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        一種基于S注入法的小電流接地故障定位裝置的策略設(shè)計

        2015-05-30 10:48:04高鳴謝青
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年15期

        高鳴 謝青

        摘 要:文章在對S注入法及其已有改進(jìn)方法的研究的基礎(chǔ)上,提出利用不同的注入方式來回避高過渡電阻帶來的判斷模糊,以及星形聯(lián)接變壓器內(nèi)阻對采用不同注入點所得數(shù)據(jù)的影響。結(jié)合現(xiàn)場工作經(jīng)驗與仿真驗證了該裝置的可行性。

        關(guān)鍵詞:S注入法;小電流接地故障;定位裝置

        引言

        在我國,3~66kv中壓配電網(wǎng)一般采用中性點不接地的運行方式。據(jù)統(tǒng)計,在這種接地系統(tǒng)中,單相接地故障占輸電線路總故障次數(shù)的90%以上,占配電線路故障次數(shù)的80%以上,而且絕大多數(shù)相間故障都是由單相接地故障發(fā)展而來的。

        S注入法是基于外加信號的主動選線方法,僅利用注入信號的信息,與零序電流等故障信息無關(guān),實際上克服了線路參數(shù)不對稱和三相CT不平衡帶來的影響。但是,S 注入法在較高過渡電阻接地的情況,線路分布電容對注入信號的分流作用較大,干擾選線。文獻(xiàn)提出了:降低注入信號頻率、利用注入信號相位信息、注入雙頻信號、突變量比幅法等改進(jìn)方法,在一定程度上提高了 S 注入法對過渡電阻的適應(yīng)能力。

        1 S注入法選線原理

        (1)S注入法的基本思路是,通過外加不同頻率信號裝置向線路持續(xù)注入電流或電壓信號,根據(jù)故障點前后檢測原發(fā)出信號數(shù)據(jù)的差別對故障區(qū)間進(jìn)行定位。在進(jìn)行S注入法判斷前,原則上應(yīng)將故障線路開路以保護(hù)人員及設(shè)備安全。

        2 新舊判斷策略對比

        由于我國農(nóng)村電網(wǎng)線路情況復(fù)雜,且大部分地區(qū)不具備直接在線路上配備信號發(fā)射與接收系統(tǒng),所以絕大多數(shù)線路還是采用的人工巡線方式來完成接地故障的判斷與故障。人工巡線時,所巡查區(qū)段線路基本處于斷開狀態(tài)。在巡線過程中,線路情況較復(fù)雜,ABC三相存在相互交換的復(fù)雜情況,無法通過三相線路對地電壓來完成對故障相別的選取。故在判斷策略中必須加入對故障相別的判斷過程。

        2.1 舊判斷策略

        第一步:線路中段注入信號;第二步:選擇相別三相分別注入電流,并分別測量注入點小號側(cè)與大號側(cè)電流;第三步:接地類型判斷,注入電流為300mA;(1)非注入相電流均小于30mA,三相分別注入時注入點兩側(cè)電流差不大于50mA,判斷為無接地;(2)某相注入時,其它兩相監(jiān)測電流小于30mA,但在其它兩相注入時,該相監(jiān)測電流大于30mA,則判斷該相為接地相;(3)接地相電流大的一側(cè)為接地側(cè),且注入點一側(cè)的電流是另一側(cè)電流的五倍以上,判斷為低阻接地;(4)注入點一側(cè)電流是另一側(cè)電流的2-5倍,判斷為中阻接地;(5)非以上情況,判斷為高阻接地。

        2.2 舊策略的局限性

        線路電容分流如公式(1)所示。異頻電流注入裝置注入電流Isig,過渡電阻Rg,接地點流經(jīng)的異頻電流Ig,線路電容分流Ic=Rg/(R?撞-j/?棕C?撞+Rg)·Isig。對線路長、支路多的10kv線路而言,當(dāng)某處發(fā)生高阻接地短路時,隨著過渡電阻Rg的增大,線路長度增加,線路對地電容C?撞增加,IC分流將越大,在實際情況中可能會出現(xiàn)注入點兩側(cè)檢測電流大小非常接近的情況,此時將不利于判斷正確的故障區(qū)段。

        由于10kv變壓器多數(shù)采用Y/D聯(lián)接,在所注入異頻電流頻率較低時,變壓器Y邊相間繞組同樣會對故障判斷造成影響。以S7-100/10為例,其繞組阻抗在電流頻率較低時呈阻性,其大小為:RT=P÷(SN/3×VN)2,經(jīng)計算,S7-100/10變壓器其一次側(cè)與歸算過的二次側(cè)繞組大小為173.25?贅,可見RT<

        2.3 新策略的設(shè)計

        注入方式將原三相分別注入電流改為三相并聯(lián)注入電流。此時,相當(dāng)于往線路中注入零序電流。此設(shè)計主要有以下優(yōu)點:

        (1)變壓器在零序等效電路中為開路,當(dāng)電路中存在零序電流時,存在變壓器的支路無法形成回路,因此可以有效回避故障點發(fā)生在變壓器出口處時無法判斷故障相別的問題。

        (2)由于配網(wǎng)線路中,線路的正序?qū)Φ仉娙荽笥诰€路的零序?qū)Φ仉娙?,因此給線路并聯(lián)注入電流時,其對地電容分流現(xiàn)象對監(jiān)測結(jié)果的影響將減小。

        此外,新策略需尤其注意保護(hù)相關(guān)問題,與電網(wǎng)運行人員保持及時合理的溝通。由于三相并聯(lián)注入相當(dāng)于對線路三相短路,因此在設(shè)備設(shè)計中必須加入完善的保護(hù)措施,不允許線路突然供電,以防人員發(fā)生危險。

        3 仿真驗證

        以MATLBA/SIMULINK為仿真平臺,利用PSB工具箱構(gòu)建10KV電壓等級配電網(wǎng)模型,如圖1所示。其中Measurements為電氣信號監(jiān)測模塊,在仿真中可根據(jù)情況酌情增減。

        3.1 利用舊策略仿真

        信號源為可調(diào)電壓源,使電路檢測電流保持為400mA左右。接地故障設(shè)為C相單相接地短路,短路點為變壓器出口處,接地電阻15000?贅。檢測模塊位置如圖1所示。

        C相注入時仿真結(jié)果:如圖5所示,C相檢測電流IC=0.45A,A、B相電流大小相等為0.1A左右。

        B相注入時仿真結(jié)果:如圖2所示,B相檢測電流IB=0.42A,A、B相電流大小基本相等約為0.11A。

        有仿真結(jié)果可知,在此種特殊短路情況下,無法對故障相別進(jìn)行清晰判斷,因此舊故障判斷策略在此時無效。

        3.2 利用新策略仿真

        三相同時注入電流,接地故障設(shè)為C相單相接地短路,短路點為變壓器出口處。結(jié)果如圖3所示,可清晰見其C相檢測電流大小為0.48A,A、B相檢測電流為0.1A左右,因此得以驗證,此時新策略可以有效判斷其故障相別。此波形整體向上偏移0.1A左右,是由于變壓器磁阻非線性所造成的。

        3.3 新舊策略高阻接地時檢測電流結(jié)果對比

        舊策略結(jié)果:每相注入一次,每次注入檢測四次結(jié)果。

        A:70、80、180、210;B:20、190、200、10;C:180;210;10;10。

        新策略結(jié)果:三相同時注入電流,注入一次檢測6次結(jié)果。

        A:175、180;B:190、250;C:180、185。

        由此結(jié)果可得到結(jié)論,新策略在檢測高阻接地故障時不僅較老策略簡單,并且有更高的準(zhǔn)確性。

        4 結(jié)束語

        文章基于S注入法設(shè)計了一種新式的注入方式,不同于舊策略的單相分別注入,采用三相并聯(lián)注入的方式來選擇故障相別與故障區(qū)段。合理的解決了舊策略中高阻接地、特殊接地?zé)o法準(zhǔn)確判斷的問題。最后通過MATLAB/SIMULINK搭建仿真平臺完成仿真,驗證了該策略的可行性。

        參考文獻(xiàn)

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