摘 要:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電能已經(jīng)是人們生活中不可或缺的能源。但我國(guó)很多地區(qū)的氣候惡劣,潮濕、溫差巨大等因素很容易導(dǎo)致變電站直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障,并且如今的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并不完善,排查故障的過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力,這就促使了變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位必須應(yīng)用新技術(shù),提高定位效率。本文主要分析了常見的變電站直流系統(tǒng)接地故障以及原因,并且著重介紹了一種基于分布式漏電流檢測(cè)定位技術(shù)的直流接地定位系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:直流接地;故障定位裝置;變電站;定位新技術(shù)
中圖分類號(hào):TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004-7344(2018)12-0074-02
1 引 言
變電站直流系統(tǒng)的作用在于向信號(hào)回路、繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等提供直流電源。它的正常與否直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,可以說電網(wǎng)的正常運(yùn)行跟直流系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性緊密相關(guān)。整個(gè)變電站直流系統(tǒng)只有絕緣檢測(cè)裝置接地,其余各條線路上的任何一點(diǎn)都不與大地相連。當(dāng)一處接地故障在直流供電系統(tǒng)某點(diǎn)發(fā)生時(shí),故障線路與接地故障點(diǎn)必須盡快找到并且立即排除故障,如果不及時(shí)處理,再次故障就很容易發(fā)生主控制回路、繼電保護(hù)裝置等的誤動(dòng)或拒動(dòng),很可能造成嚴(yán)重的供電事故。所以變電站直流系統(tǒng)必須要應(yīng)用一種高效、準(zhǔn)確度高的直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù),為電網(wǎng)的正常運(yùn)行提供保障。
2 變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù)現(xiàn)狀
我國(guó)目前的變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù)主要分為兩種,一種是基于電橋平衡原理的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù),另一種是基于變頻探測(cè)原理的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)。兩種技術(shù)雖然都有一定的優(yōu)勢(shì)但也都存在一些問題?;陔姌蛟淼谋O(jiān)測(cè)方法雖然應(yīng)用較多但是卻不能區(qū)分多支路故障。而近幾年新引用的被大量使用的根據(jù)變頻探測(cè)原理設(shè)計(jì)的直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)的方法仍然存在不足之處:①在分布電容過大時(shí),可能存在無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障線路的問題。②直流系統(tǒng)的電源質(zhì)量會(huì)受到其發(fā)射的低頻交流信號(hào)的影響,產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。③這種技術(shù)無法檢測(cè)到具體的故障點(diǎn),只能針對(duì)某一直流回路檢測(cè)并判斷接地。
3 常見的直流系統(tǒng)接地故障
目前大部分的接地故障主要是因?yàn)槟承╇娎|或者金屬的絕緣層因?yàn)榧竟?jié)、天氣等環(huán)境因素的變化產(chǎn)生破損或者老化,而且某些設(shè)備在運(yùn)行中可能因?yàn)橐恍┵|(zhì)量問題使某些元件失去絕緣性,形成接地,造成故障。以下分析故障的具體成因:
(1)設(shè)備絕緣材料不合格,長(zhǎng)時(shí)間使用后絕緣表皮老化,引起支路系統(tǒng)接地。
(2)金屬部件因?yàn)槟承┰蛎撀涞綆щ娫O(shè)備上造成接地故障,或者郊外的變電站被動(dòng)物誤闖,接觸到帶電元件造成直流系統(tǒng)接地故障。根據(jù)以往發(fā)現(xiàn)的事例,變電站的使用時(shí)間過長(zhǎng)并且沒有及時(shí)進(jìn)行檢修,某些金屬部件脫落接觸到帶電元件上,直流系統(tǒng)回路短路,造成接地故障;并且在郊外的帶電工作的回路會(huì)偶爾被某些小動(dòng)物進(jìn)入,從而發(fā)生接地短路故障;而且二次線的絕緣表皮因?yàn)榘惭b某些部件時(shí)受到磨損,導(dǎo)致絕緣效果降低,造成直流接地。
(3)金屬設(shè)備或者元器件、電纜等組件絕緣性能因?yàn)樘鞖獬睗穸嘤昊蛘咭驗(yàn)檫\(yùn)行環(huán)境不佳,從而使絕緣性能大大削弱,使直流系統(tǒng)直接接地。而且季節(jié)性的連綿陰雨等特殊天氣條件也可能會(huì)使直流系統(tǒng)造成接地故障,但此類故障可能會(huì)在特殊天氣隨季節(jié)變換后消失。
(4)金屬設(shè)備或者電纜等組件因?yàn)椴划?dāng)甚至錯(cuò)誤地操作以及維護(hù)不合理等情況,形成潛在的接地故障。以往發(fā)現(xiàn)的事例有:直流系統(tǒng)中帶電設(shè)備由于設(shè)計(jì)、安裝的不當(dāng),造成同接地設(shè)備或者其他帶電設(shè)備的絕緣間距過小,當(dāng)出現(xiàn)較大電壓時(shí),間隙很可能被較大電壓擊穿,造成接地故障;設(shè)備被誤碰或者受到震動(dòng),二次接線的接頭因此產(chǎn)生松動(dòng)甚至脫落的情況,接觸到金屬后形成接地故障;二次接線的松動(dòng)事例中,連接的電纜的另一頭由于被誤認(rèn)為不帶電,或者認(rèn)為是備用芯,從而直接讓其接觸金屬,但由于設(shè)備正在運(yùn)行,所以產(chǎn)生了直流接地故障。
4 變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù)
本節(jié)分析了五種變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù),前四種定位技術(shù)目前已經(jīng)開始應(yīng)用,最后一種定位技術(shù)便是本文的重點(diǎn)推薦技術(shù)。
4.1 小波變換檢測(cè)定位技術(shù)
接地支路的判斷最有效的根據(jù)就是支路的接地電阻的數(shù)值,一般情況下,存在故障的支路接地電阻一般都低于20kΩ,所以在判斷接地支路時(shí)只要可以精確地計(jì)算電阻值,那么就可以準(zhǔn)確的找到發(fā)生故障的支路。但是由于以前計(jì)算支路電阻的方法不夠準(zhǔn)確主要因?yàn)閷?duì)地電容的影響較大,一般只能求測(cè)出大致范圍,因此檢測(cè)的結(jié)果很可能存在較大誤差。為了準(zhǔn)確的計(jì)算出支路接地電阻值,所以采用了小波變換監(jiān)測(cè)定位技術(shù),小波分析可以準(zhǔn)確地分析處理特定頻率信號(hào)的幅值和相位信息,因此很適合提取信號(hào)特征。對(duì)于支路接地電阻的計(jì)算問題,低頻相電量通過小波變換監(jiān)測(cè)定位技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的提取,處理得到的數(shù)據(jù)之后,各支路接地電阻值就可以被計(jì)算出來,從而判斷出故障支路,對(duì)地電容對(duì)直流系統(tǒng)中檢測(cè)結(jié)果的影響從而被避免。
4.2 數(shù)字濾波器的檢測(cè)定位技術(shù)
數(shù)字濾波器的檢測(cè)定位技術(shù)可以通過提高信噪比,將10Hz以上的頻率干擾通過硬件濾掉,用數(shù)字濾波器去除低頻干擾,對(duì)支路電流的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取,然后通過處理,精確地找到接地支路。這樣不僅可以克服低頻干擾,而且可以解決掉低頻信號(hào)注入法帶來的電壓干擾以及其他許多干擾的問題。這種方法主要是將同步信號(hào)通過信號(hào)發(fā)生器發(fā)往支路電流檢測(cè)器,通過接收到的系統(tǒng)參數(shù)和信號(hào)參數(shù)和電流傳感器傳來的采樣電流數(shù)據(jù),支路電流檢測(cè)器再進(jìn)行數(shù)字濾波、計(jì)算。信號(hào)電流在通過設(shè)備消除頻率較高的干擾后在進(jìn)行數(shù)字濾波解決頻率較低的干擾,可以很好地排除大部分的干擾,處理后的電流信號(hào)只剩下原始的相位和分量,因此就可以根據(jù)得到的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算接地電阻,從而準(zhǔn)確判斷故障支路。
4.3 Duffing振子檢測(cè)定位技術(shù)
Duffing振子檢測(cè)定位技術(shù)是一種通過Duffing振子系統(tǒng)發(fā)生相變的條件,來準(zhǔn)確提取強(qiáng)噪音背景下支路電流、電壓的相應(yīng)數(shù)據(jù),以此來完成對(duì)接地支路的定位。Duffing振子檢測(cè)定位技術(shù)可以解決現(xiàn)有技術(shù)方法帶來的問題,將分布電容的影響通過Duffing振子和變頻檢測(cè)相結(jié)合的方法很好地進(jìn)行了解決。尤其是許多檢測(cè)環(huán)境比較差的前提下,許多檢測(cè)方法的精確度很受到一定的影響,但Duffing振子檢測(cè)定位技術(shù)的準(zhǔn)確度在極差的條件下也可以保證。但這種方法不足之處是檢測(cè)需要時(shí)間較長(zhǎng),但總體來說可以滿足現(xiàn)在大部分檢測(cè)的要求,應(yīng)用前景也較為廣泛。
4.4 分形原理檢測(cè)定位技術(shù)
在一般情況下,直流系統(tǒng)的供電方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,基本的方式都是分段環(huán)形供電,檢測(cè)的難度相對(duì)來說比較大,支路電流以及接地支路電流的不同比較小,所以一般的檢測(cè)裝置不能分辨,所以不能準(zhǔn)確地判斷出接地支路。而分形原理檢測(cè)定位技術(shù)基于分形理論的環(huán)網(wǎng)故障識(shí)別方法,可以準(zhǔn)確地說明兩種信號(hào)的不同之處,在環(huán)網(wǎng)支路完成該故障定位。
4.5 分布式漏電流檢測(cè)定位技術(shù)
4.5.1 定位基本原理
變電站的直流系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下,與地電位沒有任何聯(lián)系。對(duì)于變電站有絕緣監(jiān)察裝置情況下,高阻值電阻將直流母線與地電位直接相連。直流母線的對(duì)地電壓可以在系統(tǒng)中沒有其他接地點(diǎn)的情況下保持恒定,接地電流也不會(huì)出現(xiàn),但如果絕緣損壞支路出現(xiàn)接地點(diǎn)那么就會(huì)形成回路,改變對(duì)地電壓,那么就會(huì)產(chǎn)生電流。將接地裝置安裝在每一個(gè)直流電源進(jìn)線上時(shí),沒有直流接地點(diǎn)的情況下,正、負(fù)電流饋線上的電流是大小相等、方向相反的狀態(tài),定位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)不到電流的存在。而一點(diǎn)出現(xiàn)了接地點(diǎn),正負(fù)電流饋線上的電流就不能相互抵消,出現(xiàn)了差值,這差值就是通過接地電阻入地的漏電流,系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)到漏電流,并將信息傳送到監(jiān)控中心裝置。對(duì)漏電流進(jìn)行分析后,監(jiān)控裝置就可以確定到漏電流出現(xiàn)的定位裝置以及安裝位置,從而確定接地點(diǎn)的具體位置。
4.5.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)
(1)安裝的定位裝置對(duì)于變電站的影響很小,對(duì)于支路系統(tǒng)的改動(dòng)小,并且裝置體積小,便于安裝,工作量小。
(2)接地點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)可以快速進(jìn)行反應(yīng),準(zhǔn)確判斷,可以及時(shí)對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行處理,避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響。
(3)環(huán)網(wǎng)多段運(yùn)行的影響小,可以適應(yīng)支路出現(xiàn)多接地點(diǎn)的情況。
(4)維護(hù)人員通過設(shè)置放置于變電站內(nèi)的圖形管理界面,便于維護(hù)管理和故障處理工作。
分布式漏電流檢測(cè)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào),并且在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地找到接地位置,大大減少了以往排查所耗費(fèi)的時(shí)間,完成了對(duì)絕緣故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控,可以說是極大地提高了發(fā)現(xiàn)故障、處理故障的工作效率。
5 結(jié) 語
變電站直流系統(tǒng)中應(yīng)用一種實(shí)用、好用的接地點(diǎn)定位技術(shù),對(duì)于直流系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定同電網(wǎng)的正常運(yùn)作有著重要的意義。本文闡述的分布式漏電流檢測(cè)定位技術(shù)極大的提高了故障檢測(cè)處理的效率,減少了工作人員的工作量,其應(yīng)用價(jià)值與意義對(duì)于變電站直流系統(tǒng)來講可以說是非常巨大的。
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收稿日期:2018-3-25