王松楠，孟憲彬，王懷科，李 勐，余 銀

(1.珠海供電公司，廣東 珠海市5190003;2.東北電力設(shè)計院送電電氣，長春130000;3.黑龍江省甘南縣電業(yè)局調(diào)度中心，黑龍江甘南162100;4.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春130021;5.超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州545006)

發(fā)電廠、變電站的直流系統(tǒng)是一個十分龐大復(fù)雜的多分支供電網(wǎng)絡(luò)，其接地故障率一直排在電氣故障率的首位，接地故障種類繁多，情況復(fù)雜，對電力系統(tǒng)安全運行有著十分嚴重的潛在危險。直流系統(tǒng)主要為發(fā)電廠、變電站的繼電保護、自動裝置、信號回路等二次設(shè)備提供可靠的不間斷電源，還為發(fā)電廠有些運行設(shè)備提供電力供應(yīng)，它的穩(wěn)定直接影響著電力系統(tǒng)中一次、二次設(shè)備的正常運行［1－3］。支路接地是直流系統(tǒng)最常見的故障，若直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地故障后未被即時處理，多種條件將引起裝置的可能誤動、拒動，以至損壞設(shè)備，造成大面積停電、系統(tǒng)瓦解等嚴重后果。

目前常用的檢測方法是低頻信號注入法［4－5］(通常為10～30 Hz)，由于直流系統(tǒng)中高次諧波和工頻分量等干擾信號的存在，當(dāng)對地電容大于2uf時，將會導(dǎo)致低頻信號被淹沒，不易準(zhǔn)確測量接地電阻和對地電容值，而變電站的直流系統(tǒng)對地電容往往大于2 uf，這使得低頻信號注入法難以準(zhǔn)確檢測。而漏電流測量法所使用傳感器使用的是絕對值測量，由于傳感器溫漂、零漂及剩磁的影響，漏電流測量方法實現(xiàn)起來還非常困難。國內(nèi)學(xué)者對直流系統(tǒng)接地故障檢測做了大量研究，將先進的信號處理方法運用于支路接地電阻的檢測［6－8］，尤其是以小波變換為基礎(chǔ)的時頻分析方法獲得廣泛的應(yīng)用，提高了檢測精度，但在對地電容較大的情況下，其檢測精度還有待提高。文獻［6］在小波分析的基礎(chǔ)上，以小波熵作為特征參數(shù)，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能化的直流系統(tǒng)接地故障識別。文獻［7］以ARM微處理器進行嵌入式開發(fā)設(shè)計，提出了基于小波變換的接地故障檢測裝置實現(xiàn)方案。文獻［8］以小波變換和分形理論為基礎(chǔ)，利用凹凸度參數(shù)和分形維數(shù)確定環(huán)網(wǎng)接地故障。基于小波變換的檢測方法能較好地抑制噪聲，但在信噪比低的情況下信號失真比較嚴重，且存在小波基函數(shù)不易選取、計算量大等不足［9－11］。二維線性跟蹤器是一種無限沖激響應(yīng)濾波器，它是根據(jù)最小方差原則與梯度下降方法，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換得到［13－15］，它具有幅頻特性和相頻特性，能夠提取特定頻率的輸入信號，并可以得到信號幅值和相位的估計。

本文將基于微商跟蹤法檢測方法應(yīng)用于直流系統(tǒng)接地故障檢測，將采集到的擾動電壓及電流信號進行跟蹤檢測，分別得到電壓微分信號和電流微分信號，從而計算出絕緣電阻值，使用最小二乘法線性擬合［12］，計算出直流系統(tǒng)接地電阻值，從而避開對地電容的影響。仿真結(jié)果表明該方法具有實現(xiàn)簡單、檢測精度高、計算量小、抗干擾能力強的優(yōu)點，能全面反映支路的運行狀態(tài)。

變電站的直流系統(tǒng)對地電容往往大于2 uf，它是各個支路分布電容的并聯(lián)值，而每個支路的分布電容較小。在此條件下，提出了利用暫態(tài)電流信號分量的直流接地故障檢測方法，當(dāng)在正負母線上投入檢測電阻時，對于絕緣下降的故障支路，傳感器將隨著絕緣下降的程度而產(chǎn)生大小不同的暫態(tài)電流過程。

1 微商跟蹤法的物理特征及表達式

實驗是在油水兩相流實驗臺完成的，實驗系統(tǒng)如圖1所示。油、水分別經(jīng)過油泵和水泵抽出，經(jīng)電磁流量計計量后進入油水兩相混合器，從油水兩相混合器出來的油水混合物，流經(jīng)實驗段進行各項數(shù)據(jù)測量后，進入油水分離器，將油水進行分離并循環(huán)使用。

現(xiàn)在電網(wǎng)智能化、自動化的執(zhí)行過程中對信號的要求不能以統(tǒng)計的概率分析過程的數(shù)據(jù)，這樣的信息只能作為人工判斷的參考。智能化、自動化的執(zhí)行信號應(yīng)該確保為真值。

電工理論中:電壓U－正負母線到地電壓，電流I－傳感器電流，電阻R－支路絕緣電阻。

該表達式的測量關(guān)系是基于絕對值的方式。

微商跟蹤法是在母線加上一個擾動信號其表現(xiàn)為:電壓－正負母線到地電壓改變量，電流?I－傳感器電流改變量，電阻R－支路絕緣電阻。

該表達式給出測量關(guān)系是基于相對值的方式，它不存在調(diào)零電路和放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電路。它是以擾動信號的基準(zhǔn)點為參考點，解決了絕對值測量的溫漂、零漂及直流測量剩磁的影響，從而得到相同的絕緣電阻。

以上是微商跟蹤法的基本理論思想，數(shù)字仿真及實測均證實了該算法的可行性。公式簡單、實用，只用到簡單的濾波，沒有繁瑣的解題及小波分析過程，而得到的結(jié)果快速、準(zhǔn)確。

2 接地電阻和對地電容參數(shù)的關(guān)系

由于目前的直流系統(tǒng)存在較大的對地電容，從而影響了接地電阻的檢測精度，且容易導(dǎo)致誤判。直流系統(tǒng)的對地電容，是由多支路電容并聯(lián)，裝置濾波電容等構(gòu)成，進而造成直流系統(tǒng)對地電容大的現(xiàn)象。由于對地電容會對擾動信號的電壓幅值的上升率有一定影響，這是可以通過延時或根據(jù)測量電壓上升率來確定的。

由電路定律式(3)，用最小二乘法擬合，可確定支路接地電阻值R和支路對地電容C，接地支路絕緣電阻與支路電容的關(guān)系。Ii第i條支路漏電流，Ci第i條支路電容。

經(jīng)過數(shù)字仿真及實測得到的結(jié)論為:每條支路的電容較小，對于傳感器的電流信號的暫態(tài)過程遠小于母線的暫態(tài)過程，所以傳感器支路電容對電流的測量參數(shù)沒有什么影響。

3 實現(xiàn)直流系統(tǒng)接地故障監(jiān)測的原理

直流系統(tǒng)絕緣檢測過程，首先監(jiān)測母線絕緣電阻，根據(jù)直流系統(tǒng)的絕緣情況選擇支路檢測，目前的檢測技術(shù)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是直流系統(tǒng)絕緣小于25 kΩ進入檢測，而設(shè)計技術(shù)規(guī)程的要求正負母線對地絕緣應(yīng)不小于100 kΩ，要維持設(shè)計規(guī)程要求的絕緣指標(biāo)需要正負母線對地絕緣小于100 kΩ報警，在我們的設(shè)計中不是正負母線對地絕緣小于100 kΩ報警，而是支路絕緣小于100 kΩ報警，它是以分辨出支路的絕緣水平為檢測目標(biāo)。直流系統(tǒng)測量高阻值的絕緣參數(shù)是較容易的，測量高阻值支路絕緣非常困難，涉及傳感器受到10千伏的空間強電磁場干擾，傳感器分辨率、溫漂、零漂、剩磁的因素影響，支路的漏電流信號微弱到微安級。使用不平衡電橋檢測法，組合開關(guān)2、開關(guān)3、開關(guān)4，結(jié)合研制的高精度可拆裝的直流弱電流傳感器作為絕緣檢測時(分辨率可達0.01 mA，并在檢測前能自動校零)，能準(zhǔn)確地測量較高的絕緣值R+、R－。該直流電流傳感器對交流信號非常不敏感。因此我們采用不平衡電阻探測法，來精確檢測直流母線的絕緣狀況。

4 結(jié) 論

現(xiàn)在電網(wǎng)智能化、自動化的執(zhí)行過程中對信號的要求不能以統(tǒng)計的概率分析的數(shù)據(jù)為依據(jù)。智能化、自動化的執(zhí)行信號應(yīng)該確保為真值，要么是1否則為0。在一個控制系統(tǒng)中自動化執(zhí)行的信息可能不只是一個數(shù)據(jù)，因此涉及到的信息都要確保為真值。

本文提出的基于微商跟蹤法的直流系統(tǒng)接地故障檢測方法，能直接準(zhǔn)確測量出故障信號，從而完成接地電阻和對地電容的聯(lián)合測量，全面反映出支路的運行狀態(tài)，為直流系統(tǒng)接地故障檢測提供了新思路。該方法與基于小波變換的檢測方法相比，在頻率成分復(fù)雜、強噪聲環(huán)境下，無需對信號預(yù)處理，檢測步驟簡便，抗干擾能力強，檢測精度高。Matlab仿真結(jié)果表明該方法計算量小、響應(yīng)速度快，有較好的實用價值。

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