果见表4。
忽略导线工作电压,在杆塔接地电阻为22Ω的情况下,考虑雷电流520k A时,59#杆塔从流经避雷器的电流,A、B相电流幅值分别为30.0k A、30.3k A。
4 结论及建议
1)本次事故为大电流雷击导致的反击造成的,且故障杆塔处于山坡,属于易击杆塔,需要对其防雷性能进行评估并加强防雷措施。
2)本线路所处地区雷电活动强烈,需要对全线进行防雷措施进行检查,减少雷害风险。
3)本线路沿线土壤电阻率高,接地电阻普遍较大,需要对全线进行防雷性能评估,需要针对不同的雷害等级进行综合治理。
参考文献
[1]陈国庆,张志劲,孙才新,司马文霞.输电线路耐雷性能计算方法的研究现状分析[J].重庆大学学报:自然科学版,2003(05).
[2]陈国庆,张志劲,孙才新,司马文霞.输电线路耐雷性能计算方法的研究现状分析[J].重庆大学学报:自然科学版,2003(05).
[3]王志勇,余占清,李雨,何金良,耿屹楠,梁曦东.基于先导发展法的特高压直流输电线路绕击特性分析[J].高电压技术,2011(09).
电流互感器常见故障与处理 篇6
1 电流互感器常见故障与处理
运行中的电流互感器出现开路、发热、冒烟、声响异常、线圈螺钉松动、严重漏油、油面过低等异常现象。维护人员应根据出现的异常情况进行判断处理。
1.1 电流表指示为零, 电度表不转, 有“嗡嗡”声, 电流互感器有“吱吱”放电声或异常声
如果出现以上现象, 就认定为电流互感器二次回路有开路故障。电流互感器二次回路断线, 除造成以上现象外, 危险的是电流互感器二次绕组中电压升高而把绝缘击穿, 此高压在测定回路中对操作人员有危险。在运行中, 如果出现电流互感器二次侧开路, 要尽量及时停电进行处理。若不允许停电, 要尽可能减小一次侧负荷电流, 在保证人体与带电体保持安全距离的情况下, 用绝缘工具在开路点前用短路线把电流互感器二次回路短路, 然后把短路点排除, 之后把短路线拆除。在操作过程中要派人监护, 注意人身安全。短路时如果出现较大的火花, 就说明短路有效。在紧急处理或停电后, 应分析故障原因。如果是二次回路上造成的, 在排除故障后, 恢复运行。二次回路中, 造成开路的原因有:接线部分因腐蚀、受力断裂, 尤其是接头部位, 接线螺丝松动, 所接仪表或负荷出现故障。如果是电流互感器发生故障, 要用同型号更换后, 要把故障互感器进行解体检查。如果因使用时间长老化造成的, 就没有大的问题;如果是新产品质量问题, 就要注意同批在线的其他互感器。
1.2 出现打火、冒烟、发热现象
导线接头部分虚接、接线螺丝松动、表面灰尘是造成这种现象的主要原因。避免出现这类故障, 当配线时应按要求操作, 应加垫片时要加垫片, 要用压接端子的用压接端子, 用导线特别是多股导线直接接到端子上是打火的原因;要保持互感器的清洁。
1.3 运行中出现异常声音或铁心过热
运行中的电流互感器在过负荷、二次回路开路、绝缘损坏而发生放电等情况下, 就会出现异常声音。半导体漆涂不均匀而造成局部电晕, 夹紧铁心的螺钉松动也能出现较大的响声。电流互感器的铁心过热, 一般是因长时间过负荷或二次回路开路引起铁心饱和造成的。铁心发热使绝缘材料出现异味, 也会出现异常响声。
在运行中, 在发现声音不正常铁心过热, 要观察还可通过仪表等来判断引起故障的原因。在维护、维修、清扫时要注意以下方面:在工作中不要把电流互感器二次回路开路;根据工作需要在适当地点把电流互感器二次侧短路, 而要采取短路片或专用短路线, 不要用熔体或导线缠绕;防止在电流互感器与短路端子之间的回路上进行任何工作;在作业中一定要有人监护, 要使用绝缘工具, 站在绝缘垫上;在作业中要谨慎小心, 防止损坏元件或造成二次回路断线, 不能把回路的永久接地点断开;操作时要注意周围环境, 避免动作过力猛造成其他伤害。
2 电压互感器常见故障与处理
1) 电压互感器回路断线。电压互感器回路中, 可能发生熔断器因接触不良而开路及其他部分断路状况, 因回路中有故障使熔断器熔断。使电压表及带有电压线圈的仪表指示不正确。发现表计不正常指示而无冲击, 电流表及其他表计指示均正常时, 这是电压互感器回路故障。只有个别仪表指示不正常, 则是该仪表本身有故障或接线断路。造成回路断线的原因:电压互感器的高、低侧熔断器熔断造成断线。如果高压侧熔体熔断, 要拉开电压互感器入口隔离开关, 更换熔体, 并检查在高压侧熔断器前是否有异常。测量电压互感器的绝缘电阻, 确定为良好后, 就能送电。如再熔断。就要查找原因修复。如果找不出故障原因, 要调整有关设备的运行方式。在检查高、低压熔断器时, 一定要做好安全措施, 确保人身安全, 并避免保护装置误动作;回路接线松动或断线造成断线。要紧固接线螺丝, 查找是否断线;电压切换回路辅助触点及电压切换开关接触不良造成断线。要检查回路各辅助接头及开关本身的接触状况, 确保接触良好。2) 电压互感器的高、低侧熔断器熔断。在熔断器熔断, 特别是连续熔断时, 要马上按一般程序断电检修。电压互感器低压电路发生短路, 使低压侧熔体熔断, 要马上更换同样规格的熔体, 若再熔断, 要查明原因进行处理;高压电路相间、匝间或层间短路及一相接地等故障, 使高压侧熔体熔断, 要先把电压互感器的隔离开关拉开, 并取下低压侧熔体检查有无熔断。当检查电压互感器故障或二次回路故障后, 要更换与原来相同规格的熔体, 使电压互感器投入运行;熔断器长期磨损可造成高压或低压侧熔体熔断, 定期进行检查;因各种原因, 电路中的电流和电压出现突变, 引起的铁磁谐振, 使电压互感器励磁电流增大几十倍, 使高压侧熔体迅速熔断;电压互感器低压侧发生短路, 低压侧熔体未熔断, 由于励磁电流增大使高压侧熔体熔断;系统发生单相间歇性电弧接地故障, 就要出现高压电, 使电压互感器的铁心快速饱和, 励磁电流急剧增加, 使熔体熔断。发现熔体熔断, 要先把有关保护解除, 更换熔体, 等处理完毕恢复正常后, 就要停用的保护装置投入运行。3) 出现打火、冒烟、发热现象。导线接头部分虚接、接线螺丝松动、表面灰尘多是造成这种现象的原因。为避免出现故障, 配线时应按要求操作, 需加垫片时应加垫片, 该用压接端子的就使压接端子, 用导线特别是多股导线直接接到端子上是打火的主要原因;保持互感器的清洁。4) 维护、维修时要注意的问题。个别电压互感器在运行中损坏需要更换时, 要选用电压等级与电网电压相符、变比与原来相同、极性正确、励磁特胜相近的电压互感器, 并经试验合格。更换成组的电压互感器, 要对二次侧与其他并列运行的电压互感器检查其接线组别, 并核对相位;电压互感器二次线圈更换后, 一定要核对, 以防止造成错误接线, 尤其是避免二次回路短路;电压互感器及二次绕组更换后一定要测定极性;通常电压互感器的二次侧接有线路的距离保护、方向保护、低电压闭锁过流保护、低电压保护和自动装置。停用电压互感器时, 要把保护和自动装置停用, 防止装置失压误动作;为避免停用的电压互感器从二次侧向一次侧反充电, 造成运行电压互感器过流动作, 停用时应将二次侧保护取下, 再拉开一次侧刀开关。
停用的电压互感器, 如果年未带电运行, 在带电前要进行试验和检查, 可先安装在母线上运行一段时间后, 投入运行。
小电流接地选线装置故障的排除 篇7
(1) 首先查看各个开关柜内电缆是否全部套有零序电流互感器。如果是双电缆出线, 要确认全部套有零序电流互感器且二次接线开关并联。要用万用表测量零序电流互感器二次绕组是否正常, 其阻值正常情况应小于1Ω。还要查看零序电流互感器二次绕组端子到开关柜端子接线极性是否一致, 接线是否牢固。
(2) 查看各个回路零序电流互感器穿过电缆屏蔽接地软导线接地是否正确, 如不正确, 需进行更改。电缆屏蔽接地软导线接地有2种正确方法: (1) 接地软导线在零序电流互感器上方, 软导线需穿过零序电流互感器在下方接地; (2) 接地软导线在零序电流互感器下方, 可直接接地, 不需要再穿过零序电流互感器。