案判线,判线准确率得到进一步改善。
小电流系统单相接地投入保护跳闸后,要求保护装置具有更高的可靠性。文[4]将模糊决策理论引入了MLN-R系列小电流微机保护屏,将5种选线方案按模糊决策组合裁决,给出跳闸出口的同时还打印出可信度。
3.3 “注入法”原理[5]
它不利用小电流接地系统单相接地的故障量,而是利用单相接地时原边被短接暂时处于不工作状态的接地相PT,人为地向系统注入一个特殊信号电流,用寻迹原理即通过检测,跟踪该信号的通路来实现接地故障选线。当系统发生单相接地时,注入信号电流仅在接地线路接地相中流动,并经接地点入地。利用一种只反映注入信号而不反映工频及其谐波成分的信号电流探测器,对注入电流进行寻踪,就可实现单相接地故障选线与接地点定位。其主要特点有: (1)勿需增加任何一次设备不会对运行设备产生任何不良影响。(2)注入信号具有不同于系统中任何一种固有信号的特征,对它的检测不受系统运行情况的影响。(3)注入信号电流仅在接地线路接地相中流通,不会影响系统的其它部位。
3.4 注入变频信号法
为解决“S注入法”在高阻接地时存在误判的问题,文[6]提出注入变频信号法。其原理是根据故障后位移电压大小的不同,选择向消弧线圈电压互感器副边注入谐振频率恒流信号还是向故障相电压互感器副边注入频率为70Hz的恒流信号,然后监视各出线上注入信号产生
的零序电流功角、阻尼率的变化,比较各出线阻尼率的大小,再计及线路受潮及绝缘老化等因素可得出选线判据。但当接地电阻较小时,信号电流大部分都经故障线路流通,导致非故障线路上阻尼率误差较大。
3.5 最大△(Isinj)原理
图1为理想情况下单相接地故障后零序电压与故障、非故障零序电流的相量关系。其中,3U0为故障后出现的零序电压,在故障前它的大小为零; 3I0,F为故障线路的零序电流,它超前3U090°; 3I0,N为非故障线路的零序电流,它滞后3U090°, 比3I0,F在数值上小很多; 3I0,T为变压器的接地电流,它与接地故障判断无关。因此,理想情况下,只要对各出线零序电流的大小或方向进行比较,就可找出故障线路。但当变电站为三相架空出线时,3I0的大小和方向要受到CT的不平衡电流Ibp的影响。最坏的情况是,由于Ibp 的影响,实际检测得到的故障线路的零序电流3I′0,F=(3I0,F+Ibp,F)与非故障线路的零序电流3I′0,N=(3I0,N+Ibp,,N)方向相同,如图2所示。显然,此时只对各出线零序电流的大小或方向进行比较将会造成误判。
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为了解决上述问题,文[7]提出最大△(Isinj)方案: 把所有线路故障前、后的零序电流3I'0,I,前、3I'0,I,后都投影到3I0,F方向上。接着,计算出各线路故障前、后的投影值之差△I0,I,找出差值的最大值△I0,k,即最大的△(Isinj)。显然,当I0,k>0时,对应的线路k为故障线路,
否则为h段母线故障。
该原理实际上是一种最大故障电流突变量原理,能完全克服CT误差引起的不平衡电流的影响,减少了误判的可能性,灵敏度高适用范围广,是现有判别方法中较成功、有效的一种方法。但其算法有两个缺陷: 计算过程中需选取一个中间参考正弦信号,如果该信号出现问题将造成该算法失效; 该算法在计算过程中需求出有关相量的相位关系,计算量相当大,这使得最大△(Isinj)原理在实现过程中很难保证具有较高的可靠性和实时性。
针对上述缺陷,文[8]提出实现最大△(Isinj)的快速算法——递推DFT算法,完全省去了中间参考正弦量,同时极大地简化了原有算法的计算工作量,使得最大△(Isinj)原理可以快速、可靠地实现,从而有了更广阔的应用前景。
3.6 能量法
文[9]利用其所定义的零序能量函数实现小电流接地选线: 根据非故障线路的能量函数总是大于零,消弧线圈的能量函数与非故障线路极性相同,故障线路的能量函数总是小于零,并且其绝对值等于其他线路(包括消弧线圈)能量函数的总和的特征,提出方向判别和大小判别两种接地选线方法。能量法适用于经消弧线圈接地系统,并且不受负荷谐波源和暂态过程的影响,从而在理论上解决了传统方法选线准确率低的问题。
3.7 遥感式小电流接地选线原理
文[10]利用带电导体周围产生电磁场,交变电流的幅值可以通过在其激励的电磁场中的某一点所感应出的电动势的大小直接反映出来的原理,测量导线中电容电流5次谐波的变化情况,来判断故障线路。其做法是: 在所有的输电线出口处,都装设一个遥测装置(探测器),而这个装置只接收电容电流中的5次谐波电磁场,每个装置接收的信号再集中送至中心处理装置比较出信号最强的线路,这条线路就是发生接地故障的线路。由于采用遥感接收,使得装置与电力系统一次设备不发生直接接触,是保证电力系统安全运行的较理想的装置。
3.8 负序电流选线原理
文[11]提出一种利用负序电流及负序电流与零序电流比较的故障选线原理。它基于以下特点: 负序电流由故障点产生,流向电源和非故障线路,与电源的负序电流方向基本相反; 由于故障相电压在接地故障过渡电阻上产生故障电流,故障线路的负序电流与故障相电压相位一致。另外,在假设馈线保护安装处到线路末端的线路长度较短的条件下,I'OK≈I'2K, 即故障线路K保护安装处的负序电流近似等于零序电流。由这种原理构成的保护装置具有不受弧光接地影响,抗过渡电阻能力强,负序电流与零序电流比较式接地保护具有自适应等优点。但负序电流绝大部分由故障线路流向电源,非故障线路负序电流很小,方向准确测量困难,这就使得负序方向接地保护在实际配置中使用的可能性较小; 另外,当线路K保护安装处到线路末端线路较长时,负序与零序方向保护的假设不一定成立。该技术还有待进一步研究。
3.9 基于小波变换的接地选线原理
小波分析对暂态信号和微弱信号的变化较敏感,能可靠地提取出故障特征[12]~[14]、[19]。小波变换奇异性检测及模极大值理论已提出了实现故障启动和选线方法。文[15]运用由小波变换发展而来的小波包技术分解故障暂态信号,根据不同接地方式,选择能量集中的不同频带作为选线频带; 对中性点不接地配电网,选择能量集中的高频频带; 对中性点经消弧线圈接地的配电网,选择能量次最大的调频频带,并提出了基于波形识别和模值比较的故障选线逻辑判据,最终给出选线序列。
3.10 模式识别和多层前馈神经网络方法
文[16]提出用统计模式识别中基于最小错误的贝叶斯(Bayes)决策方法和人工神经网络方法进行小电流接地选线。它将故障后各线路零序电流看作某类故障的一个模式,通过人工神经网络的训练与学习来判断故障模式,从而实现故障选线。
4 尚需解决的问题
目前,国内的选线装置多采用零序电流及其高次谐波原理实现故障选线,首半波法、有功分量法等其它方法也均有采用。但是小电流系统的一个重要特征就是故障电流稳态分量幅值小,无论是谐波分量还是基波分量,都容易被干扰信号所淹没,二次侧的零序电流又容易受到CT中的不平衡电流的影响,因此基于谐波原理的装置在实际运行中易造成误判。
5 结论