毕业论文-基于注入法的配电网单相接地故障诊断.doc
《毕业论文-基于注入法的配电网单相接地故障诊断.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业论文-基于注入法的配电网单相接地故障诊断.doc(39页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、本科生毕业论文(设计):基于注入法的配电网单相接地故障诊断 摘 要本文主要针对配电网中单相接地故障定位困难的问题对单相接地故障的电气特征进行了分析,同时设计了从单相接地故障的选相到选线,最后精确定位到故障点的完整的单相接地故障诊断过程。由于小电流接地系统的自身特点,发生单相接地故障时,所产生的故障信号本身较弱,容易受到电磁干扰和谐波污染,导致信号失真,这些都直接影响了选线的选择性和准确性,甚至会造成选线装置的误动。结合工作的实际情况并参考各种装置的实际特点,本文采用了比较电压的变化的方法来判断故障相,选用采用注入法信号的选线和定位方法作为配电网单相接地故障诊断方法,同时比较了交流注入法和直流注
2、入法的优缺点,总结了一套完整的配电网单相接地故障诊断方法,最后对直流注入法作了两步改进, 较为成功的解决了配电网单相接地故障选线和定位困难的问题。关键词: 单相接地故障 故障定位 信号注入 选相 选线AbstractThis article mainly aims at the problem in distribution network one-phase ground fault location for phase-to-ground fault electrical characteristics analysis, and designs the fault location fr
3、om phase-to-ground to phase-selection precise positioning to breakdown complete phase-to-ground fault diagnosis process. Due to the small current grounding system's characteristics, the one-phase ground fault happens, the resulting fault signal itself is weak, the vulnerable to electromagnetic i
4、nterference and harmonic pollution causes signal distortion, all these directly affect the route of selectivity and accuracy, and even cause the maloperation of the location device. Combined with the actual situation of reference work of all sorts of devices and actual characteristics, this paper ad
5、opts the methods of comparative voltage changes which is judged by fault phases injection methods, choose the route and positioning method of signal power and single-phase grounding as fault diagnosis solving ways. Compared with the exchange injection method ,including the advantages and disadvantag
6、es of dc injection method, finally summed up a set of complete power phase-to-ground fault diagnosis methods, thus comes to the conclusion of dc injection method and two steps of how to improve, which will solve the problem of network distribution about phase-to-ground fault location more successful
7、ly.Keywords: single-phase-to-earth fault fault location integration location method Location phase-selection fault line detectionIII目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1选题的研究意义11.2配电网单相接地故障研究现状11.3本课题主要研究的内容22 小电流接地系统的单相接地故障的电气特征分析32.1小电流接地系统32.2中性点不接地单相接地故障的电气特征32.3中性点经消弧线圈接地单相接地故障电气特征63 单相接地故障的选相93.1中性点不接地系统的
8、选相判断依据93.2中性点经消弧线圈接地系统的选相判断依据113.3单相接地故障选相过程的原理分析123.4本章小结144 单相接地故障的选线和定位154.1小电流接地系统常用选线和定位方法154.2注入法选线和定位原理174.3直流注入法选线和定位234.4改进后的直流注入法选线定位的原理总结294.5本章小结305 结论31致 谢33参考文献34IV 1 绪论1.1选题的研究意义在配电网系统中,单相接地故障率最高,约占配电网故障的80%以上。我国的配电网多为小电流接地系统,由于在小电流接地系统中发生单相接地故障时不形成短路回路,只在系统中产生很小的零序电流,三相线电压依然对称,不影响系统正
9、常工作,所以我国的电力规程规定,小电流接地系统可带单相接地故障继续运行1-2小时1,2。这样能够提高供电的持续性和可靠性,这是小电流接地系统的突出优点。但随着馈线的增多,电容电流也在增大,长时间带故障运行就易使故障扩大为相间短路或两点及多点接地故障。弧光接地还会引起全系统过电压,进而损坏设备,破坏系统安全运行,所以必须及时找到故障线路予以切除或者找到故障点进行维修。但是由于单相接地故障产生的故障电流很小等诸多原因,单相接地故障选线定位问题一直没有得到很好的解决。现有的小电流接地保护不能从根本上解决小电流接地的选线问题,这与电力系统提高供电可靠性的要求与呼声背道而驰。因此,进一步研究小电流接地系
10、统单相接地故障的诊断方法具有很好的理论和实际意义。1.2配电网单相接地故障研究现状配电网单相接地选线和定位是个世界性的难题,在上世纪80年代到90年代初配电网还是以架空线路为主。研制的单相接地选线装置,基本上是采用稳态分量法即零序电流比幅法3和电容电流比幅比相法3,单相接地选线的准确性还是很高的。但是随着配电网的发展,城乡电网的改造,电缆线路不断增加,接地电容电流也增加很多,这样就需要在变电站安装消弧线圈3。由于消弧线圈的补偿作用在接地线路上电容电流和电感电流抵消,所以采用态分量法即零序电流比幅法4和电容电流比幅比相法4的选线装置就不能正确选择接地线路了。而后针对中性点经消弧线圈接地的系统又出
11、现了暂态零序电流检测方法和五次谐波法,但是暂态过程非常短暂检测装置易出现误动作,而五次谐波法也因信号微弱和负荷谐波的影响而出现误判断。近年来,小电流接地系统相线对接地故障检测取得了很大成就,但到目前为止,研究的重点主要是集中在选线技术,在小电流接地系统的故障点定位方面,国内外虽然有一些研究,也提出了一些理论方法,但实用定位的方法其实并不多。人工巡线仍然是目前配电网故障定位最常用的方法,这就导致了故障持续时间的延长和人力资源的浪费,增加了无谓的损失故障,降低了供电可靠性。随着配电自动化系统配电自动化系统的开发,一些故障段定位和隔离法的出现在国内外已成功地应用到现场,但是由于配电自动化系统是在运用
12、中国并不广泛,目前在注入方法的基础上逐步对地故障定位方法改进是比较实用和有效的方法之一。传统的注入法能够较为准确的定位,但在自动化程度,容错和设备性能等方面,仍有许多问题有待进一步改善。1.3本课题主要研究的内容本文就上述的难题做了以下工作:(1)对单相接地故障的电气特征作了分析,总结了中性点不同接地方式的特点,为故障诊断提供理论依据。(2)通过故障后电压的变化提出判断故障相的依据,并总结了完整的选相过程。(3)分析了常用单相接地故障的选线方法的缺点和注入法的优点。(4)详细分析了传统注入法的选线定位原理,将交流注入法和直流注入法进行了比较,改进了直流注入选线定位法,并在理论上作了分析和实验计
13、算。2 小电流接地系统的单相接地故障的电气特征分析2.1小电流接地系统我国的配电网采用小电流接地系统,小电流接地系统即中性点非直接接地系统,它包括中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统(也称谐振接地系统)和经高阻接地系统5,6,7。由于历史原因和具体条件不同,各个国家的电网中性点处理方式不尽相同,甚至在同一国家、同一地区的同一电压也有不同接地方式并存现象。在我国3-66kV中低压配电网系统一般采用中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统,所以本文重点分析小电流接地系统中的中性点不接地和经消弧线圈接地系统的单相接地故障特征。2.2中性点不接地单相接地故障的电气特征为分析方便,假设A相发生金属性接地短路
14、,忽略负荷电流和电容电流在线路上产生的电压降。如图2-1所示,各线路上电流方向已标注。图2-1 中性点不接地系统单相接地故障电气原理图由以上原理图可知系统各参量变化如下:(1)电压系统A相对地电压为: (2-1)B相对地电压为: (2-2)C相对地电压为: (2-3)故障点的零序电压为: (2-4)(2)电流非故障线路的各相电流和三倍零序电流A相的电流为: (2-5)B相的电流为: (2-6)C相的电流为: (2-7)有效值为: (2-8)所以三倍的零序电流为: (2-9)对于变压器T上,首先有它本身的B相和C相的对地电容电流的电源,因此,从A相中要流回故障点的全部电容电流,而在B相和C相流出
15、各线路上同名相的对地电容电流。此时从变压器出线端所反应的零序电流仍然为三相电流之和。由图2-1可见,各线路的电容电流由于从A相流入后又分别从B相和C相流出了,因此相加后相互抵消,而只剩下变压器本身的电容电流,故有效值为,即零序电流为变压器本身的电容电流。对于故障线路各相电流和三倍零序电流故障相电流: (2-10)其有效值: (2-11)非故障相电流: (2-12) (2-13)三倍的零序电流: (2-14)其效值: (2-15)(3)功率非故障线路的复功率为: (2-16) (2-17)同理有故障线路: (2-18)根据以上分析可得到以下几点结论8,9:(1)零序网络由同级电压网络中元件对地的
16、等值电容构成通路,与中性点直接接地系统有接地的中性点构成通路有极大的不同,网络的零序阻抗很大。(2)发生单相接地时,相当于在故障点产生了一个其值与故障相故障前相电压大小相等,方向相反的零序电流,从而全系统都将出现零序电压。(3)在非故障元件中流过的零序电流,其数值等于本身的对地电容电流;电容性无功功率的实际方向由母线流向线路。(4)在故障元件中流过的零序电流,其数值为全系统非工作元件对地电容电流之总和;电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。2.3中性点经消弧线圈接地单相接地故障电气特征图2-2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障电气原理图在中性点不接地的电网中发生单相接地故障时,如图2-
17、2所示,若接地点流过的全系统对地电容电流,若此电流过大,会使故障扩大。为防止上述情况发生,常在中性点接入消弧线圈。各级电压网络中,当全系统的电容电流超过下列数值时应装设消弧线圈:3-6kV电网为30A,10kV电网为20A,22-66kV电网为10A10。如图2-2所示的电网中,电源的三相电动势相等。为了简便起见,不计电源内部的电压降和线路上的电压降,电源每相电动势的有效值等于电网正常工作时的相电压,电源两相电动势之差等于电网的线电压,变压器中性点经消弧线圈接地。假设线路2的A相发生金属性接地故障,各线路电压变化以及非故障线路电容电流的分布与中性点不接地系统的情况相同。由于中性点接地方式不同,
18、此时故障点的接地电流由原来的电容电流变为由消弧线圈产生的电感电流补偿后的残流,但仍具有零序性质。所以线路2的基波零序电流为: (2-19)式中为消弧线圈的补偿电流,而此时从接地点流回的总电流为: (2-20)式中为全系统的对地电容电流。由于和相位相差180。,几将随消弧线圈的补偿程度而变化,因此,故障线路零序电流的大小和方向也随之改变。根据对电容电流补偿程度的不同,即补偿度P的大小(这里P定义为:),可分为以下三种不同的补偿方式:(1)全补偿全补偿时P=0即的补偿方式,它虽可使接地点的电流为零,但却有严重的缺点,因为此时刚好有式子成立,这正是工频串联谐振的条件。但是如果三相的对地电容不相等或断
19、路器三相非同期合闸时,出现的零序电压在串联谐振回路中产生很大的电流,此电流在消弧线圈上会产生很大的压降,使电源中性点的电压大大升高,造成设备的绝缘损坏,因而不宜采用这种补偿方式。(2)欠补偿欠补偿就是P<0即的补偿方式。采用这种补偿方式时,补偿后的接地点电流是容性的。它的缺点在于系统运行方式改变时,例如某些线路因检修或跳闸退出运行时,系统的电容电流会减少,以至有可能成为完全补偿而出现危险的谐振过电压。因此,这种补偿方式也很少采用。(3)过补偿过补偿就是P>0即的补偿方式。它没有发生上述过电压的危险,因而得到了广泛的应用,一般选择过补偿度值为P=5-10%。采用过补偿以后,通过故障线
20、路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流,它与零序电压的相位关系和非故障线路电容电流与零序电压的相位关系相同,数值大小也和非故障线路的容性电流相差无几,因此不接地系统中常用的零序电流选线原理和零序功率方向选线原理显然已不能采用。总结以上分析中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的结果,可以得出如下结论:(1)故障相的对地电压为零,非故障相的对地电压为系统的线电压。(2)全系统出现零序电压,其大小为系统正常工作时的相电压。(3)欠补偿时,接地故障处的电流超前零序电压90o。过补偿时,滞后零序电压90o,小于未补偿时的值。(4)非故障线路零序电流超前于零序电压90o,其大小等于该线路的对地电容电
21、流。故障线路零序电流的大小等于系统所有非故障线路总对地电容电流与消弧线圈的补偿电流的和,其相位随补偿度而异,欠补偿时滞后于零序电压90o,过补偿时超前零序电压90o10。(5)故障线路始端的零序功率的有功分量和无功分量均小于零;非故障线路始端的零序功率的有功分量大于零,无功分量小于零。3 单相接地故障的选相当A相发生金属性接地故障时,由以上分析可知,A相的电压为0,非故障相B相和C相的电压会上升为原来的倍。但是系统发生单相接地故障时接地点有过渡电阻的存在,下面就分析经过渡电阻接地的情况时,在不同的中性点接地方式系统中是怎样由电压的变化来进行故障相的判断的。3.1中性点不接地系统的选相判断依据图
22、3-1为中性点不接地电网系统原理示意图,其中C为一相对地电容。当系统正常运行时,三相电压为、对称,三相电流也基本平衡其和为零。当A相经过渡电阻接地时,忽略线路自身阻抗,并假设各相对地电容相等如图3-1所示。图3-1 中性点不接地系统A相经过渡电阻接地原理图此时各相对地导纳为: (3-1) (3-2)由于系统中性点不接地,发生接地后系统中性点将发生偏移,偏移电压为, 可由以下公式计算: (3-3)计算出偏移电压表达式为: (3-4)故障后,A、B、C三相对地电压将发生变化,相对地电压分别为: (3-5)电网发生单相接地故障后中性点发生偏移,此时将系统进行等效变化,其等效电路如图3-2所示。图3-
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业论文 基于 注入 配电网 单相 接地 故障诊断
限制150内