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        基于綜合判別方法的單相接地/PT斷線故障自動判別及報警裝置研發(fā)

        2018-02-26 07:35:00孟憲影狄藤藤
        裝備制造技術(shù) 2018年12期
        關(guān)鍵詞:故障方法

        孟憲影,狄藤藤,杜 飛

        (國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心,四川成都610071)

        0 引言

        在大型廠礦自備電廠的中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)中,單相接地故障[1]和PT(電壓互感器)斷線故障時有發(fā)生,現(xiàn)有裝置的判據(jù)較單一,經(jīng)常出現(xiàn)判斷不及時、誤判[2]或漏判,不能明確判別出PT斷線發(fā)生的具體位置:是高壓側(cè)還是低壓側(cè)或是哪一相、哪兩相還是三相,造成事故處理時間延長,影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3],嚴(yán)重是會造成用電設(shè)備損壞。因此,單相接地故障和PT(電壓互感器)斷線故障的故障原因判別和處理問題必須引起足夠重視。

        1 目前常用PT斷線判據(jù)及存在問題

        1.1 PT對稱斷線的判據(jù)及存在問題

        PT對稱斷線,也即三相全部斷線。

        判據(jù):三相電壓都小于8 V,且任一相電流大于0.04倍的額定電流[4]。

        存在問題:需采集相/線電壓及相電流,采集量多,硬件成本較高。此外,高壓側(cè)兩相斷線,也滿足上述判據(jù),易出現(xiàn)誤判。

        1.2 PT不對稱斷線判據(jù)及存在問題

        1.2.1 判據(jù)[5,6]

        (1)負(fù)序電壓大于8 V;

        (2)三相電壓的向量和大于18 V,并且至少有一線電壓的模值之差大于20 V;

        (3)存在一線電壓模值之差大于18 V.

        1.2.2 存在問題

        (1)上述三個判據(jù),僅利用單一的負(fù)序電壓或相電壓一個值進(jìn)行判別,判據(jù)不充分,易出現(xiàn)誤判和漏判;

        (2)上述幾個判據(jù)都沒有判斷出故障位置:是PT高壓側(cè)斷線還是低壓側(cè)斷線,是哪一相還是哪兩相斷線;

        (3)上述判據(jù)沒有對斷線過程進(jìn)行監(jiān)測,不利于故障的進(jìn)一步檢測及處理。

        為解決上述問題,本文通過理論分析、試驗(yàn)及現(xiàn)場故障實(shí)例分析,考慮一定裕度,采用三相相電壓幅值、電壓差值及零序電壓的綜合判別方法來判別故障的類型、相別及具體位置,具體如下。

        2 綜合法判別法原理及方法

        采集得到中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)母線/線路的A、B、C各相及零序電壓幅值Ua、Ub、Uc、U0,計(jì)算得出前后兩個掃描周期A、B、C各相電壓幅值的差值ΔUa、ΔUb、ΔUc,Ue表示額定電壓對應(yīng)的電壓互感器二次側(cè)電壓。以A相為例,介紹單相接地、PT斷線的判別方法,B、C兩相的實(shí)現(xiàn)方法與此大同小異。

        2.1 單相接地判別方法

        中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,會出現(xiàn)故障相電壓降低、非故障相電壓升高,零序電壓升高的現(xiàn)象[7]。以此為判斷依據(jù),考慮一定裕度,其綜合判別方法為:零序電壓U0>50 V或A相電壓差值ΔUa>0.2Ue,B、C兩相電壓幅值都大于1.2倍的額定電壓(Ub>1.2Ue,Uc>1.2Ue),且A相電壓幅值小于0.8倍額定電壓(Ua<0.8Ue)時,判定為A相發(fā)生單相接地故障,如圖1所示。

        圖1 A相單相接地綜合判別方法

        B、C相單相接地判別方法與之大同小異。

        2.2 PT一相斷線判別方法

        2.2.1 PT低壓側(cè)A相斷線判別

        PT低壓側(cè)一相斷線時,斷線相電壓降低(接近為0),其余兩相電壓基本不變,不產(chǎn)生零序電壓。考慮一定裕度,其綜合判別法為:零序電壓U0≤5V或A相電壓差值ΔUa>0.2Ue,A相電壓幅值Ua<0.1Ue,B、C兩相電壓幅值分別介于0.9~1.05Ue之間,且U0≤5V,如圖2所示。

        圖2 PT低壓側(cè)A相斷線綜合判別方法

        PT低壓側(cè)B、C一相斷線判別方法與之大同小異。

        2.2.2 PT高壓側(cè)A相斷線判別

        PT高壓側(cè)一相斷線時,斷線相電壓降得很低(約為0.33Ue),其余兩相電壓也有所降低,一般介于~1.0Ue之間,不產(chǎn)生零序電壓。考慮一定裕度,其綜合判別法為:零序電壓U0≥5 V或A相電壓差值ΔUa>0.2Ue,A相電壓幅值Ua<0.9Ue,且B、C兩相電壓幅值分別介于0.8~1.0Ue之間,如圖3所示。

        圖3 PT高壓側(cè)A相斷線綜合判別方法

        PT高壓側(cè)B、C一相斷線判別方法與之大同小異。

        2.3 PT多相斷線判別方法

        2.3.1 PT低壓側(cè)A、B兩相斷線判別

        PT低壓側(cè)兩相斷線時,斷線相電壓降低(接近為0),其余兩相電壓基本不變,不產(chǎn)生零序電壓。考慮一定裕度,其綜合判別法為:A、B兩相電壓差值ΔUa、ΔUb都大于0.2Ue,A、B兩相電壓幅值都小于0.1Ue,且C相電壓幅值介于0.9~1.05Ue之間,如圖4所示。

        圖4 PT低壓側(cè)A、B兩相斷線綜合判別方法

        PT低壓側(cè)A、C兩相或B、C兩相斷線判別方法與之大同小異。

        2.3.2 PT高壓側(cè)兩相或PT高、低壓側(cè)三相斷線判別

        PT高壓側(cè)兩相或PT高、低壓側(cè)三相斷線時,A、B、C三相電壓都降低(接近為0),不產(chǎn)生零序電壓??紤]一定裕度,其綜合判別法為:A、B、C三相電壓差值 ΔUa、ΔUb 都大于 0.2Ue,A、B、C 三相電壓幅值都小于0.1Ue,如圖5所示。

        圖5 PT高壓側(cè)兩相/高、低壓側(cè)三相斷線綜合判別方法

        3 裝置軟硬件組成及連接

        3.1 硬件組成及連接

        中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地/PT斷線故障自動判別及報警裝置由電壓互感器、電壓變送器、可編程控制器及觸摸屏組成,其硬件接線如圖6所示,本裝置通過三相五柱式電壓互感器(PT)將母線/線路的電壓由高的線/相電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭~定電壓為100/57.7 V的較低的交流電壓,再通過單相及三相交流電壓變送器將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?~10 V/4~20 mA的直流電壓/電流信號,送到可編程控制器(PLC)的模擬量輸入模塊中,成比例地轉(zhuǎn)換為數(shù)字后,再送到PLC的控制器中,實(shí)現(xiàn)母線/線路的相電壓Ua、Ub、Uc及零序電壓U0的信號采集。

        圖6 裝置硬件接線

        采集后的相電壓、零序電壓送入PLC的CPU模塊進(jìn)行比較分析后獲得故障類型/相別等信息,發(fā)出報警信號并在觸摸屏上顯示出來,以備后續(xù)的故障處理使用。

        3.2 軟件流程

        裝置的軟件流程如圖7所示,裝置在通電后,先進(jìn)行初始化(對各種定值賦初始值),之后不間斷地采集系統(tǒng)中的三相相電壓Ua、Ub、Uc及其零序電壓U0,判斷系統(tǒng)是否處于運(yùn)行狀態(tài),若系統(tǒng)處于停運(yùn)狀態(tài)則返回,若處于運(yùn)行狀態(tài),則計(jì)算相電壓的差值ΔUa、ΔUb、ΔUc.依據(jù)三相相電壓幅值、電壓差值及零序電壓的大小,按照2.所列判據(jù)綜合判斷是否發(fā)生了故障,若發(fā)生了故障,進(jìn)一步判斷故障的性質(zhì)、相別及故障發(fā)生的具體置。根據(jù)判別的結(jié)果進(jìn)行故障報警,并以光字牌的形式在觸摸屏上顯示出來,此外,一并顯示的還有故障斷線的次數(shù),持續(xù)的時間等,為進(jìn)一步的故障處理提供依據(jù)。

        圖7 軟件流程圖

        4 結(jié)束語

        采用綜合判別法判別中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地/PT斷線故障具有判據(jù)直接充分、采集裝置少,硬件接線簡單等特點(diǎn),可判別單相接地和PT斷線的故障類型、相別及故障發(fā)生的具體位置,通過PLC內(nèi)部的定時器和計(jì)數(shù)器,還可對單相接地/PT斷線的持續(xù)時間和斷續(xù)接地/斷線的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及監(jiān)測,為故障分析處理或狀態(tài)檢修提供依據(jù)?!皥缶b置”的研發(fā)應(yīng)用,解決了以往大型廠礦生產(chǎn)設(shè)備因自備電廠中單相接地故障和PT(電壓互感器)斷線故障判斷不及時、不準(zhǔn)確導(dǎo)致的供電中斷等問題,極大地縮短了事故處理的時間,穩(wěn)定了各生產(chǎn)設(shè)備的電能供應(yīng),為安全生產(chǎn)提供了有力保障。

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