利用暫態(tài)行波的小電流接地系統(tǒng)故障監(jiān)測技術(shù)

利用暫態(tài)行波的小電流接地系統(tǒng)

故障監(jiān)測技術(shù)

主要內(nèi)容概述小電流接地系統(tǒng)故障分析利用暫態(tài)行波的小電流接地故障選線技術(shù)利用暫態(tài)行波的小電流接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)利用暫態(tài)行波的小電流接地系統(tǒng)瞬時性故障監(jiān)測技術(shù)總結(jié)1.概述小電流接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地（絕緣）系統(tǒng)IL諧振（消弧線圈）接地系統(tǒng)小電流接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要避免接地故障跳閘，提高供電可靠性。大部分情況下，接地電弧能夠熄滅，電網(wǎng)自動恢復(fù)正常運(yùn)行。接地電流小，可防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。小電流接地系統(tǒng)存在的問題單相接地故障會導(dǎo)致非故障相電壓升高，危害電網(wǎng)絕緣。一般情況下，單相接地引起非故障相電壓升高1.732倍。接地點(diǎn)間歇拉電弧，線路電容反復(fù)充放電，電壓升高可達(dá)3.5倍。接地電弧長期存在，可能燒壞接地點(diǎn)絕緣，造成相間短路故障，導(dǎo)致保護(hù)跳閘。小電流接地系統(tǒng)存在的問題（續(xù)）繼電保護(hù)配置困難：故障電流微弱，接地電弧不穩(wěn)定，接地故障選線的問題一直沒有得到很好地解決；小電流接地故障選線難，主要難在諧振接地系統(tǒng)；許多供電部門仍然采用拉路法選擇接地線路。供電瞬時中斷，影響用戶用電設(shè)備正常工作，甚至可能造成停電事故。小電流接地系統(tǒng)新技術(shù)消弧線圈自動調(diào)諧技術(shù)可以精確地補(bǔ)償電容電流，使接地點(diǎn)電流盡可能的小，提高了電弧自動熄滅的幾率。利用暫態(tài)行波的小電流接地故障選線保護(hù)技術(shù)利用暫態(tài)行波的小電流接地系統(tǒng)故障定位技術(shù)利用暫態(tài)行波的小電流接地系統(tǒng)瞬時性故障監(jiān)測技術(shù)2.小電流接地系統(tǒng)故障分析2.1穩(wěn)態(tài)故障分析2.2暫態(tài)故障分析2.3行波故障分析2.1穩(wěn)態(tài)故障分析A相接地后,接地相電壓為零,非故障相電壓升高1.732倍,零序電壓與故障前故障點(diǎn)電壓大小相等，極性相反。接地點(diǎn)電流是正常運(yùn)行時三相對地電容電流的算術(shù)和。EAECEBUB0UC0U0ABCoICIfIB中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)零序等效網(wǎng)絡(luò)

中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)零序電流特征故障線路零序電流是所有非故障元件（線路）電容電流之和，方向是由故障點(diǎn)流向母線。非故障相零序電流等于線路本身電容電流，方向由母線流向故障。故障線路電流大于非故障線路，二者反極性。IhIf諧振接地電網(wǎng)零序網(wǎng)絡(luò)

消弧線圈接地電網(wǎng)零序電流關(guān)系IhIfL過補(bǔ)償狀態(tài)下，故障線路電流方向與非故障線路一致，由母線流向故障點(diǎn)，幅值往往也小于非故障線路。故障線路電氣量失去“唯一性”特征，這是諧振接地系統(tǒng)小電流接地故障選線難的根本原因。

2.2暫態(tài)故障分析暫態(tài)過程：故障相電壓突然降低引起的放電電流，不經(jīng)過電源流向故障點(diǎn)，頻率在數(shù)千赫茲，衰減快；非故障相電壓突然升高，引起的電容充電電流，經(jīng)過電源形成回路，頻率數(shù)百赫茲，衰減慢。ABCIf放電充電分析暫態(tài)過程需要使用變換矩陣是實(shí)數(shù)的模變換法實(shí)際工程中，一般使用卡倫包爾（Karenbauer）變換。模量1、2是兩相導(dǎo)體（A、B相與A、C相）之間流動，參數(shù)與正序網(wǎng)絡(luò)一致。模量0在三相導(dǎo)體與大地之間流動，參數(shù)與零序網(wǎng)絡(luò)一致。

接地電流計算復(fù)合模網(wǎng)接地電流計算（零序）簡化等效電路L等于2倍的線模（正序）電感，R是3倍的過渡電阻加上線模（正序）電阻。e(t)是虛擬電壓源，與故障前故障點(diǎn)電壓大小相等，方向相反。接地電阻較小時等效電路。充電過程短暫，可以忽略消弧線圈影響。故障發(fā)生在電壓最大值時電流：--衰減系數(shù)--回路自由振蕩頻率暫態(tài)電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)電容電流。暫態(tài)最大電流與穩(wěn)態(tài)電容電流之比，可達(dá)到幾倍到十幾倍。暫態(tài)最大電流值與故障時電壓相角有關(guān)。一般故障都發(fā)生在電壓最大值附近。暫態(tài)電流值不受消弧線圈的影響。暫態(tài)接地電流特點(diǎn)接地電阻較大時等效電路。充電過程長，可達(dá)數(shù)十個ms，可以忽略串聯(lián)電感的影響。接地電阻比較大時，零序電壓緩慢上升。間歇性接地（拉?。┈F(xiàn)象故障點(diǎn)往往在電壓峰值時擊穿，電流過零時熄弧，在電壓出現(xiàn)另一次峰值時又擊穿，可能在一段時間后消失，也有可能持續(xù)發(fā)生。小電流接地系統(tǒng)對接地故障續(xù)流能力差，故障點(diǎn)電流微弱，易出現(xiàn)間歇性接地故障現(xiàn)象。永久接地故障，由于接地電流小，也存在接地電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象，故障電流有效值及過渡電阻在一個周波內(nèi)變化較大。間歇性瞬時性接地故障錄波圖間歇性瞬時性接地故障錄波圖暫態(tài)故障分析仿真模型110KVRfl2=6kml3=9kml4=12kml5=15kml6=20kml1=3kmZL10kVTYY0LNRLK中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真模型

不接地系統(tǒng)仿真結(jié)果（1）不接地系統(tǒng)故障時零模電壓和各條出線零模電流

不接地系統(tǒng)仿真結(jié)果（2）零模電壓和各出線零模電流的暫態(tài)放大圖不接地系統(tǒng)仿真結(jié)果（3）零模電壓和各出線零模電流的特征分量諧振接地系統(tǒng)仿真結(jié)果（1）40

50

60

70

80

90

100

110

120-10

0

10

Time/msZerovoltage/kV40506070809010011012050050Time/msZerocurrents/A消弧線圈接地系統(tǒng)故障時零模電壓和各條出線零模電流

諧振接地系統(tǒng)仿真結(jié)果（2）4850525456586010010time/msZerovoltage/KV4850525456586050050time/msZerocurrents/A故障線路健全線路零模電壓和各出線零模電流的暫態(tài)放大圖諧振接地系統(tǒng)仿真結(jié)果（3）52545658606264-50510time/msSFBofzerovoltage/KV-50050SFBofzerocurrents/A故障線路健全線路52545658606264time/ms零模電壓和各出線零模電流的特征分量

過零故障仿真結(jié)果（1）經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)相電壓過零故障時零模電壓、電流信號過零故障仿真結(jié)果（2）零模電壓和各出線零模電流的特征分量2.3行波故障分析LF行波故障分析仿真模型故障行波仿真波形3.利用暫態(tài)行波的小電流接地

故障選線技術(shù)3.1常規(guī)故障選線方法評述基于穩(wěn)態(tài)工頻量的方法零序電流繼電器零序電容無功功率繼電器零序電流幅值、相位群體比較法負(fù)序電流比較法優(yōu)點(diǎn)：簡單易行缺點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)電流小，靈敏度低。不能用于消弧線圈接地的系統(tǒng)受故障點(diǎn)不穩(wěn)定影響基于（五次）諧波量的方法檢測零序諧波電流、功率，檢測故障線路。諧波量小，靈敏度低。受故障點(diǎn)不穩(wěn)定影響有功功率法利用故障線路零序有功功率大于非故障線路且方向相反的特點(diǎn)選線簡單，不受消弧線圈影響。有功功率含量小，受TA，TV誤差影響，靈敏度得不到保證。投入中電阻法在中性點(diǎn)瞬間投入中電阻，使零序電流的有功分量明顯加大，解決靈敏度問題。實(shí)際是將小電流接地故障轉(zhuǎn)化為大電流接地故障帶來的問題是使接地電流增大，加大對接地點(diǎn)絕緣的破壞，可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大。對電纜線路來說，這一問題更為突出。施工復(fù)雜、成本較高瞬時改變消弧線圈調(diào)諧度的殘余電流增量法，與投入中電阻法類似。注入信號尋跡法注入225Hz信號，檢測線路中信號電流，確定故障點(diǎn)。已在國內(nèi)獲得較廣泛應(yīng)用需向系統(tǒng)注入信號，構(gòu)成較復(fù)雜，投資大。適用于電阻較小的穩(wěn)定接地故障3.利用暫態(tài)行波的小電流接地

故障選線技術(shù)3.2暫態(tài)行波選線法暫態(tài)行波選線方法的起源1995年，山東科匯公司研制出利用暫態(tài)行波的集中式輸電線路行波故障測距裝置，首次提出暫態(tài)行波選線方法。2000年，山東科匯公司將暫態(tài)行波選線方法用于小電流接地系統(tǒng)，并在行波測距裝置的基礎(chǔ)上研制出XJ-100小電流接地故障選線裝置。暫態(tài)行波選線基本原理（1）暫態(tài)行波電流幅值比較法比較同一母線所有出線暫態(tài)零模行波電流的幅值（均方根值）幅值最大者被選定為故障線路缺點(diǎn)：不能確定母線接地IhIfLIh暫態(tài)行波選線基本原理（2）暫態(tài)行波電流極性比較法比較同一母線所有出線暫態(tài)零模行波電流的極性與其它線路極性相反的選定為故障線路所有線路極性相同，則為母線接地用幅值比較先進(jìn)行篩選，防止幅值小的健全線路的干擾作用IhIfLIh暫態(tài)行波選線基本原理（3）暫態(tài)行波電流方向法零模行波電壓特征分量求導(dǎo)所有出線暫態(tài)零模行波電流與零模行波電壓導(dǎo)數(shù)比較極性極性相反的選定為故障線路所有線路極性相同，則為母線接地用幅值比較先行篩選，防止幅值小線路的干擾作用u0i0du0/dti0暫態(tài)行波選線基本原理（4）暫態(tài)行波無功功率方向法零模行波電壓特征分量進(jìn)行Hilbert變換計算所有出線暫態(tài)零模行波電流與零模行波電壓Hilbert變換之間的平均功率功率為負(fù)的選定為故障線路所有線路功率均為正，則為母線接地作用與電流方向法相同，但具有明確的物理含義暫態(tài)行波選線基本原理（5）暫態(tài)行波綜合選線方法利用幅值比較，篩選出幅值較大的線路若線路數(shù)>=3，利用極性比較法選線若線路數(shù)<3，利用電流方向法選線暫態(tài)行波選線的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)可利用所有暫態(tài)信息，所利用信號強(qiáng)度大，選線可靠性高不受消弧線圈的影響，適用不接地和諧振接地系統(tǒng)不受故障點(diǎn)不穩(wěn)定的影響，在弧光接地和間歇性接地故障時，選線可靠性更高?？衫盟矔r性故障對線路絕緣狀況提出預(yù)警信息受TA傳變誤差影響小安全性、適用性、便利性、經(jīng)濟(jì)性等方面也具有較好的表現(xiàn)102030405060708090-2000200Time/mSCurrents/A故障線路健全線路-101x104Voltage/V102030405060708090Time/mS零模電壓行波電流信號原始波形

暫態(tài)行波選線示例（1）1618202224262830323436-2000200Time/mSCurrents/A故障線路健全線路各出線零模特征行波電流

暫態(tài)行波選線示例（2）-8-404x109d(t)故障線路健全線路1618202224262830323436Time/mS各出線特征行波電流流向-15-10-505x105ReactivePower/var故障線路健全線路1618202224262830323436Time/mS各出線容性瞬時無功功率

暫態(tài)行波選線示例（3）3.利用暫態(tài)行波的小電流接地

故障選線技術(shù)3.3暫態(tài)行波選線關(guān)鍵技術(shù)暫態(tài)行波傳變技術(shù)1）電磁式電壓互感器（TV）ua，ub，uc，3u02）電磁式電流互感器（TA）ia,ib,ic,3i0高速行波采集技術(shù)CPU高速數(shù)據(jù)采集電路雙RAM切換控制電路nP采樣序號采樣值1觸發(fā)時刻nP循環(huán)采樣nP為觸發(fā)前的采樣數(shù)據(jù)個數(shù)行波特征提取技術(shù)1）小波變換2）Hilbert變換3.利用暫態(tài)行波的小電流接地

故障選線技術(shù)3.4XJ-100小電流接地故障選線及監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選線裝置采集故障信息、選擇故障線路、上報選線結(jié)果。分析機(jī)主要用于存儲、統(tǒng)計、分析數(shù)據(jù)直流電源單元CPUMenu+EEPROMXJ-100小電流接地故障選線裝置控制單元中央處理單元信號采集單元DAURUNI/OGPSPOWER5V+12V-12V24V科匯電氣KeHuiElectricDAURUNDAURUNDAURUNDAURUN數(shù)據(jù)采集、選線裝置

安裝在現(xiàn)場的XJ-100小電流接地故障監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)主要功能選擇故障線路選擇故障相利用瞬時性故障對線路絕緣狀態(tài)監(jiān)測提供有益信息歷史故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計主要技術(shù)特點(diǎn)利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)信號，檢測可靠性和靈敏度高剔除了暫態(tài)信號中不支持選線要求的分量，原理更先進(jìn)不受消弧線圈影響，可適用于不接地/消弧線圈接地不受不穩(wěn)定電弧影響，弧光接地或間歇性接地時檢測更可靠不受系統(tǒng)規(guī)模和線路結(jié)構(gòu)變化影響，適用配網(wǎng)自動化要求采用普通電壓電流互感器，不需要安裝專用耦合設(shè)備和其他高壓設(shè)備選線結(jié)果可以多種方式上報調(diào)度或控制中心可對瞬時性故障分析統(tǒng)計，利用其對線路絕緣狀況監(jiān)測提供有益信息不需要增加任何一次設(shè)備，安全性高記錄故障波形，便于事后分析主要技術(shù)指標(biāo)選線結(jié)果正確率>95%監(jiān)視的出線數(shù)：每套系統(tǒng)可監(jiān)測4段母線共32路出線（可擴(kuò)充至4段母線共64路出線）故障數(shù)據(jù)掉電不丟失系統(tǒng)可存儲最大數(shù)據(jù)容量：僅受硬盤容量限制數(shù)據(jù)上傳接口：支持串口、Modem和網(wǎng)卡數(shù)據(jù)上傳規(guī)約：支持I