電網(wǎng)故障監(jiān)測與定位.ppt

1、電網(wǎng)故障監(jiān)測與定位，主要內(nèi)容，介紹電力系統(tǒng)故障的基本理論，電網(wǎng)故障分量，電網(wǎng)故障監(jiān)測，輸電網(wǎng)故障定位，配電網(wǎng)故障定位，參考書，葛耀忠的繼電保護與故障定位新原理與新技術(shù)(第二版)Xi:Xi交通大學出版社，2007，徐倫，電力系統(tǒng)組成，電力系統(tǒng)組成，電網(wǎng)：通常由輸電，變電站，配電設(shè)備和相應的輔助系統(tǒng)組成什么是電網(wǎng)？電網(wǎng)，按規(guī)模劃分，長途傳輸網(wǎng)，地區(qū)電網(wǎng)，地方電網(wǎng)，傳輸網(wǎng)，配電網(wǎng)，電網(wǎng)，UHV):1000千伏及以上，超高壓：330千伏，500千伏，750千伏，傳輸網(wǎng)，配電網(wǎng)，高壓：220千伏，10kV，20kV，低壓：380伏/220伏，交流，DC，特高壓直流：800千伏，高壓直流：100千伏，50

2、0千伏，傳輸網(wǎng)連接方式，交流傳輸網(wǎng)：一般架空線路電纜混合輸電線路(220千伏、500千伏)，DC輸電系統(tǒng)：點對點連接(帶接地線)，變電站小電流接地系統(tǒng)連接方式，配電網(wǎng)連接方式，手拉手環(huán)網(wǎng)連接方式，單電源輻射網(wǎng)連接方式，架空配電網(wǎng)連接方式，電纜配電網(wǎng)連接方式，單環(huán)網(wǎng)，配電網(wǎng)連接方式，雙環(huán)網(wǎng)，雙觸發(fā)網(wǎng)，雙觸發(fā)網(wǎng)，=雙觸發(fā)網(wǎng)，電纜配電網(wǎng)連接方式，配電網(wǎng)連接方式，電網(wǎng)故障， 故障1)架空線和電纜有不同的故障原因2)輸配電網(wǎng)有不同的故障類型：單相接地、相間短路(接地)、電纜斷裂：短路、開路故障性質(zhì)架空線：高阻/低阻、永久性/瞬時性電纜：低阻/高阻(漏電、閃絡(luò))，一般為永久性故障。 電網(wǎng)故障監(jiān)測的基本概念

3、是利用特定的技術(shù)手段實時監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài)，旨在判斷電網(wǎng)是否發(fā)生故障，并給出定性或定量的故障信息。定性故障信息：故障類型、故障性質(zhì)、故障點范圍等。定量故障信息：故障及其持續(xù)時間、故障點的準確位置等。電網(wǎng)故障監(jiān)測、故障監(jiān)測內(nèi)容故障發(fā)生時間故障線路(選線、定位至故障線路)故障類型(選相)故障性質(zhì)(高阻/低阻、永久/瞬時)故障持續(xù)時間故障定位(定位至故障區(qū)段或故障點)故障記錄、電網(wǎng)故障監(jiān)測、故障監(jiān)測基本算法穩(wěn)態(tài)相量算法故障分量算法對稱分量算法功率算法暫態(tài)能量算法、電網(wǎng)故障監(jiān)測和繼電保護、電網(wǎng)故障監(jiān)測、開關(guān)驅(qū)動控制、信號采集、 開關(guān)操作控制和故障監(jiān)測是繼電保護、繼電保護、電網(wǎng)保護和故障信息管理系統(tǒng)的核

4、心，故障錄波器及其聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、特點和存在的問題，電網(wǎng)故障定位、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、特點和存在的問題定性故障點定位信息：故障線路、故障區(qū)段等。 定量故障點位置信息：故障點坐標、故障距離等。故障監(jiān)測、故障定位、電網(wǎng)故障定位和輸電網(wǎng)故障定位從故障點到線路末端的距離由特殊在線故障定位(測距)原理計算。(1)交流輸電線路、雙端線路、帶串聯(lián)補償線路的丁字線、雙回線、架空線和電纜、混合輸電線路(2) DC輸電線路(包括接地線)、電網(wǎng)故障定位、配電網(wǎng)故障定位(架空線、電纜和混合線路)、故障選線(定位于故障線路、在線)、故障區(qū)段定位(定位于故障區(qū)段、在線)、故障定位(定位于故障點、在線或離線)、電網(wǎng)故

5、障監(jiān)測與定位系統(tǒng)。 監(jiān)測終端通信網(wǎng)絡(luò)主站系統(tǒng)、電網(wǎng)故障監(jiān)測與定位發(fā)展概況、繼電保護(線路、變壓器)故障錄波器及故障信息管理系統(tǒng)、輸電線路故障定位、配電線路故障定位(饋線自動化)、配電線路故障指示器及定位系統(tǒng)、配電線路故障定位、山東理工大學智能電網(wǎng)研究中心，利用暫態(tài)(行波)信號進行電力線路故障，研究成果獲得2007年國家技術(shù)發(fā)明二等獎。電力線路行波故障定位系統(tǒng)、山東理工大學智能電網(wǎng)研究中心成果、小電流接地故障監(jiān)測(選線)系統(tǒng)、山東理工大學智能電網(wǎng)研究中心成果、架空配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)(帶故障定位功能)、山東理工大學智能電網(wǎng)研究中心、電纜配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)(帶故障定位功能)、電力系統(tǒng)故障分量基礎(chǔ)理論、電

6、力系統(tǒng)故障信息、 電力系統(tǒng)故障信息分為內(nèi)部故障信息和外部故障信息，其中包含故障發(fā)生時間、故障方向、故障類型、故障距離和故障持續(xù)時間等信息，因此區(qū)分正常運行狀態(tài)和故障狀態(tài)是最本質(zhì)的特征。 故障信息的識別、處理和利用一直是繼電保護和故障定位發(fā)展的基礎(chǔ)。故障分量的基本概念是，電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)可以看作是故障前狀態(tài)和故障附加狀態(tài)的疊加，其中故障前狀態(tài)可以是各種非故障狀態(tài)或先前故障狀態(tài)的延續(xù)，而故障附加狀態(tài)是由當前故障激發(fā)的。附加故障狀態(tài)下的電氣量(電壓和電流)稱為故障分量。故障元件的基本概念，故障元件是僅在系統(tǒng)故障時出現(xiàn)的電氣元件，但在系統(tǒng)正常或異常運行時不存在，也就是說，它隨故障出現(xiàn)，隨故障消失。因

7、此，故障分量的存在是電力系統(tǒng)處于故障狀態(tài)的標志。故障信息實際上包含在故障分量中，因此故障信息的提取和處理可以轉(zhuǎn)化為故障分量的提取和處理，即通過故障分量可以識別故障方向、故障類型和故障距離。故障分量的基本概念，當應用故障分量來構(gòu)成繼電保護動作判據(jù)時，只需找出區(qū)域內(nèi)故障與區(qū)域外故障的“區(qū)別”,而不考慮正常和異常情況。因此，保護具有較高的靈敏度，一般具有較快的動作時間和較好的選擇性，不需要采取振蕩閉鎖等措施來防止振蕩時保護誤動作。故障分量疊加原理、故障狀態(tài)、故障前狀態(tài)、故障附加狀態(tài)以及故障分量特征的分析方法，非故障狀態(tài)下沒有故障分量，故障分量只出現(xiàn)在故障狀態(tài)下；故障分量與非故障狀態(tài)無關(guān)，不受電網(wǎng)運行

8、方式的影響(有一定影響，但小于傳統(tǒng)保護)；故障點的電壓故障分量最大，系統(tǒng)中性點故障分量的電壓為零。保護裝置中故障分量的電壓和電流的關(guān)系取決于其后面系統(tǒng)的阻抗，而與故障點的距離和過渡電阻的大小無關(guān)(但故障分量的值受過渡電阻和故障點的距離的影響)。故障成分的分類。故障分量分為穩(wěn)態(tài)故障分量和瞬態(tài)故障分量，兩者都可以使用。為了研究穩(wěn)態(tài)故障分量，傳輸線模型可以作為集總參數(shù)模型。如果要進一步消除暫態(tài)故障分量的影響，除了濾波措施外，還應修改輸電線路模型。為了研究暫態(tài)故障分量，必須將輸電線路模型視為分布參數(shù)模型，如果要進一步考慮線損和參數(shù)的頻率相關(guān)特性，還需要對線路模型進行修正。故障分量的構(gòu)成、故障分量的利用

9、，所有這些都可以構(gòu)成繼電保護：即故障分量中的工頻分量，它可以構(gòu)成工頻變化方向保護、工頻變化距離保護、工頻變化差動保護、零序保護、負序保護等。即所有故障元件，可用于構(gòu)成電流突變啟動元件、電流突變選相元件、方向行波元件、行波距離(測距)保護等。瞬變分量的高頻部分用于構(gòu)成反映單端電量的瞬變保護。故障分量的提取和識別方法電壓互感器和電流互感器的電壓和電流都是故障后的全電壓和全電流。當構(gòu)成反映故障分量的繼電保護時，試著從全電壓和全電流中提取故障分量。在微機保護中，故障分量的提取方法是(電流):故障分量的提取和識別方法。通常為n1、2或4: n1: n2: n4:這樣可以計算出故障分量的采樣序列，并利用微

10、機保護中的各種算法得到其幅值、相位等特征量。以n2為例，波形如下：，故障分量目前在電力系統(tǒng)中應用廣泛。在這些保護裝置中，暫態(tài)故障分量被視為干擾和噪聲并被濾除，因此所有的研究都集中在如何設(shè)計性能更好的工頻濾波器上。隨著故障分量的應用，隨著電力系統(tǒng)傳輸功率的增加，電壓等級也在增加，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性越來越嚴重。提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性最直接、最簡單、最有效的方法是以超高速去除系統(tǒng)中的各種故障。為了適應現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，研究超高速線路的保護具有重要的現(xiàn)實意義。隨著故障分量的應用，由于電壓等級的提高，系統(tǒng)暫態(tài)持續(xù)時間延長，故障后一次波形嚴重失真，傳感器暫態(tài)過程的影響使得基于工頻電量的繼電保護需要采用大量

11、的濾波措施來保證測量精度。嚴格來說，故障信號是一種非平穩(wěn)信號，傳統(tǒng)的傅里葉分析方法有其固有的缺點，常規(guī)保護不能解決可靠性和快速性之間的矛盾，難以滿足超高速運行的要求。自20世紀70年代以來，國內(nèi)外許多繼電保護工作者一直致力于超高速線路保護的理論研究，并取得了豐碩的成果。這些研究完全摒棄了傳統(tǒng)的繼電保護思想，直接分析故障產(chǎn)生的暫態(tài)分量的特征，從中提取有用的故障暫態(tài)信息。研究表明，暫態(tài)故障分量比穩(wěn)態(tài)故障分量包含更多的故障信息，且該信息不受系統(tǒng)振蕩、負載變化和電流互感器飽和的影響，為繼電保護理論的發(fā)展開辟了一條新的途徑，即反映故障暫態(tài)信息的超高速繼電保護。故障元件的應用和故障定位一直困擾著廣大繼電保

12、護工作者。傳統(tǒng)的阻抗定位方法和基于單端信息的故障分析方法只能通過計算測量回路的阻抗來實現(xiàn)故障定位，這不可避免地受到過渡電阻的影響。為了完全消除過渡電阻的影響，需要精確地獲得線路兩端的系統(tǒng)參數(shù)，這在實際系統(tǒng)中是非常困難的。基于雙端信息的故障分析方法不受過渡電阻的影響，但需要兩端交換信息，兩端的數(shù)據(jù)采集一般需要同步。另外，上述測距方法都受到傳感器誤差的影響，測距精度無法保證。故障分量的應用、理論研究和現(xiàn)場運行經(jīng)驗表明，從暫態(tài)故障分量中提取的故障行波信息可用于故障定位，故障距離可定位在塔內(nèi)(誤差小于1千米)。因此，可以預見，反映故障行波信息的故障定位技術(shù)將成為快速準確查找輸電線路故障點的有力武器。在

13、暫態(tài)故障分量中，最突出的是行波分量。迄今為止，超高速保護和高精度故障定位的原理大多是基于行波理論。故障分量的應用和利用暫態(tài)故障分量的小電流接地故障定位(選線)技術(shù)有望徹底解決長期困擾電力部門的小電流接地故障定位問題。電網(wǎng)故障監(jiān)測，電網(wǎng)故障監(jiān)測的基本概念是利用特定的技術(shù)手段實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，旨在判斷電網(wǎng)是否發(fā)生故障，并給出定性或定量的故障信息。定性故障信息：故障類型、故障性質(zhì)、故障點范圍等。定量故障信息：故障及其持續(xù)時間、故障點的準確位置等。電網(wǎng)故障監(jiān)測，故障檢測啟動元件故障方向檢測元件故障選相元件距離元件輸電網(wǎng)故障定位配電網(wǎng)故障定位電網(wǎng)故障監(jiān)測基本算法，故障啟動元件，故障啟動元件，故障方向

14、檢測元件，正向故障，反向故障，故障選相元件，(1)故障特征最明顯的阻抗測量元件；它可用于選相跳閘。故障選相元件，(2)選相算法的基本原理；災難性電流選相單相接地故障：兩個無故障相電流之差為零。故障選相元件，(2)選相算法的基本原理，電流選相突變的兩相不接地短路：非故障相電流為零，兩個故障相電流之差最大。故障選相元件，(2)選相算法的基本原理。災難性電流選相對地短路：兩個故障相電流之間的差值最大。故障選相元件，(2)選相算法的基本原理突變電流選相三相短路：三相電流差值的有效值相等。故障選相元件，(2)選相算法基本原理突變電流選相，故障選相元件，(2)選相算法基本原理對稱分量選相基本思想：首先，通

15、過檢測零序電流和負序電流是否同時存在，可以區(qū)分相間短路和接地故障。對于接地故障，通過比較零序電流和負序電流的相位差，可以進一步區(qū)分單相接地短路和兩相接地短路。故障選相元件，(2)選相算法的基本原理對稱元件選相，距離元件阻抗判據(jù)，距離元件動作條件：距離元件阻抗判據(jù)，距離元件電壓判據(jù)，Z集，定義：，K1，(a)、(b)、(c)、(d)，距離元件電壓判據(jù)，保護區(qū)內(nèi)k1點故障：保護區(qū)外k2點故障：距離元件電壓判據(jù)，輸電網(wǎng)故障定位，配電網(wǎng)故障定位，故障選線，大電流接地系統(tǒng)的線路保護裝置能可靠地檢測出保護線路中發(fā)生的各種故障，因此無需配備獨立的選線設(shè)備小電流接地系統(tǒng)的線路保護裝置只能依靠、小電流接地系統(tǒng)、中性點不接地(絕緣)系統(tǒng)、諧振(消弧線圈)接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)的優(yōu)點，避免接地故障跳閘，提高供電可靠性。在大多數(shù)情況下，接地電弧可以熄滅，電網(wǎng)自動恢復正常運行。接地電流小，可防止事故進一步擴大