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碩士類(lèi)電氣自動(dòng)化論文--基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)單相接地故障定位的研究-文庫(kù)吧

2025-05-16 06:46 本頁(yè)面


【正文】 靈敏度和可靠性易受各種外界因素 影響而選線不準(zhǔn)確,總在自動(dòng)化站及無(wú)人值守站使用不便,高阻接地不準(zhǔn)確。 小波分析法,是利用小波變換原理將零序電流分解成不同的尺度和位置的小波 系列,零序電流對(duì)一定尺度和位置的小波的投影即為零序電流在此小波分量的幅 值,即小波變換。根據(jù)小波變換的模極大值檢測(cè)理論,比較小波變換的大小和極性, 從而選出接地故障線路 相關(guān)原理法,由于故障線路表現(xiàn)為電容放電的電路特征,而非故障線路均表現(xiàn) 為電容充電的電路特征,利用相關(guān)分析原理,對(duì)故障后的各條出 線的暫態(tài)零序電流 波形在一定數(shù)據(jù)窗下進(jìn)行兩兩相關(guān)分析,形成相關(guān)矩陣,求出各條出線與其他出線 的相關(guān)系數(shù),再經(jīng)排序策略可得到按照線路發(fā)生接地故障的可能性大小的選線序 列,從而選線。 綜上所述,對(duì)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地故障選線原理的研究,已取得了 很多成果,各種方法均有各自的優(yōu)缺點(diǎn),不同的保護(hù)原理適用于不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 根據(jù)這些故障選線原理研發(fā)的選線裝置,還不具備在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的可靠性 和準(zhǔn)確性。因此,更充分的提取故障的信息量,更可靠的控制模式有待于進(jìn)一步的 研究。 本課題基于上述配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái) ,融合傳統(tǒng)的多種選線原理和分析方法, 對(duì)配網(wǎng)單相接地故障定位進(jìn)行研究,使現(xiàn)有的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)在不增加或少增加設(shè)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 備投資的基礎(chǔ)上,結(jié)合配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的 FA( Feeder Automation)功能,實(shí)現(xiàn)單相 接地故障的快速定位,從而提高供電質(zhì)量,改善服務(wù)水平。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后,接地故障的定位一直是備受關(guān)注的研究 課題。經(jīng)過(guò)多年的探討已經(jīng)有多種故障選線的原理和方法。有些方法在實(shí)際系統(tǒng)中 得到了較好的應(yīng)用。在故障定位方面,近年來(lái)也有許多研 究,但由于各種不利因素 的存在,一直沒(méi)有很好的解決故障定位的精確度問(wèn)題。目前小電流接地系統(tǒng)單相接 地故障定位的主要方法有故障分析測(cè)距法和“ S 注入法”等。 例如:文獻(xiàn) [17] [17] 提出了利用單相接地故障后的故障電壓和電流的特點(diǎn)進(jìn)行定 位,存在問(wèn)題是故障測(cè)距精度隨過(guò)渡電阻發(fā)生很大變化,而且模擬驗(yàn)證費(fèi)時(shí)復(fù)雜, 實(shí)用意義差,尚需要做進(jìn)一步的研究。 文獻(xiàn) [17] 按照高壓輸電線路故障測(cè)距中阻抗測(cè)距的思想,在小電流接地故障等效 序網(wǎng)上導(dǎo)出一含有故障距離的二次方程,但此方法在等效網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化以及提取基頻分 量、求 解等環(huán)節(jié)必然產(chǎn)生誤差,且面臨區(qū)別真?zhèn)胃膯?wèn)題。 文獻(xiàn) [17] [17 提出了基于“ S 注入法”的選線定位原理,它利用故障時(shí)閑置的電壓 互感器注入交流信號(hào)電流,在故障線路中跟蹤尋找所注入信號(hào)的通路進(jìn)行故障定 位。但該原理要求必須在配電線路不停電的情況下,由巡線人員手持定位探測(cè)器沿 接地線路進(jìn)行人工定位。所需時(shí)間長(zhǎng),有可能在此期間引起系統(tǒng)中的第二點(diǎn)接地, 造成線路自動(dòng)跳閘。 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),由于系統(tǒng)對(duì)地電容與故障點(diǎn)之間的充放 電,將產(chǎn)生振幅比穩(wěn)態(tài)基頻大許多倍的高頻暫態(tài)分量,而且按照基頻計(jì)算的 消弧線 圈,對(duì)于高頻分量其對(duì)地阻抗將成倍的增加,因此對(duì)故障后暫態(tài)電流的影響較小。 由此可見(jiàn)單相接地故障的暫態(tài)分量故障特性更明顯,其包含有刻畫(huà)故障特征的更豐 富的信息,可以作為小電流接地系統(tǒng)單相接地故障定位的依據(jù)。文獻(xiàn) [17] 根據(jù)電力系 統(tǒng)故障相暫態(tài)信號(hào)的特征提出了時(shí)間序列小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了小電流接地系統(tǒng)直 配線路單相接地故障定位。但是故障饋線上故障相總的暫態(tài)電流分量要受到相關(guān)系 統(tǒng)非故障線路對(duì)地電容的大小、故障時(shí)刻相電壓的角度、故障過(guò)渡電阻、故障饋線 的不對(duì)稱(chēng)性以及系統(tǒng)運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)等諸多不確定因素的 影響,因此利用故障相的 暫態(tài)電流分量進(jìn)行故障定位并沒(méi)有解決故障定位的精確度問(wèn)題。 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),故障饋線非故障相的暫態(tài)電流分量 ( Transient Current Component, TCC)僅與自身參數(shù)有關(guān),可以避免系統(tǒng)運(yùn)行不確 定因素的影響。而且非故障相的暫態(tài)電流流過(guò)故障線路可以形成回路,此電流中包 含了故障距離的信息。文獻(xiàn) [17] 提出了利用故障饋線非故障相的暫態(tài)電流進(jìn)行單相接華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 要為電阻接地方式,采取零序過(guò)流保護(hù),對(duì)于低阻接地,作用于跳閘;對(duì)于高阻接 地,作用于告警。在日本,電網(wǎng)主要是不接地或經(jīng)高阻接地,高阻接地系統(tǒng)采用零 序過(guò)電流保護(hù)跳閘;不接地系統(tǒng)主要采用零序功率方向繼電器。在俄羅斯,小電流 接地系統(tǒng)主要采取不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式,主要采用零序功率方向和首半波 法。在我國(guó),大多數(shù)配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地方式或經(jīng)消弧線圈接地方式,可帶故 障運(yùn)行 1— 2 小時(shí)而不立即跳閘,近年來(lái),一些城市電網(wǎng)改用經(jīng)電阻接地的運(yùn)行方 式。 長(zhǎng)期以來(lái),小電流接地系統(tǒng)的單相接地保護(hù)課題研究不斷,并提出了許多選線 方法,究其原理都不外乎是利用單相接地故障時(shí)系統(tǒng)電氣量所呈現(xiàn)出 來(lái)的特征及其 規(guī)律性 [2][3][4][5] 。這些特征可以在穩(wěn)態(tài)的基波和諧波電流、電壓中找出(例如 7 次諧波),還可以在電磁暫態(tài)過(guò)程中找出。已有的方法有零序電流群體比幅比相法 [6][7] 、零序有功分量法 [8] 、五次諧波功率方向法、 DDA [9] 法、首半波法 [10] 、注入法 [11][12] 和小波法 [13][14][15]、 、相關(guān)原理法 [16] 等。 群體比幅比相法:當(dāng)系統(tǒng)零序電壓高于 30%額定相電壓時(shí),認(rèn)為發(fā)生了單相接 地故障。首先對(duì)各線路零序電流按幅值進(jìn)行排隊(duì),選取 零序電流最大的三條線路。 然后對(duì)它們的相位進(jìn)行比較,相位與其它兩相相反的為故障線路。如果三條線路的 電流同相則認(rèn)為發(fā)生了母線故障。對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),比幅比相對(duì)基波進(jìn)行。對(duì) 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),比幅比相對(duì)五次諧波進(jìn)行。此法在實(shí)踐中得到了補(bǔ)充 和發(fā)展,衍生出了一系列補(bǔ)充方案。群體比幅比相原理有整定簡(jiǎn)易、易于維護(hù)的優(yōu) 點(diǎn),但是受 CT 不平衡影響較大。對(duì)于消弧線圈接地系統(tǒng),完全依賴(lài)于五次諧波的 特征選線,信號(hào)過(guò)于微弱,可靠性不能保證。 有功功率法:配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí),非故障線路零序電流中只包含本線 路的泄漏有功電流,且其方向?yàn)橛赡妇€流向線路;而故障線路零序電流為整個(gè)電網(wǎng) 總的有功電流與故障線路泄漏有功電流之差,其方向?yàn)橛删€路流向母線。利用零序 有功功率的大小及方向可選出故障線路。 五次諧波功率方向法:通過(guò)比較各出線五次諧波功率的正負(fù)來(lái)選出故障線路。 消弧線圈對(duì)五次諧波呈現(xiàn)高阻抗,此時(shí)的電感電流遠(yuǎn)小于系統(tǒng)電容電流,相差約為 25 倍左右,故可忽略電感電流。對(duì)五次諧波按中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)選線,在非故障線 路首端檢測(cè)到的五次諧波為容性而故障線路為感性,因此它們的五次諧波無(wú)功功率 方向正好相反。但實(shí)際上,系統(tǒng)中 五次諧波電壓數(shù)值較小且不穩(wěn)定,受系統(tǒng)電壓水 平、運(yùn)行方式、負(fù)荷狀態(tài)等因素的影響,完全依賴(lài)于諧波特征進(jìn)行選線,工作的可 靠性沒(méi)有保證。 還有一種方法是 DDA( Differential Detection using phasetoground Admittance), 此種方法也用到了零序電流的變化量,但它不僅考慮了這些變化量,而且考慮了整 個(gè)小電流接地系統(tǒng)的參數(shù)。 DDA 算法中首先確定故障相,然后將每條饋線逐一估算華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 消弧線圈接地的電力系統(tǒng)通常稱(chēng)為諧振接地系統(tǒng)。 在我國(guó),電網(wǎng) 相對(duì)薄弱,線路故障較多。據(jù)電力運(yùn)行部門(mén)統(tǒng)計(jì),每年發(fā)生單相 接地故障的次數(shù)占年故障總次數(shù)的 80%強(qiáng)。由于采用小電流接地方式運(yùn)行,單相接 地故障時(shí)線電壓矢量三角形不變,三相對(duì)中性點(diǎn)電壓不變,故對(duì)用戶(hù)供電無(wú)明顯影 響。雖然這種接地方式會(huì)由于非故障相對(duì)地電壓可升高到 3倍,而對(duì)設(shè)備的絕緣水 平要求提高,但在電網(wǎng)電容電流不大,接地電弧能夠自熄的條件下,電網(wǎng)可帶故障 繼續(xù)供電 1~2 小時(shí)。因此,我國(guó)早期的中低壓配電網(wǎng)多采用不接地方式,提高了供 電的可靠性和連續(xù)性。 配電自動(dòng)化概述 所謂配電自動(dòng)化,即“利 用現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將配電網(wǎng)在 線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶(hù)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成 , 構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運(yùn)行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、 控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化”。配電自動(dòng)化系統(tǒng) (DA)在縱向結(jié)構(gòu)分屬于配電管 理系統(tǒng) (DMS)的子系統(tǒng),橫向與變電站綜合自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化、電力 MIS 等緊 密關(guān)聯(lián)。 配電自動(dòng)化系統(tǒng),主要監(jiān)控的設(shè)備是 10V 城網(wǎng)配電線路的電力元件,包括柱上 開(kāi)關(guān)、變壓器,隨著城網(wǎng)改造工作的開(kāi)展,也出現(xiàn)了越來(lái)越多的箱式變電站 、電纜 分支箱、小型開(kāi)閉站等組合式設(shè)備。這些設(shè)備沿著配電線路分散在城網(wǎng)的所有供電 范圍。 依照配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)完成的功能要求,考慮若干年內(nèi)的發(fā)展需要,配電自動(dòng) 化系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)包括以下子系統(tǒng):配電中心主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和配電自動(dòng)化終 端系統(tǒng)。主站系統(tǒng)是配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的上層系統(tǒng),完成對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)各種在線設(shè)備 的監(jiān)測(cè)和控制,并對(duì)線路發(fā)生的故障進(jìn)行處理;通信系統(tǒng)是主站與配電終端系統(tǒng)信 息交互的平臺(tái)和紐帶,是整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的神經(jīng);配電自動(dòng)化終端對(duì)通過(guò)傳感 器對(duì)線路電氣量進(jìn)行采集、處理和上傳,并對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控 。 配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)覆蓋所有配電設(shè)備,但應(yīng)考慮現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已監(jiān)控 一部分設(shè)備,為避免設(shè)備的重復(fù)投入,配電自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)與該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 并獲取有關(guān)信息,同時(shí),根據(jù)需要,可向調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)提供配網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。另 外,由于大部分供電企業(yè)已經(jīng)建立了自己的 MIS 系統(tǒng),配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該充分利 用原有 MIS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源和功能,將配電自動(dòng)化系統(tǒng)的信息以 WEB 形式發(fā)布到 MIS 系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)的 MIS 瀏覽。 單相接地故障保護(hù)的背景 電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同,接地故障處理方 式也各異。在美國(guó),電網(wǎng)中性點(diǎn)主華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 6 地故障定位的觀點(diǎn)。但該理論目前尚處于初步探索階段,對(duì)于這種方法是否合理、 合理的程度有多少,還缺少必要的實(shí)驗(yàn)和論證。 本文主要工作 基于配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)單相接地故障的定位是建立在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)上。傳 統(tǒng)的饋線已被分段開(kāi)關(guān)區(qū)段化,在實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的線路上裝設(shè)有監(jiān)控開(kāi)關(guān)的 FTU, FTU 可通過(guò)隨開(kāi)關(guān)裝設(shè)的 CT、 PT 方便地測(cè)量得到線路上開(kāi)關(guān)處的三相電流、三相 電壓等電氣量和信號(hào)量??梢?jiàn),配電網(wǎng)絡(luò)電氣量的采集和信號(hào)獲取不僅僅局限于饋 線首端 的 RTU,而是擴(kuò)展到了按線路分布的各個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的 FTU。本文依據(jù)這些節(jié) 點(diǎn)的信息和配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),構(gòu)建了三維邏輯空間分析模型,提出了小電流接地系統(tǒng) 單相接地故障定位的新方法,提高了故障定位的準(zhǔn)確性。主要工作內(nèi)容包括: ( 1) 在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中, FTU/RTU 有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和處理能力, 能快速采集各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓、電流等電氣量,并根據(jù)需要完成零序電壓、 零序電流、零序有功分量、零序無(wú)功分量,諧波分量、暫態(tài)分量以及相關(guān) 增量等的計(jì)算,完成小波分析及其特征信號(hào)的提取等等。因此,通過(guò) FTU/RTU 可方便地獲得反映饋電線路在該節(jié)點(diǎn)處的相關(guān)信息,這些信息 數(shù)據(jù)通過(guò)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信通道向后臺(tái)系統(tǒng)報(bào)送。換言蔽之: FTU/RTU 能實(shí)時(shí)完成配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)線路的“偵察”功能。本文結(jié)合 配電自動(dòng)化系統(tǒng) FTU/RTU 的測(cè)量功能特點(diǎn),深入分析了小電流接地系統(tǒng) 發(fā)生單相接地故障時(shí)不同位置 FTU/RTU 測(cè)量值的特征,研究了基于單相 接地故障穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特征的多種選線原理的應(yīng)用,分析研究并按需提取相 關(guān)特征量做判據(jù),如:零序電流有功分量、零序電流無(wú)功分量、零序?qū)Ъ{、 負(fù)序電流、暫態(tài) SFB分量和小波模極值, 并給出判定方法。 ( 2) 對(duì)中心主站的單相接地故障定位方法進(jìn)行了研究,根據(jù)需要構(gòu)建了三維邏 輯空間信息模型。結(jié)合邏輯空間信息模型,提出了一種分析故障定位的邏 輯算法。對(duì)算法的形成予以理論推導(dǎo)并給出了算法誤差容錯(cuò)函數(shù)并對(duì)算法 的特點(diǎn)進(jìn)行分析。 ( 3) 然后,根據(jù)實(shí)際可能發(fā)生的情況,從特征判據(jù)誤選、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效和隨機(jī) 干擾這三個(gè)具有代表性的側(cè)面結(jié)合具體算例予以驗(yàn)證了上述故障定位新 方法。?? ( 4) 最后,對(duì)本算法進(jìn)一步作深入分析和探討,并簡(jiǎn)述基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)單 相接地故障定位的發(fā)展趨勢(shì)。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位 論文 9 通。因此,在這些系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)通訊,可以方便地通過(guò)局域網(wǎng)(以太網(wǎng))方式實(shí)現(xiàn)。 主站與配電終端間通信 該層是配電自動(dòng)化通訊系統(tǒng)中關(guān)鍵的一個(gè)層。由于配電終端設(shè)備數(shù)量龐大,節(jié) 點(diǎn)眾多,分布范圍廣,地理位置分散,路由復(fù)雜。該層的通訊網(wǎng)絡(luò),基本是一個(gè)一 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。因此,結(jié)合具體的情況,一般采取以光纖通訊為主,輔助以一定 的有線通訊、載波的方案,達(dá)到既通訊可靠,又經(jīng)濟(jì)可行的目的。另外為提高通信 的可靠性,通常采用光纖通信中的雙纖自愈環(huán)組網(wǎng)方式。主站與終端通信的結(jié)構(gòu)如 下圖 所示: 配電終端設(shè)備數(shù)量龐大,終端通訊子網(wǎng)結(jié)構(gòu)又復(fù)雜,因此,配電中心主站系統(tǒng) 全數(shù)據(jù)的刷新速度,與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的相比,
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