小電流接地選線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、小電流接地選線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)A N ovel D evice of Ground Fau lted L ine D etecti on in R esonan t Grounding閆靜 1, 金黎 1, 張志成 2, 劉燕 2(11西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 , 西安 710049; 21陜西省地方電力 (集團(tuán) 公司 , 西安 710054摘要 分析了諧振接地系統(tǒng)單相接地故障的特點(diǎn) , 以零序 電流的有功功率和 5次諧波功率方向在單相接地故障時(shí)的 特征為依據(jù) , 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的基于 PC 104工控機(jī)的新型小電 流接地選線系統(tǒng)選線準(zhǔn)確率高 , 能區(qū)分母線和線路故障 。 Abstract In

2、th is paper , the characteristics of ground fault in resonant grounding system is analyzed . A cco rding to the active component of zero 2sequence current and the pow er di 2recti on of fifth har monic tuning , a novel device of ground faulted line detecti on is designed based on the PC 104indus 2tr

3、ial computer . T he accuracy of faulted line detecti on is ob 2vi ously i m p roved and bus bar fault is distinguished from line fault .關(guān)鍵詞 諧振接地小電流接地選線零序電流Key words resonant grounding ground faulted line detec 2ti on zero 2sequence current中圖分類號(hào) TM 773文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A0引言目前 , 我國(guó) kV , 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈 接地又稱為諧振接地 。 隨著配網(wǎng)的

4、擴(kuò)大以及電纜線 路的增加 , 系統(tǒng)電容電流急劇增加 , 發(fā)生單相接地故 障時(shí)電弧不能自熄而引起相間短路或間歇性弧光接 地過(guò)電壓 , 應(yīng)采用諧振接地方式 1。 諧振接地屬于小 電流接地系統(tǒng) , 單相接地時(shí)故障點(diǎn)的電流較小 , 且電 源三相線電壓仍保持對(duì)稱 , 不影響系統(tǒng)的供電 , 通常 允許帶故障運(yùn)行 12h 。 但發(fā)生單相接地時(shí) , 非故 障相對(duì)地電壓升高為原來(lái)的 3倍 , 若為永久性故 障 , 會(huì)對(duì)系統(tǒng)絕緣薄弱的環(huán)節(jié)造成破壞 , 可能發(fā)展為 兩相 、 甚至三相短路 。 因此在發(fā)生永久性故障時(shí)須準(zhǔn) 確選出故障線路 , 及時(shí)切除故障 , 保證供電可靠性 。 1諧振接地系單相接地故障的特點(diǎn)諧振接地

5、系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí) , 其零序電 流分布與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相比發(fā)生了很大變化 , 單相接地時(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖 12。中性點(diǎn)接入消弧線圈 , 單相接地時(shí) , 在接地點(diǎn)有 一個(gè)電感分量的電流通過(guò) , 和原系統(tǒng)中的電容電流抵消 , 流過(guò)接地點(diǎn)的電流為 :I d = ni =1I0i+I L +I 0F ,式中 2I 0i 為各線路電容電流總和 ; I L 為消弧線圈電 流 ; I 0F 為變壓器或發(fā)電機(jī)的電容電流 。圖 1, 故適當(dāng)選擇消弧線 0i I 0F , 減小總接地電流 , 電弧自熄 。 , 實(shí)際采用過(guò)補(bǔ)償?shù)姆?式 3, 即 I L -(I 0i +I 0F =5%10%, 因此 I

6、d 呈感 性 。 流經(jīng)故障線路的零序電流將大于本身的電容電 流 , 而電容性無(wú)功功率的方向仍由母線流向線路 , 和 非故障線路的方向一樣 , 這種情況下不能利用功率 方向的差別來(lái)判斷故障線路 , 且由于過(guò)補(bǔ)償度不大 , 故障點(diǎn)的殘流小 , 很難像中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)那樣 , 利 用零序電流大小的不同來(lái)選擇故障線路 4。 2零序有功方向選線原理假定諧振接地系統(tǒng)有 n 回出線 , 出口均裝設(shè)零 序電流互感器 TA 。 線路 n 的 C 相發(fā)生單相接地故 障 , 此時(shí)中性點(diǎn)位移電壓為 U 0, 每條線路經(jīng)零序 TA 采樣所得零序電流為 I 0i , 其中 i 為線路序號(hào) , U 0和 I 0i 之間的相

7、角差為 i , 因此 , 每條線路中存在零序電流 有功功率 P i =U 0I 0i co s i 。從圖 1的零序等效網(wǎng)絡(luò)可知 , 故障線路中 (線路 序號(hào)為 n 的電流經(jīng)零序 TA 采樣后計(jì)算出的零序 電流的有功功率 P n 是流過(guò)其它線路和消弧線圈的零序電流的有功功率之和 , 即 :P n = n -11Pi+P l , 可見(jiàn)經(jīng)故障線路零序 TA 采樣數(shù)據(jù)計(jì)算的零序電流的P n 比其它線路的 P i 都大 , 但需注意當(dāng)故障發(fā)生在零序 TA 的左側(cè) (即母線側(cè) 且 P n 由線路流向母線 而非故障線的 P i 則相反 。 即母線和變壓器 (或發(fā)電 機(jī) 間單相接地時(shí)每條線路的 P i 均從

8、母線流向線 路 , 且其值相差不大 , 不能判斷是那條線路故障 , 但 21 D ec . 2003 H IGH VOL TA GE EN G I N EER I N G V o l. 29N o . 12可據(jù)此特點(diǎn)區(qū)分母線與線路故障 。 先求出各線路P i , 找到其中的最大值 P m ax , 再求出其余線路的平均值 P , 利用比值 R =(P m ax -P P 的大小來(lái)區(qū)分是 母線還是線路故障 :當(dāng) R 小于某一預(yù)設(shè)門(mén)檻值時(shí)判 斷為母線故障 , 反之則為線路故障 , 并進(jìn)一步根據(jù)P i 確定故障線路 。對(duì)于諧振接地系統(tǒng) , 工頻零序電容電流基本被 消弧線圈補(bǔ)償 , 采用零序無(wú)功電流難

9、以判斷 , 但 5次 諧波不會(huì)被補(bǔ)償 。 發(fā)生單相接地后 , 其 5次諧波電容 電流的分布基本上與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中基波電容 電流的分布規(guī)律相同 。 故障線路 5次諧波電容電流 基本等于非故障線路 5次諧波電容電流之和 , 故障 線路 5次諧波電容電流方向與非故障線路相反 。 根 據(jù)以上特點(diǎn)可通過(guò)比較 5次諧波電流大小 、 方向或 功率方向來(lái)區(qū)分故障和非故障線路 。對(duì) U 0和 I 0i 采樣后進(jìn)行傅立葉變換 , 分解出其 中的基波和 5次諧波分量 , 和零序電流的有功功率 法一樣 , 計(jì)算基波零序電流的有功功率和 5電流的有功功率 , 為了選線的準(zhǔn)確 , 波和 5致 ( 斷為母線故障 5次諧

10、波 分量的大小 、 方向作為判斷接地故障的依據(jù) , 即對(duì)于 接地線路 , 有功功率 P >0; 未接地線路 , P <0。 對(duì) 于接地線路 , 零序電流的 5次諧波分量滯后于零序 電壓的 5次諧波分量約 90° 對(duì)于未接地線路 , 零序 電流的 5次諧波分量超前零序電壓的 5次諧波分量 約 90°。 3仿真分析利用電磁暫態(tài)仿真程序 E M T P 對(duì)圖 2的單母圖 2小電流接地選線 E M T P 仿真系統(tǒng)線 4饋線 10kV 系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析 。 其中 , 消弧線 圈 :L =7. 96H , R L =148; 正序阻抗 :R =01178 km , X =

11、01388 km , C =917nF km ; 零序阻抗 :R =01238 km , X =11728 km , C =610nF km ; 線 路 14的長(zhǎng)度分別為 29、 34、 45、 37km ; 過(guò)渡電阻R p =0, 20, 1008; 計(jì)算得系統(tǒng)電容電流為 21314A ,表 1為不同過(guò)渡電阻時(shí)線路 4的 C 相及母線 C 相單相接地時(shí)的 E M T P 仿真結(jié)果 (P 1P 4為線路 14的零序有功分量 , 可見(jiàn) #4線單相接地時(shí) , P 4µP 1、 P 2、 P 3; 當(dāng)母線單相接地時(shí) , 各條線路的 P i 相差不大 , 故該方法選線準(zhǔn)確率很高 。表 1小電

12、流接地選線仿真結(jié)果k W故障類型 R p 8P 1P 2P 3P 4118382129811972本文設(shè)計(jì)的基于 PC 104嵌入式工控機(jī)的新型 小電流接地選線裝置中 , PC 104總線及產(chǎn)品與 PC 機(jī)軟 、 硬件完全兼容 , 體積超小 (90mm ×96mm ×圖 3小電流選線裝置硬件結(jié)構(gòu)原理圖 15mm , 功耗低 (12W , 抗干擾能力強(qiáng) , 性 能可靠 , 應(yīng)用廣泛 5。 本 裝 置 采 用 PC 104A ll 2in 2O ne 嵌入式 CPU 模 板 A X 10402, 主頻高達(dá) 40M H z ; 48位 數(shù) 字 輸入輸出模塊 A X 10420;

13、高 速 數(shù) 據(jù) 采 集 模 板 A X 10410的 最 大 采 樣 頻率可達(dá) 90kH z 。該裝 置的硬件原理見(jiàn)圖 3。其中一次零序 TA 和 二 次 TA 均 為 011級(jí) ; 一次 TV 為 012級(jí) , 二次 TV 為 011級(jí) , 保證了輸入模擬信號(hào)的高精度要求 。 在信號(hào)調(diào)理電路 中 , 輸入的模擬信號(hào)經(jīng)特殊的抗干擾措施和濾波措 施進(jìn)入 PC 104模塊 。 裝置帶有液晶顯示模塊 , 用戶 方便查閱目前系統(tǒng)運(yùn)行狀況和故障信息及歷史數(shù) 據(jù) , 做到人機(jī)界面友好 ; 具有故障報(bào)警和在線參數(shù)修31 2003年 12月高 電 壓 技 術(shù)第 29卷第 12期改 、 故障信息打印與上位機(jī)進(jìn)行

14、通訊功能 。 小電流選 線裝置的軟件流程見(jiàn)圖 4。 對(duì)裝置在模擬線路上進(jìn) 行了試驗(yàn) , 選線準(zhǔn)確率 >98% 。圖 4小電流選線裝置軟件流程圖5應(yīng)用中注意的問(wèn)題動(dòng) , , 選出接地線路 。 當(dāng) 系統(tǒng)零序電壓大于其整定值 (可調(diào) , 一般 20100V 時(shí) , 立即起動(dòng) , 判別故障 。在電網(wǎng)中有雙 、 多或單母線分段 , 運(yùn)行中有時(shí)需 并列運(yùn)行 。 在站與站之間聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行 , 電容電流較大時(shí) 需多臺(tái)并聯(lián)補(bǔ)償 , 要求小電流接地選線裝置既能在 單臺(tái)消弧線圈獨(dú)立運(yùn)行時(shí)使用 , 又能在多臺(tái)消弧線 圈并聯(lián)運(yùn)行時(shí)使用 。當(dāng)多個(gè)變電站聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行或不同變電站有數(shù)臺(tái)消 弧線圈并聯(lián)運(yùn)行時(shí) , 應(yīng)盡量使消弧線圈

15、過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行 , 同時(shí)應(yīng)盡量發(fā)揮自動(dòng)消弧裝置的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償作 用 , 盡量減少消弧線圈的調(diào)節(jié)臺(tái)數(shù) , 避免消弧線圈大 范圍調(diào)節(jié) 。 此時(shí)對(duì)于小電流接地選線裝置 , 采用通訊 接口法 , 主從機(jī)方式 , 從機(jī)將采集的電氣量傳送給主 機(jī) , 由主機(jī)完成故障判別 。 消弧線圈是配網(wǎng)的一部 分 , 還可利用 R TU 對(duì)各個(gè)分散并聯(lián)的消弧線圈的 各饋線的零序電流測(cè)量采集 , 將各個(gè)零序電流經(jīng)通 信系統(tǒng)送至調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)節(jié)控制 。 實(shí)際上 , 對(duì)多 臺(tái)消弧線圈并聯(lián)的情況 , 只需分別采集各零序電流 , 通過(guò)各種通信方式上傳數(shù)據(jù) , 綜合起來(lái)判別故障 。 6結(jié)語(yǔ)諧振接地的電網(wǎng)運(yùn)行可靠性高 , 滅弧條件好

16、, 殘 流小 , 地電位低 , 安全性好 。 366kV 配網(wǎng)接地 方式的良好選擇 , 。 , , , 并且能準(zhǔn)確區(qū) 。參考 文 獻(xiàn)1 DL T 620-1997, 交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合 S 12賀家李 , 宋從矩 1電力系統(tǒng)繼電保護(hù) (第三版 M 1北京 :中國(guó)電力出版社 , 19943要煥年 , 曹梅月 1電力系統(tǒng)諧振接地 M 1北京 :中國(guó)電力出版社 , 20004李潤(rùn)先 1中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù) M 1北京 :中國(guó)電力出版社 , 20025武自芳 , 虞鶴松 1微機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用 (修訂本 M 1西安 :西安交通大學(xué)出版社 , 1998(收稿日期 2003206216閆靜 1973年生 , 講師 , 博士生 , 從事新型高壓電器 、 智能化電氣(上接第 11頁(yè) 3結(jié)論a 1進(jìn)化規(guī)劃算法既能在解空間多點(diǎn)并行快速尋找全局最優(yōu)解 , 完全克服 B P 算法易陷入局部極 小和收斂速度慢的缺點(diǎn) , 又能與 B P 算法結(jié)合 , 進(jìn)一步減小誤差 , 提高精度和可靠性 。b 1EP 2ANN 能有效地診斷變壓器故障 。參 考文獻(xiàn)1張立明 1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型及其應(yīng)用 M 1上海 :復(fù)旦大學(xué)出版社 , 19932云慶夏 1進(jìn)化算法 M 1北京 :冶金工業(yè)出版社 , 20003 IEEE Std C 57. 104219