小電流接地選線系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、小電流接地選線系統(tǒng)的設(shè)計與實現(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 , 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的 特征為依據(jù) , 設(shè)計并實現(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 TM 773文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A0引言目前 , 我國 kV , 中性點經(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 障時電弧不能自熄而引起相間短路或間歇性弧光接 地過電壓 , 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) , 單相接地時故障點的電流較小 , 且電 源三相線電壓仍保持對稱 , 不影響系統(tǒng)的供電 , 通常 允許帶故障運行 12h 。 但發(fā)生單相接地時 , 非故 障相對地電壓升高為原來的 3倍 , 若為永久性故 障 , 會對系統(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)生永久性故障時須準(zhǔn) 確選出故障線路 , 及時切除故障 , 保證供電可靠性 。 1諧振接地系單相接地故障的特點諧振接地

5、系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時 , 其零序電 流分布與中性點不接地系統(tǒng)相比發(fā)生了很大變化 , 單相接地時的零序等效網(wǎng)絡(luò)見圖 12。中性點接入消弧線圈 , 單相接地時 , 在接地點有 一個電感分量的電流通過 , 和原系統(tǒng)中的電容電流抵消 , 流過接地點的電流為 :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 。 , 實際采用過補(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 方向的差別來判斷故障線路 , 且由于過補(bǔ)償度不大 , 故障點的殘流小 , 很難像中性點不接地系統(tǒng)那樣 , 利 用零序電流大小的不同來選擇故障線路 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 , 此時中性點位移電壓為 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 , 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 序號為 n 的電流經(jīng)零序 TA 采樣后計算出的零序 電流的有功功率 P n 是流過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 , 可見經(jīng)故障線路零序 TA 采樣數(shù)據(jù)計算的零序電流的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 的大小來區(qū)分是 母線還是線路故障 :當(dāng) R 小于某一預(yù)設(shè)門檻值時判 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 , 采用零序無功電流難

9、以判斷 , 但 5次 諧波不會被補(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)以上特點可通過比較 5次諧波電流大小 、 方向或 功率方向來區(qū)分故障和非故障線路 。對 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) , 即對于 接地線路 , 有功功率 P >0; 未接地線路 , P <0。 對 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的長度分別為 29、 34、 45、 37km ; 過渡電阻R p =0, 20, 1008; 計算得系統(tǒng)電容電流為 21314A ,表 1為不同過渡電阻時線路 4的 C 相及母線 C 相單相接地時的 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 #4線單相接地時 , P 4µP 1、 P 2、 P 3; 當(dāng)母線單相接地時 , 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 置的硬件原理見圖 3。其中一次零序 TA 和 二 次 TA 均 為 011級 ; 一次 TV 為 012級 , 二次 TV 為 011級 , 保證了輸入模擬信號的高精度要求 。 在信號調(diào)理電路 中 , 輸入的模擬信號經(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圖 4。 對裝置在模擬線路上進(jìn) 行了試驗 , 選線準(zhǔn)確率 >98% 。圖 4小電流選線裝置軟件流程圖5應(yīng)用中注意的問題動 , , 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 , 立即起動 , 判別故障 。在電網(wǎng)中有雙 、 多或單母線分段 , 運行中有時需 并列運行 。 在站與站之間聯(lián)網(wǎng)運行 , 電容電流較大時 需多臺并聯(lián)補(bǔ)償 , 要求小電流接地選線裝置既能在 單臺消弧線圈獨立運行時使用 , 又能在多臺消弧線 圈并聯(lián)運行時使用 。當(dāng)多個變電站聯(lián)網(wǎng)運行或不同變電站有數(shù)臺消 弧線圈并聯(lián)運行時 , 應(yīng)盡量使消弧線圈

15、過補(bǔ)償運行 , 同時應(yīng)盡量發(fā)揮自動消弧裝置的自動跟蹤補(bǔ)償作 用 , 盡量減少消弧線圈的調(diào)節(jié)臺數(shù) , 避免消弧線圈大 范圍調(diào)節(jié) 。 此時對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 對各個分散并聯(lián)的消弧線圈的 各饋線的零序電流測量采集 , 將各個零序電流經(jīng)通 信系統(tǒng)送至調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫調(diào)節(jié)控制 。 實際上 , 對多 臺消弧線圈并聯(lián)的情況 , 只需分別采集各零序電流 , 通過各種通信方式上傳數(shù)據(jù) , 綜合起來判別故障 。 6結(jié)語諧振接地的電網(wǎng)運行可靠性高 , 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 :中國電力出版社 , 20004李潤先 1中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實用技術(shù) M 1北京 :中國電力出版社 , 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 3結(jié)論a 1進(jìn)化規(guī)劃算法既能在解空間多點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 , 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