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經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)單相接地故障選線(xiàn)的研究畢業(yè)論文-在線(xiàn)瀏覽

2024-08-07 22:03本頁(yè)面
  

【正文】 不工作狀態(tài)的接地相TV注人信號(hào),不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生不良影響(檢測(cè)不受任何固有信號(hào)影響)。對(duì)只裝設(shè)兩相,CT的架空出線(xiàn)難于得到零序電流,須用新方法:首先定出故障的相別,然后向接地相注入信號(hào)電流,其頻率f0可取在各次諧波之間,使其不反應(yīng)工頻分量及高次諧波。用信號(hào)電流探測(cè)器在開(kāi)關(guān)柜后對(duì)每一條出線(xiàn)進(jìn)行探測(cè),探測(cè)到注入信號(hào)的線(xiàn)路即故障線(xiàn)路。但經(jīng)高阻接地時(shí),發(fā)信機(jī)工作可能不滿(mǎn)足要求而產(chǎn)生誤判。其原理是根據(jù)故障后位移電壓大小不同,而選擇向消弧線(xiàn)圈電壓互感器副邊注入諧振頻率恒流信號(hào)或向故障相電壓互感器副邊注入頻率為70 Hz恒流信號(hào),然后監(jiān)視各出線(xiàn)注入信號(hào)產(chǎn)生的零序電流功角、阻尼率的變化,比較各出線(xiàn)阻尼率大小,再計(jì)及受潮及絕緣老化等因素可得出選線(xiàn)判據(jù)。2.2 故障穩(wěn)態(tài)信號(hào)選線(xiàn)法 零序電流基波電流比幅法流過(guò)故障線(xiàn)路的零序電流數(shù)值上等于所有非故障線(xiàn)路對(duì)地電容電流之和(故障線(xiàn)路零序電流最大)。分別比較每條線(xiàn)路零序電流和其他線(xiàn)路零序電流之和,相等的那條線(xiàn)路就是故障線(xiàn)路,若均不相等,則為母線(xiàn)故障;預(yù)先計(jì)算出每條饋線(xiàn)對(duì)地電容大小,單相接地時(shí)比較測(cè)得的零序電流是否與本線(xiàn)路電容電流大小相等,若相等為故障線(xiàn)路,若所有線(xiàn)路均相等,則為母線(xiàn)故障。當(dāng)某一線(xiàn)路遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于其他線(xiàn)路(分布電容與系統(tǒng)總分布電容相差不大)或經(jīng)高阻接地時(shí),可能發(fā)生誤判,而且無(wú)法檢測(cè)母線(xiàn)故障。針對(duì)經(jīng)過(guò)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償后接地殘流過(guò)小、難以準(zhǔn)確選線(xiàn)的問(wèn)題提出了零序電流比值選線(xiàn)方法。該方法不需延緩切除阻尼電阻,響應(yīng)速度快、算法簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易。但該方法在線(xiàn)路較短、零序電流值較小時(shí)受“時(shí)鐘效應(yīng)”影響相位判斷困難,易受過(guò)渡電阻和不平衡電流影響,不適用于經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)。該方法在一定程度上解決了前兩種方法存在的問(wèn)題,但同樣不能排除電流互感器不平衡電流、過(guò)渡電阻的影響及相位判斷的死區(qū) 對(duì)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的小電流接地系統(tǒng)失效。故障線(xiàn)路經(jīng)接地點(diǎn)與消弧線(xiàn)圈構(gòu)成低阻抗回路,零序電流為所有非故障線(xiàn)路電容電流及LR串聯(lián)支路電流向量之和,故障線(xiàn)路有功電流明顯大于非故障線(xiàn)路,通過(guò)檢測(cè)各線(xiàn)路零序電流有功分量大小就可確定故障線(xiàn)路。 零序電流無(wú)功功率方向法該方法適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),判別依據(jù)是故障線(xiàn)路零序電流無(wú)功分量落后于零序電壓90。無(wú)功功率0(取無(wú)功功率由母線(xiàn)流向線(xiàn)路為正方向)的線(xiàn)路為故障母線(xiàn)。該方法根據(jù)各條出線(xiàn)電氣量來(lái)區(qū)分故障線(xiàn)路和健全線(xiàn)路,具有自舉特點(diǎn)。 基于零序電流和零序電壓相關(guān)分析法該方法通過(guò)對(duì)一定頻率下正常線(xiàn)路和故障線(xiàn)路零序等效模型分析,得出時(shí)域中各線(xiàn)路零序電流和電壓導(dǎo)數(shù)關(guān)系,應(yīng)用相關(guān)分析原理選線(xiàn)(利用故障后各線(xiàn)路零序電流和電壓導(dǎo)數(shù)波形相似關(guān)系)。 零序?qū)Ъ{法該方法以分析中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地電網(wǎng)故障前后各線(xiàn)路測(cè)量參數(shù)為基礎(chǔ),推導(dǎo)出故障時(shí)測(cè)得故障線(xiàn)路零序?qū)Ъ{與實(shí)際零序?qū)Ъ{不同、非故障線(xiàn)路與實(shí)際導(dǎo)納相同的結(jié)論,對(duì)小電流故障進(jìn)行接地選線(xiàn)。該方法關(guān)鍵是準(zhǔn)確測(cè)量線(xiàn)路實(shí)際零序?qū)Ъ{。但實(shí)際上負(fù)荷變壓器等元件也存在對(duì)地電容,具體導(dǎo)納未知而且是變數(shù),因此,實(shí)際線(xiàn)路零序?qū)Ъ{數(shù)值整定困難,對(duì)該方法的選線(xiàn)靈敏度影響很大[2]。與基波情況相比較,消弧線(xiàn)圈在5次諧波下感抗為基波下的5倍,通過(guò)消弧線(xiàn)圈的電感電流減小到15,而線(xiàn)路容抗在5次諧波下減小到15時(shí)5次諧波容性電流就增大到5倍,可近似認(rèn)為消弧線(xiàn)圈對(duì)5次諧波電流是開(kāi)路的。在發(fā)生單相接地時(shí)5次諧波電流在各線(xiàn)路上的分布與基波零序電流相同。根據(jù)5次諧波電流大小、方向或功率方向找出故障線(xiàn)路[10]。有些用戶(hù)存在諧波,使故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路都向系統(tǒng)送出諧波電流,故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路的5次諧波方向可能相同,故障線(xiàn)路中5次諧波電流不一定總是最大,相位關(guān)系也不一定成立,無(wú)法區(qū)分故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路。由于有的系統(tǒng)中5次諧波含量很小,加之TA、TV等對(duì)5次諧波造成的附加相移,給選線(xiàn)帶來(lái)很大困難。由于線(xiàn)路TA三相特性會(huì)有差異,由此產(chǎn)生的不平衡電流可能將系統(tǒng)實(shí)際負(fù)序電流“淹沒(méi)”,大大降低選線(xiàn)靈敏度。 人工智能選線(xiàn)技術(shù)將故障后各線(xiàn)路零序電流看作某類(lèi)故障的一個(gè)模式,通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與學(xué)習(xí)來(lái)判斷故障模式,從而實(shí)現(xiàn)選線(xiàn)。2.3 故障暫態(tài)信號(hào)選線(xiàn)法 首半波法該方法基于單相接地故障發(fā)生在故障相電壓接近最大值附近這一假設(shè)條件。該方法在非諧振系統(tǒng)中適用。這個(gè)暫態(tài)過(guò)程相當(dāng)于消弧線(xiàn)圈不起作用,短路接地電流方向與非故障線(xiàn)路電容電流方向相反。當(dāng)發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí),可能不反映后接地故障。 小波分析法小波分析是一種現(xiàn)代信號(hào)處理理論與方法,能有效分析變化規(guī)律不確定和不穩(wěn)定的隨機(jī)信號(hào),從信號(hào)中提取局部化的有效成分。單相接地時(shí),故障電壓和電流的暫態(tài)過(guò)程持續(xù)時(shí)間短并含有豐富的特征量,而穩(wěn)態(tài)時(shí)數(shù)值較小,因此在接地故障檢測(cè)中選用一種適合分析其暫態(tài)分量的新理論,將有利于故障選線(xiàn)。根據(jù)小波變換的模極大值理論可知,出現(xiàn)故障和噪聲會(huì)導(dǎo)致信號(hào)奇異,而小波變換的模極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)著采樣數(shù)據(jù)的奇異點(diǎn),由于噪聲的模極大值隨著尺度的增加而衰減,所以經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)某叨确纸夂?,即可忽略噪聲影響得到較理想的暫態(tài)短路信號(hào)[12]。但電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行是復(fù)雜多變的,可能出現(xiàn)暫態(tài)分量小于穩(wěn)態(tài)分量的情況,這時(shí)就應(yīng)對(duì)母線(xiàn)零序電壓和各出線(xiàn)零序電流進(jìn)行基波的小波系數(shù)提取,然后類(lèi)似地構(gòu)造選線(xiàn)判據(jù)。電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行很復(fù)雜,可能出現(xiàn)暫態(tài)分量小于穩(wěn)態(tài)分量的情況。小波變換尺度的選取及特征量在尺度上的定位缺乏理論根據(jù)。 基于暫態(tài)特征頻段的選線(xiàn)方法利用暫態(tài)信號(hào)選線(xiàn)方法近幾年有了很大發(fā)展,提出了很多方法。這些方法在待定系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)故障時(shí)能正確選取故障線(xiàn)路,但在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)發(fā)生弱故障時(shí),首容性頻帶不包含電流值較大的低頻分量,存在較大測(cè)量誤差。 基于最大原理的選線(xiàn)方法為消除CT不平衡電流的影響,提出最大原理:考慮到NUGS正常運(yùn)行時(shí),負(fù)荷在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有較大突變,可通過(guò)一中間參考正弦信號(hào),使各線(xiàn)路故障前的零序電流對(duì)故障母線(xiàn)在故障后的U0亦能找出相位關(guān)系,由此再把所有線(xiàn)路故障前、后的零序電流都投影到I0j(故障線(xiàn)路的零序電流)的理論方向上()。若I0,k0,則線(xiàn)路k為故障線(xiàn)路,否則為母線(xiàn)故障。文獻(xiàn)[14]提出最大原理的快速算法,達(dá)到了減小計(jì)算量,省去使用參考信號(hào)的目的。MATLAB軟件是由美國(guó)Math Works公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)。由于使用MATLAB編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致,所以不像學(xué)習(xí)其他高級(jí)語(yǔ)言,如Basic、Fortran和C等語(yǔ)言那樣難于掌握,用MATLAB編寫(xiě)程序猶如在演算紙上排列出工時(shí)與求解問(wèn)題。 MATLABSIMULINK簡(jiǎn)介使用MATLABSIMULINK軟件進(jìn)行電力系統(tǒng)數(shù)字仿真,具有三個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)。2) 強(qiáng)大的MATLAB平臺(tái)。隨著信號(hào)處理技術(shù)的成熟,各種信號(hào)處理方法在電力方面的應(yīng)用尤為的重要。3)友好的界面。從電力系統(tǒng)仿真、到數(shù)值計(jì)算、圖像處理、再到信號(hào)分析。SimPowerSystem是在Simulink環(huán)境下進(jìn)行電力電子系統(tǒng)建模和仿真的先進(jìn)工具。 PSB簡(jiǎn)介PSB(PowerSystemBlockset)是MATLAB提供的上具箱之一,只需要在MATLAB的命令窗口輸入“powerlib”命令,就可以調(diào)出powerlib的模型庫(kù)。Powerlib的模型庫(kù)既包括了目前已知的所有電力系統(tǒng)設(shè)備,也包括了simulink的所有模塊。PSB主要有以下的特征:1) 提供了MATLABSimulink環(huán)境下電力系統(tǒng)的拓?fù)浣:头抡?。增加了三相相序分析、諧波分析等模塊,同時(shí)還增加了機(jī)械裝置,如汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)器、直流電機(jī)、同步電機(jī)、異步電機(jī)等模型;3)通過(guò)使用變步長(zhǎng)積分和Simulink中的過(guò)零檢測(cè)模塊,提供了更快的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊透呔鹊碾娏ο到y(tǒng)仿真。3.2 MATLAB在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用在前面已經(jīng)介紹過(guò),在Simulink中專(zhuān)門(mén)設(shè)置了電力系統(tǒng)“SimPowerSystems”的模塊庫(kù),包括10類(lèi)模塊庫(kù)。機(jī)器或元件的相關(guān)參數(shù)可以自己進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試。并且得到相應(yīng)情況或故障時(shí)相關(guān)分量,如電壓、電流的幅值、相位等所關(guān)心的問(wèn)題。這樣既可加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的深化和理解,同時(shí)也可以對(duì)相應(yīng)工程的設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)置等相關(guān)量的范圍有大致較為準(zhǔn)確的了解。小電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí),非故障線(xiàn)路的保護(hù)流過(guò)的零序電流為該線(xiàn)路本身非故障相的對(duì)地電容電流之和,其方向從母線(xiàn)指向線(xiàn)路。零序電流保護(hù)便是利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的。零序電流保護(hù)一般用在有條件安裝零序電流互感器的線(xiàn)路上,適用于支線(xiàn)比較多的系統(tǒng)。在有些無(wú)人值班的變電站中,發(fā)生接地故障后直接跳閘。 2)非接地線(xiàn)路(設(shè)線(xiàn)路序號(hào)為K)的零序電流IOK為該線(xiàn)路對(duì)地等效電容電流,相位超前零序電壓 U0為90176。且等于所有非接地線(xiàn)路中電容電流與變壓器中性點(diǎn)電流之和。利用零序電流的相關(guān)性進(jìn)行中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)故障選線(xiàn)的一種新方法,以解決當(dāng)零序電流中含有較強(qiáng)直流分量時(shí)由于電流互感器飽和引起電流采集信號(hào)波形畸變帶來(lái)的選線(xiàn)失效問(wèn)題。利用現(xiàn)代信號(hào)處理方法計(jì)算出其相關(guān)系數(shù),分析各線(xiàn)路零序電流的相似性,確定故障線(xiàn)路。本方法有如下特點(diǎn):1)適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng);2)當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)在電壓相位角較小時(shí)發(fā)生故障,由于直流分量的影響,故障線(xiàn)路零序電流波形畸變,本方法充分利用該信息,解決了其他方法在此情況下誤選的問(wèn)題;3)利用零序電流波形的相似性而不利用幅值選線(xiàn),抗過(guò)渡電阻能力強(qiáng);4)自身有濾波作用,抗干擾能力強(qiáng)。只要通過(guò)比較零序基波電流幅值和自身電容電流大小就能確定出故障線(xiàn)路。利用零序有功功率方法判斷,該方法在使用在自動(dòng)跟蹤消弧電抗器的小電流接地系統(tǒng)中,利用消弧線(xiàn)圈串聯(lián)非線(xiàn)性電阻的特點(diǎn),在發(fā)生接地故障后、非線(xiàn)性電阻被短接前,非故障線(xiàn)路不與消弧線(xiàn)圈構(gòu)成低阻抗回路,零序電流為本身接地電容電流。該方法零序電流中有功分量較小,不利于選線(xiàn),仍存在TA不平衡電流的影響。與基波情況相比較,消弧線(xiàn)圈在5次諧波下感抗為基波下的5倍,通過(guò)消弧線(xiàn)圈的電感電流減小到15,而線(xiàn)路容抗在5次諧波下減小到15時(shí)5次諧波容性電流就增大到5倍,可近似認(rèn)為消弧線(xiàn)圈對(duì)5次諧波電流是開(kāi)路的。在發(fā)生單相接地時(shí)5次諧波電流在各線(xiàn)路上的分布與基波零序電流相同。根據(jù)5次諧波電流大小、方向或功率方向找出故障線(xiàn)路。因?yàn)樾‰娏鹘拥叵到y(tǒng)是供電系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié),根據(jù)電網(wǎng)分割理論和等效代換理論,可將小電流接地系統(tǒng)從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中單獨(dú)獨(dú)立出來(lái),將小電流接地系統(tǒng)的輸入端以一個(gè)帶內(nèi)阻抗的無(wú)窮大容量的三相電壓源等效,輸出端以一個(gè)并聯(lián)的RLC回路代替后面電路中出現(xiàn)的電阻、電感和電容,中間分別接入變壓器、架空線(xiàn)路等器件。為了更具代表性,本文仿真采用了不同的線(xiàn)路三相負(fù)荷,也可以通過(guò)調(diào)整線(xiàn)路模型參數(shù)來(lái)模擬不同的距離、阻抗等接地。采用的是3條出線(xiàn)電路的10KV系統(tǒng)。負(fù)載:電壓等級(jí)10KV,頻率50HZ,三相有功功率為1106W,三相感性無(wú)功功率為0.6106var;線(xiàn)路長(zhǎng)度分別為線(xiàn)路1為
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