直流系统接地故障与诊断技术.docx
- 文档编号:3056881
- 上传时间:2022-11-17
- 格式:DOCX
- 页数:7
- 大小:238.74KB
直流系统接地故障与诊断技术.docx
《直流系统接地故障与诊断技术.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《直流系统接地故障与诊断技术.docx(7页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
直流系统接地故障与诊断技术
直流系统接地故障与诊断技术
1引言
发电厂及变电站的直流系统是控制及信号系统、继电保护及自动装置的工作电源。
直流系统的可靠性直接影响整个电力系统的安全。
目前发电厂及变电站的直流系统均采用110v或220v电源供电。
正、负母线对地是浮空的。
当系统出现一点接地故障时,虽不至于影响正常工作,但是运行规程明确规定了一点接地的允许时间,所以发生一点接地故障时也应立即排除。
否则,若在第一点接地尚未排除,又出现第二个接地点时,将引起信号回路,控制回路开关及继电保护装置的误动作。
同其他电力系统的仪器仪表技术发展一样,直流系统接地故障的诊断技术也随着新原理、新手段的出现而不断地有所发展,大体上可归纳为以下几个方法:
2电桥法
2.1电桥平衡式原理
采用电桥法研制的绝缘监察装置结构简单,成本也较低廉;但功能过于单调,仅能对系统接地给予报警,不能指示故障所在支路及接地阻值。
因此,现场维护人员排除故障时,往往没有可操作性,通常采用人工拉路法,即根据负荷的重要性,依次短时拉开直流屏所供直流负荷各回路。
当切除某一回路时故障消失,则说明故障就在该回路内,再依次拉开该回路的支路保险,就可以进一步确定接地点在哪一支路上。
通过以上讨论不难看出,采用电桥法在诊断和排除直流系统接地故障时,存在诸多弊病:
在原理上,如图1(b)当r+和r-等比例下降时,即使已经越限,也无法报警。
2.2易误报警
当r+和r-数值很大,但差值也很大时,即使在正常范围内,也要误报警。
2.3不能检测和显示实际数值
在具体排除故障的手段上拉路法问题也很大:
(1)当断开某一支路时,该支路上的控制与保护装置要短时退出,如操作不慎,还可能引起误动作,造成事故。
(2)对于不能停电的直流设备,必须事先准备备用直流电源,同时要注意在特殊情况下单用硅整流供电会造成保护误动作。
(3)有时接地故障发生在主控制信号回路中,在这种情况下,当拉开该回路时,中央信号失去电源,直流绝缘监察的声、光信号不能发出。
这时,判断接地与否不能再利用声、光信号,而要派专人监视直流绝缘监察继电器,看其触点是否动作来判断直流回路有无接地。
3低频信号注入法
在直流系统出现接地故障后,在故障母线与地之间注入一低频信号,低频电流从信号发生器流出,经过直流系统从接地点返回,如图1所示,然后用钳型电流探头逐点检测,对低频电流走向进行寻迹,首先找到接地支路,然后沿着该支路寻找接地点,根据接地点前后的低频电流出现的差别这一判据来确定接地点所在位置。
图1低频探测原理图
该方法成功地实现了不停电查找接地点,但其检测的正确性及灵敏度受系统分布电容的影响很大。
直流系统正负母线及馈线对地存在分布电容,支路电容最大时可达数微法,整个电站总电容达数十微法,当探头在某一点测量时,由于有电容电流流过,将使得操作人员难以确定是电容电流还是接地电阻电流。
如图1所示,系统母线某一支路存在接地点,假如该支路后所有的分布电容总等效值为2μf,如信号频率为20hz,电容容抗约为4kω,当支路电阻大于4kω时,流向后续电路的电流将与流过故障支路的电流相比拟,很难区分出接地支路来。
4变频探测法
变频探测法,实际上还是低频信号注入法,只不过此时注入的信号是频率交替变化的低频信号。
然后还是通过钳型电流探头,检测支路阻性电流幅值的变化,来确定接地支路与故障点。
图2变频探测法
如图2(a)所示,直流系统中某点出现接地故障,接地电阻值为r,在存在接地点的母线与地之间注入幅值为v,频率为f的低频信号,用钳形电流探头在接地点前的回路某一点上测量电流信号。
设测量点后的等效分布电容为c,等效电路如图2(b)所示,探头感受到的电流幅值i1是由接地电阻r上电流及分布电容c的电流两部分组成,由电工知识可写为:
i1=v/r+j2πfcv
(1)
在注入的信号电压幅值不变的前提下,信号频率增加为kf(k>1),则探头感受到的电流为:
i2=v/r+j2πfcv
(2)
由式
(1)、
(2)求出探头感受到的阻性电流为:
式(3)说明,在注入电压信号幅值不变的前提下,测量出某一点的两种频率下的电流幅值,可间接获得流过该点的电阻电流值。
一般情况下,常取k=2,此时其阻性电流的幅值计算公式为:
经过变频以后,就将在低频注入法原理下,仪器检测的阻性电流与容性电流的合成电流,转化为仅仅指示出阻性电流。
当探头在接地点与信号发生器之间的母线或接地支路测量时(图3(a)中a、b点)感受到的是阻性和容性电流的合成电流,但仪器指示出的仅是流过c点的阻性电流;而当探头在非接地支路及非接地支路之后的母线测量时(如d、e点),则探头仅感受到分布电容电流,感受不到阻性电流。
因此可根据此原理对阻性电流进行寻迹。
式(4)是在理想条件下得出的。
实际上信号发生器输出的两种频率信号电压幅值是有差别的;探头与放大电路对两种频率信号的响应也很难做到完全一致;仪器对电流幅值计算也存在误差;这些因素会造成仪器得到的i1、i2与理想值之间有较大偏差。
当分布电容较大或者接地电阻较大,这时在a、b点测得绝大部分电流是容性电流,电流幅值与在d、e点近似,那么两种频率下的电流幅值之比就接近或等于两倍(i2接近或等于2i1),在这种情况下,式(4)根号下的算式值可能小于零(i1偏小或i2偏大);也可能大于实际值(i1偏大或i2偏小)。
前者使计算失效,后者使不存在阻性电流的测量点,得出“有”的错误判断。
由于以上各种情况的存在,仪器在现场实际中是很难使用的,后来也有人尝试在此基础上,再调制一高频信号,通过相位变化来区分阻性和容性电流。
称为载波相位法。
虽然增加了仪器判据的复杂性;但通过现场使用检验,效果仍旧不理想,原因还是分布电容。
此类仪器对现场使用人员来说,在老一点的变电站可靠检测指标在5kω以下;在新变电站,可靠检测指标在10kω以下。
另外低频信号的注入将使直流系统的电压波纹系数加大。
5磁调制直流漏电流检测方法
图3为磁调制直流系统漏电流检测原理图。
图3磁调制直流系统绝缘检测原理
在图3中,f为高磁导率的环状铁芯;
i1、i2分别为直流系统正、负母线向负荷提供的电流;
i0为三角波恒流激磁电流;w为穿过铁芯直流绕组;
w1为交流激磁绕组;w2为检测绕组;l为环型铁芯的平均长度。
假设理想情况下:
铁芯的材料是均匀的,环形铁芯面积s与环形尺寸相比很小;铁芯的磁化均匀,磁滞损耗为0;磁化经坐标原点对称,如图4(a)所示。
在激磁绕组w1中通以三角波恒流激磁电流时,i0w1使铁芯充分磁化饱和,绕组均无漏磁通影响。
下面分几种情况来说明其直流系统接地故障的检测原理。
5.1直流系统正常工作情况
直流系统正常工作时,i1=i2,此时直流电流对铁芯产生的磁场强度为h0,即
h0=(i1-i2)w/l=0
(1)
而激磁绕组w1在三角波恒流源激励下产生的磁场强度为正、负半周期对称的三角波。
如图4(b)所示。
当铁芯为理想状态时,i0w1足以使铁芯充分饱和,其中的磁通为等腰梯形波,如图4(c)所示。
同时该磁通在检测绕组w2中产生的感生电动势为:
u2的波形为正、负相同,对称于时间轴的矩形脉冲,如图4(d)所示。
5.2直流系统接地故障,i1>i2情况
直流系统发生故障,i1>i2时,铁芯中的直流磁通即漏电流造成的磁通不为0,即h0=(i1-i2)/l>0。
在此情况下,交流磁化不是由原点开始,而是由h0开始,反映在图4(b)中相当于时间轴上移h0,同时磁通的波形也不是对称于时间的等腰梯形波,而是正半周窄,负半周宽的梯形波,如图4(c),相当于时间轴上移0。
对于检测绕组w2的端电压u,则使其正脉冲列向左偏移,负脉冲列向右偏移,如图4(d)虚线。
图4各种情况下接地故障检测原理
5.3直流系统接地故障i1<i2情况
分析同上述第4.2节。
结论为:
当i1<i2时,检测绕组w2的电压u中正脉冲列向右移,负脉冲列向左移,移动方向与i1>i2情况相反。
5.4正脉冲检测方式与固定端偏差
直流系统正常工作情况下,两直流母线上电流大小相等,方向相反,i1=i2,则h0=0检测电压无相对位移,为正、负相间且对称于时间轴的矩形脉冲。
当故障情况时,i1≠i2,检测电压u产生相对位移δt,即δt=(i1-i2)/w1iomt/2。
其中:
iom为w1绕组激磁电流的最大值,t为激磁电流周期。
这样根据δt的大小可检测出直流系统的漏电流。
由图5可知:
δt=│t-t′│=2δ(4)
从提高检测灵敏度考虑,选用正脉冲检测方式,如图6所示,即将正、负相间的检测脉冲信号经过滤波、精密整流后成为连续的正脉冲。
由于激磁电流i0的周期t是恒定的,令t1、t2分别为连续2个正脉冲周期,则有:
图5直流系统漏电流检测原理
图6正脉冲检测方式原理
由以上分析可知,采用检测2个连续正脉冲的时间差可以检测直流系统漏电流的大小。
而且在相同的系统漏电流下δt′=2δt,从而可使检测灵敏度提高1倍。
通过以上的推论可知,电子元器件的参数对漏电流检测是十分关键的,因此,应采用较好的磁调制式电流传感器。
zjd2000使用瑞士lem公司的6sb系列电流传感器,这种传感器电流范围宽,副边电流的磁场完全补偿原边电流磁场。
零磁通检测器是对称的,与两个磁芯线圈和一个方波发生器相连接。
副边补偿电流精确反应原边电流,引出电流后再经过相应的软件等处理,较精确地反映接地阻值的大小。
仪器检测能力大为提高,现在在现场在线监测可稳定、可靠地检测50kω的接地电阻。
实践证明采用磁调制直流漏电流检测原理,无须向直流系统发送任何测试信号,与系统分布电容无关,对系统没有特别要求,在检测结果中干扰及噪声同固定偏差一同被剔除,从而大大提高了装置的抗干扰能力和诊断能力。
参考文献
(略)
作者简介
刘建(1969-)电气工程师毕业于石油大学计算机专业,现工作于山东铝业股份有限公司,从事电气专业技术管理16年。
——————————————————————————————————
电力投资热潮造就变压器行业盛世来临
“十五”以来,我国电力需求快速增长,电力供应紧张。
全国电网的高速建设和政府对固定资产的投资使得市场对输变电设备需求急剧增加,给予了从事变压器等输变电设备制造公司以极大的发展空间。
从“九五”以来我国变压器产量以及电网投资状况表中可以看出,从1996年到2004年全国变压器产量增长了3.50倍,年递增率为16.9%。
目前全国有一定规模的变压器厂已有1200多家。
其中能生产500kv变压器的厂家已由原来的沈阳变压器、西安西电变压器、保定天威变压器3家发展到现在的7家,新增常州东芝变压器、重庆abb变压器、上海阿尔斯通变压器、特变电工衡阳变压器等4企业。
同时我国具有220kv变压器生产能力的厂家现在共有19家,具有110kv变压器生产能力的厂家有100多家,生产干式变压器的企业有80多家。
群雄逐鹿高压变压器市场
中国巨大的变压器市场,再加上优惠的税收政策和廉价而又熟练的员工,吸引abb、西门子等外国公司从上世纪90年代初开始纷纷来华建立合资企业,而且大部分都取得了对这些企业的控股权。
目前,这些跨国公司已在中国市场上取得了不少份额,并赚得了优厚的利润。
2003年常州东芝变压器产量约2250万kva,在行业排名第二位,重庆abb产量约1800万kva,在行业排名第四位。
超高压变压器行业将持续高温
变压器是电网配电的重要设备,主要包括两部分,运行在主干电网的输电变压器和运行在终端的配电变压器。
在电力建设的强力推动下,我国变压器行业经济运行保持良好的发展态势,经济效益大幅增长。
按一般规律,变电设备容量与发电设备容量之间的比例应该为12∶1,即每新增10mw装机容量就需配变压器120mva,其中500kv变压器12mva。
长期以来,我国变电设备和发电设备容量比相对偏低,2000年不到
- 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:
- 直流 系统 接地 故障 诊断 技术
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)