新型小電流選線技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

龍毅

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司材料設(shè)備公司，江西貴溪 335424)

新型小電流選線技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

龍毅

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司材料設(shè)備公司，江西貴溪 335424)

分析了小電流接地選線在配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，并對新型ZXJ－II綜合故障診斷及錄波系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和基于過程分析的綜合選線判據(jù)進(jìn)行了示例描述，然后通過對零序故障診斷及錄波系統(tǒng)的現(xiàn)場實踐和應(yīng)用，獲取實際錄波波形和診斷結(jié)果，驗證了零序故障診斷及錄波系統(tǒng)的有效性。

故障特征;選線;綜合診斷;錄波;零序電流

1 引言

小電流接地系統(tǒng)在我國35kV以及以下的電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，而單相接地故障在小電流接地系統(tǒng)中故障率很高［1］。近年來隨電網(wǎng)容量的加大，接地電流也在增大，同時因單相接地故障造成的損失也更嚴(yán)重。單相接地故障時，非故障相對地電壓升高，同時易產(chǎn)生系統(tǒng)諧振，對電網(wǎng)設(shè)備的絕緣產(chǎn)生破壞作用，這種損傷積累到一定程度會造成避雷器、PT爆炸或絕緣子閃絡(luò)等情況［2］。

通常接地選線的辦法是利用變電所的交流絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出接地信號，然后根據(jù)接地拉閘順序選擇出接地出線柜。沒有發(fā)生單相接地的線路，也需短時間停電，這對要求連續(xù)供電的企業(yè)會造成影響。所以研究應(yīng)用迅速、準(zhǔn)確的小電流接地選線裝置意義重大，可大大提高電力供應(yīng)中的安全性、經(jīng)濟(jì)性［3］。

2 小電流接地選線研究發(fā)展方向

目前，單相接地故障選線的的檢測是靠PT開口三角形電壓即零序電壓的升高作為啟動和判斷依據(jù)的，但造成零序電壓升高的故障原因有很多如:鐵磁諧振、串聯(lián)諧振、傳遞過電壓、PT故障、母線故障、單相接地、虛幻接地等，因此對于單相接地故障選線的前提是零序故障類型診斷，確認(rèn)是單相接地故障后進(jìn)行準(zhǔn)確選線才是合理的準(zhǔn)確的［4］。

在電網(wǎng)整個零序回路的監(jiān)測方面，目前國內(nèi)在應(yīng)用上，正處于由小電流選線階段向零序回路全面監(jiān)測階段發(fā)展，這包括零序故障在線綜合診斷、零序信號高采樣率全程錄波記錄(故障錄波和系統(tǒng)零序漂移特性)，零序回路設(shè)備運行監(jiān)控，后臺錄波分析等。

在歐洲，基于零序信號全程錄波的零序回路監(jiān)控系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，該類系統(tǒng)監(jiān)控全面，診斷準(zhǔn)確，大大提高了電網(wǎng)安全性和供電可靠性。

事實上小電流系統(tǒng)的接地現(xiàn)象非常復(fù)雜，完全的穩(wěn)定接地是不存在的，不穩(wěn)定接地才是絕對的，只有利用不穩(wěn)定接地過程中全部錄波信息綜合診斷零序故障才是全面解決問題的出路［4］。

因此，全時域、全頻段、全類型監(jiān)控、錄取所有零序回路信號，并進(jìn)行綜合在線診斷和分析處理的零序故障錄波診斷系統(tǒng)才能能全面解決現(xiàn)場在零序回路監(jiān)控方面面臨的問題，是接地選線的發(fā)展方向。目前國內(nèi)僅有的少數(shù)設(shè)備能對零序故障進(jìn)行完整錄波，并對錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和分析［5］。

3 零序故障綜合診斷及錄波系統(tǒng)

ZXJ－II綜合故障診斷及錄波系統(tǒng)是集零序故障錄波、小電流選線、過電壓監(jiān)測、消弧線圈動態(tài)特性監(jiān)視為一體的新一代產(chǎn)品，其采用應(yīng)用高端32位600MHz DSP(數(shù)字信號處理)技術(shù)及雙CPU的硬件設(shè)計，對故障前后的波形進(jìn)行長周期，高精度錄波，采用基于故障過程分析的辨識方法實現(xiàn)電網(wǎng)的故障辨識及單相接地選線。

該系統(tǒng)將采用了與傳統(tǒng)小電流選線設(shè)備完全不同的上下位機(jī)體系結(jié)構(gòu)和診斷算法，立足于完整捕獲故障信息、實現(xiàn)對故障過程進(jìn)行綜合分析，準(zhǔn)確辨識零序故障類型，并且能實現(xiàn)消弧線圈動態(tài)特性監(jiān)視、過電壓監(jiān)測和單相接地故障選線等功能，是新型小電流接地選線裝置的典型代表。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

上圖1中反映出當(dāng)前我國配網(wǎng)變電站常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，35KV側(cè)和6－10KV側(cè)各由母聯(lián)斷路器分為I段和II段，每段上可能存在n條支路(n＜= 15)。根據(jù)前述裝置需要實現(xiàn)的功能要求，系統(tǒng)設(shè)計分為以下幾個主要的部分:

(1)數(shù)據(jù)采集

(2)通信網(wǎng)絡(luò)

(3)數(shù)據(jù)存儲

(4)人機(jī)界面

(5)微處理

4 基于過程分析的綜合選線判據(jù)

現(xiàn)場的單相接地故障中，絕大多數(shù)為瞬時性接地或間歇性接地，其故障點普遍為電弧接地。即使對于金屬性永久接地故障，其故障的一般發(fā)展過程為:間歇性電弧接地——穩(wěn)定電弧接地——金屬性接地。根據(jù)實測，間歇性電弧接地持續(xù)時間可達(dá)0.2～2s，頻率可達(dá)300～3000Hz;穩(wěn)定電弧接地持續(xù)時間可達(dá)2～10s;最后故障點被燒熔成金屬性接地，即所謂永久性故障接地。因此，弧光接地在單相接地故障中較為普遍?；」饨拥毓收系陌l(fā)展較為復(fù)雜，一般認(rèn)為電弧在接地電流過零時熄滅，而在電壓接近峰值時重燃?；」怆娮枰搽S電壓和電流非線性變化。因此，弧光接地故障大多是不穩(wěn)定的。

基于上述對弧光接地故障的描述，拋去弧光電阻具體的非線性變化特性，在ATP進(jìn)行仿真時用一壓控開關(guān)和固定電阻來進(jìn)行模擬。對這一過程進(jìn)行仿真計算，根據(jù)對該例分析，詳細(xì)闡述ZXJ－II零序故障綜合診斷及錄波系統(tǒng)的“基于過程分析的綜合選線判據(jù)”應(yīng)用過程。

示例一:間歇性電弧接地，中性點過電壓，35T (T為工頻周期)故障錄波后在由中性點電壓是否仍為過電壓的基礎(chǔ)上，過程分析結(jié)果得出為目前狀態(tài)為弧光接地，如下圖。

圖2 示例一中性點電壓相對有效值變化圖

由圖2可以看出，整體過程變化為:穩(wěn)態(tài)——暫態(tài)——暫穩(wěn)態(tài)——穩(wěn)態(tài)。其中暫態(tài)長度為3個半工頻周期，時間為30ms，暫穩(wěn)態(tài)長度為30個半工頻周期，時間為300ms，其他為穩(wěn)態(tài)過程。經(jīng)過分析可知，接地故障在35T內(nèi)已經(jīng)消失，并且轉(zhuǎn)為消弧線圈串聯(lián)諧振。上位控制機(jī)得知為“串聯(lián)諧振狀態(tài)”則通知消弧線圈控制器使得其并聯(lián)電阻接入電路，消除諧振狀態(tài)。并通知各采集板進(jìn)入“間歇性采樣”狀態(tài)，持續(xù)時間10s。間歇性采樣后，根據(jù)35T內(nèi)的過程分析結(jié)果得知:暫態(tài)過程內(nèi)諧波含量占整體信號的比值大于50%，選用暫態(tài)特征分量幅值和極性比較法可以實現(xiàn)正確選線。

圖5 中性點電壓及其諧波含量變化情況

［db5，4］后頻帶［3，15］內(nèi)信號分布情況

由圖3中性點電壓暫態(tài)過程小波變換后能量分布情況可以得知［3，15］頻帶內(nèi)能量最大，然后對各支路零序電流暫態(tài)過程進(jìn)行小波包變換［db5，4］。圖4給出了小波包變換后各支路零序電流暫態(tài)過程在用于選線判別的頻帶上的分布情況，根據(jù)幅值最大和相位反向兩個判據(jù)分別進(jìn)行選線判別，可以得出結(jié)果為線路5故障，與實際故障情況符合。

示例二:間歇電弧接地，中性點過電壓，電弧接地已經(jīng)在比較短的時間內(nèi)已經(jīng)發(fā)展成為金屬性接地，35T故障錄波后在由中性點持續(xù)過電壓的基礎(chǔ)上，過程分析得知為穩(wěn)定接地。持續(xù)間歇采樣數(shù)段時間。

由圖5可以看出中性點電壓的變化過程為:穩(wěn)態(tài)——暫態(tài)——穩(wěn)態(tài)。與穩(wěn)定單相接地電壓變化過程吻合。其中暫態(tài)持續(xù)長度為3個工頻周期，時間為30ms，其余時間均為穩(wěn)態(tài)。上位控制機(jī)得知為穩(wěn)態(tài)接地故障，通知各采集板進(jìn)入“間歇性采樣”狀態(tài)。在采樣結(jié)束后，進(jìn)行選線計算。暫態(tài)過程內(nèi)諧波含量均超過50%，選用暫態(tài)特征分量的幅值和極性判據(jù)可以進(jìn)行可靠選線。

具體過程同示例一，采用小波包變換［db5，4］對數(shù)據(jù)處理，選出暫態(tài)特征分量所在頻帶，然后比較各條支路零序電流暫態(tài)過程在特征頻帶上的分布情況，根據(jù)特征分量幅值最大和極性相反的判據(jù)進(jìn)行判別，選線結(jié)果判斷得出為支路2故障，與仿真實際相吻合。

5 實例應(yīng)用

ZXJ－II綜合故障診斷及錄波系統(tǒng)安裝應(yīng)用于德興銅礦220kV大山變電站35kV母線，系統(tǒng)運行期間多次發(fā)生穩(wěn)定性和瞬時性接地故障，通過錄波及系統(tǒng)自動診斷分析，故障辨識及選線成功率較高。部分選線及錄波波形如下:

示例一:323下山一線(2011－12－27/00:26: 50)發(fā)生單相接地，系統(tǒng)錄取的波形如圖6圖7。

圖7 故障支路切除后電壓及支路零序電流波形圖

本次示例為“323下山一線，深天藍(lán)線條”電網(wǎng)發(fā)生單相接地，并導(dǎo)致避雷器燒毀及開關(guān)柜跳閘，圖6和圖7為故障過程和開關(guān)柜速斷動作前后波形。

示例二:328半自磨二線(12－02－07/04: 58:36)發(fā)生接地，系統(tǒng)錄取的波形如圖8、圖9、圖10。

圖10 故障支路切除后電壓及支路零序電流波形圖

本示例為“328半自磨二線，午夜藍(lán)色線”單相間歇性弧光接地故障，運行人員根據(jù)裝置選線結(jié)果拉斷328線路開關(guān)后，故障消失避免了重大事故發(fā)生。圖8、圖9和圖10為故障過程及故障恢復(fù)波形。

6 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及各類數(shù)學(xué)方法在實際工程中的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)微機(jī)實現(xiàn)的選線裝置和各類新型的保護(hù)算法，但是由于接地故障過渡電阻波及范圍較廣及故障演變的復(fù)雜性等種種實際情況的制約，完全準(zhǔn)確可靠的接地故障診斷系統(tǒng)和方法還需同過大量獲取實際故障波形的基礎(chǔ)上，通過分析和算法完善。小電流選線技術(shù)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。

［1］李福壽.中性點非有效接地電網(wǎng)的運行［M］.北京:水利電力出版社，1993:20－62.

［2］要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地［M］.北京:中國電力出版社，2000:28－32.

［3］王錫凡，李建華，張伏生，等.電力工程基礎(chǔ)［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2003:194－261.

［4］劉笙.電氣工程基礎(chǔ)(下冊)［M］.北京:科學(xué)出版社，2001: 272－273.

［5］楊淑英，王麗宏，杜榮華，蘇濤，等.電力系統(tǒng)暫態(tài)保護(hù)中小波基的選擇與應(yīng)用［R］.天津市:天津大學(xué)，2008.

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Development and Application of New Technology in Fault Line Selection

LONG Yi
(JCC Material＆Equipment Company，Guixi，Jiangxi 335424，China)

The development tendency of fault line selection in distribution network has been analyzed，and the article also described the general structure and the criterion description of a new comprehensive fault diagnosis and wave record system，type ZXJII，which based on the analysis of the process of comprehensive fault line selection criterion.Then through the practice and application of the new comprehensive fault diagnosis and wave recording system，we got the site practical fault wave and diagnostic results which verify the validity of the system.

fault characteristic signal;fault line selection;comprehensive fault diagnosis;wave recording;zero sequence current

TM862+.3

:A

:1009－3842(2012)04－0057－04

2012－05－07

龍毅(1969－)，男，湖南漣源人，本科，電氣工程師，主要從事采礦、選礦設(shè)備電氣技術(shù)和備件供應(yīng)工作。E－mail:xkbjly@163.com