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浅析国内小电流接地系统单相接地选线装置的原理

北极星电力网技术频道    作者:蒋晓雁 杜新春 王钧 屈青雯   2013/1/14 15:01:30   

  所属频道:  电网    关键词:  接地系统 小电流接地

1 接地系统分析

我国的供用电系统分为:“大电流系统”和“小电流系统”。“小电流系统”是指中性点不接地或经高阻接地的系统,我国66kV以下多采用这一系统。这样的系统发生单相接地后接地电流小,A、B、C三相相位不变,现场设备可以持续运行一段时间(规程要求2小时以内),这样就增加了供电的可靠性。但是为了使故障迅速消除降低故障面,就必须及时找到并切除故障线路。上世纪50年代末60年代初我国第一台小电流系统接地选线装置研制成功,至今小电流选线设备已经走过了几十年的历程。但现场运行结果表明,装置的选线效果并不理想,有些厂家的装置因为效果不佳饱受非议。有大批的电力工作者致力于提高选线准确率的研究。

2 各种选线原理分析及失败原因。

目前现场应用的主要有稳态分量法、谐波分量法、暂态法、接地选线和消弧线圈一体化发等四种原理的接地选线装置。

2.1稳态分量法

稳态分量法,又分为零序电流比伏法,零序电流比相法,以及群体比伏比相法。这种方法利用故障线路的零序电流在数值上等于非故障线路零序电流之和,即故障线路的零序电流最大。这样就通过比较线路零序电流的幅值找出故障线路。这种方法是一种实验室内理想的方法,对于现场当中各条线路有长有短,各条出线的负载不平衡,所用TA也不是完全平衡,这样就造成零序电流最大的线路不一定都是故障线路。基于以上几点大家除了进行幅值比较外又加上了相位比较,因为故障线路和非故障线路相位是相反的,这样就弥补了出线不平衡的影响。提高了选线的正确率。但从装置内部来讲大家对故障量的采样一般都是循环采集,就是分几次采集才把所有的出线的计算数据采集完毕,这样存在着一个弊端就是没有在同一时刻完全采集所有出线的故障量,就容易出现误判,这种方法也不适用于有消弧线圈的系统。

2.2 谐波分量法

谐波分量法,又分为5次谐波大小和方向,各次谐波平方和等方法。大家知道对于有消弧线圈的系统由于完全补偿或过补偿的原因,选线装置误判率偏高。消弧线圈进行补偿是基于50Hz基波进行的,对谐波补偿有限。所以就从各种谐波入手,先是用5次谐波,但不久就发现5次谐波含量太小,不能进行有效的判断。于是就用各次谐波的平方和作为判断的依据,即便是这样还是有限,这就成了这种方法的瓶颈。

3.3 暂态法

暂态选线法,又分为首半波法和小波分析法。首半波法是基于接地发生在相电压接近最大瞬间这一假设,此时故障相电容电荷通过故障相线路向故障点放电,故障线路分布电容和分布电感具有衰减特性,该电流不经过消弧线圈,所以暂态电感电流的最大值相应于接地故障发生在相电压经过零瞬间,而故障发生在相电压接近于最大瞬间时,暂态电感电流为零。此时的暂态电容电流比电感电流大得多。利用故障线路暂态零序电流和电压首半波的幅值和方向均与正常情况不同的特点实现选线。但这种方法存在的前提是故障须发生在相电压接近最大值瞬间。

4.4 小波分析法

小波分析法是利用小波分析原理对信号进行精确分析,特别是对暂态信号和微弱信号比较敏感,能可靠的提取出故障特征。小波分析是上世纪八九十年代提出的理论,从理论上讲是比较完善的。小波变换,既具有频率局域性质,又具有时间局域性质。小波变换的多分辨度的变换,能在多个尺度上分解,便于观察信号在不同尺度(分辨率)上不同时间的特性。利用小波变换能把一个信号分析成不同尺度和位置的小波之和,利用合适的小波和小波基对暂态量进行变换后,易分辨出故障线路和非故障线路。

但这种分析必须抓取现场接地瞬间所有出线同一时刻的信号,这对装置的硬件平台要求较高,一般循环采样的装置不适合使用这种方法。之后好多厂家又推出很多和以上相似理论就不再一一赘述了。

3 基于失败原因的新解决方案。

以上几种理论各有优缺点。有些厂家综合以上几种判据,利用现在单片机、DSP运算速度高等特点,在软件上做足功夫。但运行一段时间后发现也不是很理想,虽然比早期的产品选线率提高了,但是还没达到人们理想中95%以上的正确率。什么原因呢?人们忽略了硬件平台,一个好的理论、好的软件,必须建立在一个好的硬件平台上。有两点制约了选线的成功率。1、大家采样从硬件上都是循环采样,因为没有那么多A/D通道支持一次把所有的故障量全采集上来,这就造成了给软件计算的数据不一定是接地时刻的数据,这是解决问题的关键。如果把故障瞬间数据全部采集上来,把这些数据横向比较、纵向比较,就很清晰的看出故障线路。2、硬件平台要能把现场影响计算的各种干扰尽量去掉,不要把没用的干扰带到计算中去。如果解决了以上两个问题提升选线准确率,就有了硬件基础,就不是只空谈原理和算法了。

参考文献:

中国电力百科全书.输电与配电卷;

电力工程师手册;

电力系统自动装置原理。

来源:电力自动化产品信息
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