99久久99久久精品国产片果冻,粉嫩av久久一区二区三区,日本高清www午色夜com,国产成 人 综合 亚洲网站,97人妻无码一区二区精品免费

  • 頭條全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)
    2020-09-01 作者:陳曉彬、黃昕、高銳  |  來(lái)源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
    分享到:
    導(dǎo)語(yǔ)廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司揭陽(yáng)供電局、北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司的研究人員陳曉彬、黃昕、高銳,在2019年第11期《電氣技術(shù)》雜志上撰文(論文標(biāo)題為“縱向電流特征接地短路定位方法在氣體絕緣金屬封閉輸電線路管廊工程中的應(yīng)用討論”),介紹了氣體絕緣金屬封閉輸電線路接地短路情況下故障點(diǎn)定位的幾種原理,在分析了總長(zhǎng)5.8km的氣體絕緣金屬封閉輸電線路工程接地條件后,提出了一種全新的定位原理,詳細(xì)說(shuō)明了基于縱向電流特征的專(zhuān)利定位方式,并給出了具體的實(shí)施辦法。 基于縱向電流特征的定位方法主要識(shí)別工頻接地電流的幅值和相位特征,定位系統(tǒng)采用了分布式向量采集構(gòu)架,具有N冗余、高可靠、原理簡(jiǎn)單、布線和維護(hù)便捷的優(yōu)點(diǎn)。

    江河底部輸電采用氣體絕緣金屬封閉輸電線路(gas-insulated metal enclosed transmission line, GIL),具有可靠性高、故障率低、運(yùn)維工作量小、不受海拔和大氣條件影響的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于總長(zhǎng)為5.8km的GIL,每個(gè)氣室長(zhǎng)度約100m,單個(gè)GIL分段長(zhǎng)度為18m,共分為6相。

    出現(xiàn)相對(duì)地短路故障后,檢修維護(hù)人員需要迅速定位故障氣室,通過(guò)離線氣體分解物檢測(cè)確認(rèn)故障氣室后,查找發(fā)生故障的分段并更換。如何在接地短路故障后迅速定位成為一個(gè)需要解決的實(shí)際問(wèn)題。

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

     

    1 定位方法

    由于GIL工程案例較少,GIL的故障定位沒(méi)有可直接參考的成熟方法,定位的方法一般沿襲自電網(wǎng)同類(lèi)設(shè)備,例如氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(gas insulated switchgear, GIS)、架空線路等,可供參考的定位方法列舉如下。

    1.1 超聲法

    超聲法利用故障時(shí)刻電弧產(chǎn)生的超聲波特征確定故障點(diǎn)的位置,超聲法需要按照傳感器的靈敏度沿線等距離布設(shè)傳感器。超聲法具有不受電氣量干擾的優(yōu)點(diǎn)。

    但超聲信號(hào)相對(duì)故障時(shí)刻的電氣信號(hào)較弱,屬于間接定位法,在各相GIL殼體上均需要獨(dú)立裝設(shè)傳感器,造價(jià)高、GIL故障后更換一次設(shè)備時(shí)維護(hù)不便,有時(shí)還需要實(shí)現(xiàn)全線采集器的同步采樣。

    1.2 可聽(tīng)聲法

    GIL在短路時(shí)由于故障電流很大,會(huì)產(chǎn)生比較大的聲音,短路聲響沿隧道傳播,通過(guò)麥克風(fēng)可探測(cè)聲響的強(qiáng)弱,從而確定故障的大致位置??陕?tīng)聲法原理簡(jiǎn)單,無(wú)需同步采樣,傳感器無(wú)需安裝在GIL殼體上。但可聽(tīng)聲法定位精度低,容易受到管廊內(nèi)通風(fēng)設(shè)備噪聲的干擾,靈敏度低。

    1.3 分解物法

    電弧會(huì)引發(fā)SF6氣體的分解,通過(guò)化學(xué)傳感器可以靈敏地探測(cè)到氣體分解物,通過(guò)分解物含量可確認(rèn)短路故障的發(fā)生。分解物法可靠性高,是最終確認(rèn)GIL一次解體的判據(jù)。

    但分解物法和超聲法一樣,需要逐相、逐氣室安裝傳感器,只能定位到氣室級(jí)別,定位精度無(wú)法再提高。由于氣室較長(zhǎng),分解物的擴(kuò)散需要較長(zhǎng)的時(shí)間,延長(zhǎng)了故障停電的時(shí)間。

    1.4 行波法

    由于GIL屬于同軸波導(dǎo)結(jié)構(gòu),故障行波傳輸?shù)臈l件比較好,波前陡度有利于定位精度的提高,通過(guò)安裝在GIL內(nèi)部的電容傳感器可以很方便地獲得行波前沿。行波法只需要在GIL兩端裝設(shè)傳感器,短路故障后基本不妨礙GIL本體的更換。

    但行波法需要在GIL兩端實(shí)現(xiàn)同步高速采樣,設(shè)備同步精度要求高、造價(jià)高、可靠性低、冗余度低。此外,在分合閘時(shí)刻發(fā)生短路時(shí),行波法需要區(qū)分分合閘行波和故障行波,這對(duì)于在線判據(jù)是比較困難的。

    1.5 故障電流法

    本文討論的基于縱向電流特征接地短路定位的方法屬于故障定位法。

    由于GIL管廊工程大都使用盾構(gòu)掘進(jìn)方式,管廊內(nèi)的接地方式與常規(guī)變電站有一定差異,可利用故障時(shí)刻短路電流的特征實(shí)現(xiàn)定位功能。

    故障電流法又可分為橫向電流法和縱向電流法,橫向電流法測(cè)量GIL殼體引下線的工頻電流特征,縱向電流法測(cè)量流向兩端引接站的工頻電流特征。橫向電流法不必逐相配置傳感器,只需為每條GIL線路配置引下線的傳感器(三相共用引下線),縱向電流法可實(shí)現(xiàn)兩回GIL線路共用傳感器,故障電流法的傳感器安裝在接地回路上,對(duì)GIL本體的維護(hù)影響較小。故障電流法測(cè)量的是短路電流,被測(cè)信號(hào)能量巨大,屬于直接測(cè)量法,具有原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)便捷、維護(hù)方便、同步要求低、冗余度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

    2 管廊接地分析

    GIL管廊大都采用盾構(gòu)掘進(jìn)方式,管廊由預(yù)制管片逐環(huán)自動(dòng)拼裝形成,通過(guò)同步注漿填充管壁縫隙控制沉降。盾構(gòu)管廊對(duì)江底土層無(wú)特殊接地措施,依靠混凝土散流。

    GIL北引接站地網(wǎng)接地電阻為0.504Ω,南引接站地網(wǎng)接地電阻為0.153Ω,管廊內(nèi)接地材料采用50×5銅排4根,分別供兩回GIL和兩回500kV電纜接地,管廊內(nèi)每5m設(shè)置一個(gè)鋼筋接地樁,銅排就近連接到鋼筋接地樁上,4根銅排間依靠鋼筋連接。管廊的接地條件如圖1所示。

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖1 GIL管廊截面示意圖

    管廊混凝土外殼壁厚0.55m,直徑11m,按照電阻率200Ω?m考慮(普通混凝土),近似認(rèn)為鋼筋位于外殼壁厚的中部,每100m的混凝土擴(kuò)散電阻約為16mΩ。縱向金屬結(jié)構(gòu)僅考慮4根截面為250mm2的銅排,每100m的地網(wǎng)縱向電阻為1.75mΩ,使用無(wú)限電阻網(wǎng)絡(luò)估算對(duì)地短路時(shí)電流的分布。

    圖2中的I1、I2即為縱向電流,橫向的混凝土散流電阻和縱向的銅排電阻之比決定了接地電流在空間上的分布,計(jì)算得到I2/I1=I4/I3=0.72,含義為GIL縱向故障電流每百米衰減72%,此即為故障電流的空間衰減常數(shù),全部接地電流衰減到1%時(shí)需要約1400m。故障電流的空間衰減常數(shù)可通過(guò)對(duì)地網(wǎng)注入工頻電流的方式實(shí)測(cè)獲得。圖3所示為縱向電流幅值空間分布的示意圖。

    考慮管廊內(nèi)縱向還有GIL外殼和鋼筋縱向?qū)Я?,故障電流的空間衰減會(huì)減小,如果管廊使用的是防水混凝土,橫向散流電阻會(huì)增大,這些都有利于故障電流縱向流通,沿管廊軸向的空間分布會(huì)更廣、電流幅值梯度更小,兩岸管廊入口近端短路時(shí),部分短路電流可能從南北引接站的地網(wǎng)入地。圖4所示為故障電流分布的示意圖。

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖2 估算接地電流分布的電阻網(wǎng)絡(luò)

     

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖3 縱向電流空間分布梯度示意圖

    除了幅值特征外,縱向電流的相位特征也十分明顯。接地故障電流相對(duì)系統(tǒng)電壓的相位由特高壓變壓器短路阻抗、特高壓線路阻抗決定,由于這些阻抗主要為感性阻抗,無(wú)論潮流方向如何,接地故障電流相對(duì)系統(tǒng)電壓的相位變化不會(huì)太大。

    接地故障電流最終大部分流向送端的接地點(diǎn),故障電流時(shí)間上相位差異不大,但在GIL短路點(diǎn)兩側(cè),故障電流的空間相位分布相差接近180°。在其他運(yùn)行方式下,故障電流的空間相位分布也接近于180°,具有和差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障接近的特征。

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖4 故障電流空間分布示意圖

    在互感器極性都指向同一引接站的條件下,故障點(diǎn)兩側(cè)電流向量的相位示意關(guān)系如圖5所示。

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖5 故障點(diǎn)兩側(cè)縱向電流相位特征示意圖

    綜上所述,接地故障時(shí)沿管廊軸向流動(dòng)的縱向地網(wǎng)電流有較為明顯的幅值和相位特征,通過(guò)沿線布設(shè)縱向電流傳感器,可實(shí)現(xiàn)接地故障的定位。在管廊壁混凝土橫向擴(kuò)散電阻較小時(shí),縱向電流的空間梯度分布較陡,可使用幅值判據(jù)定位;縱向電流的空間相位特征十分明顯,故障點(diǎn)兩側(cè)傳感器采集到的電流相位相差約180°,通過(guò)相位判據(jù)可將故障點(diǎn)定位于兩傳感器之間。

    3 試驗(yàn)?zāi)M

    為驗(yàn)證故障電流的幅值和相位特征,采用小比例試驗(yàn)的方式實(shí)測(cè)接地電流。在一條直線上每隔2m打入一個(gè)接地樁,共5個(gè)接地樁,使用4mm2銅線將5個(gè)接地樁串聯(lián)起來(lái),使用220V調(diào)壓器(配隔離變)模擬系統(tǒng)電壓,交流50Hz故障電流從中間的接地樁C注入,測(cè)量故障電流的幅值和相位特征。試驗(yàn)接線如圖6所示。

    為模擬濕潤(rùn)地(如江底)土壤潮濕環(huán)境,使用灌水方式降低土壤電阻,使得土壤電阻率達(dá)到10Ω?m以下。試驗(yàn)設(shè)備位于對(duì)地絕緣的臺(tái)面上,試驗(yàn)環(huán)境實(shí)景如圖7所示。

    注入電流為500mA時(shí),5個(gè)接地樁之間的4段銅線電流幅值見(jiàn)表1。從表1中可以看出,靠近注入點(diǎn)C(故障點(diǎn))的兩段導(dǎo)線電流最大,具備幅值定位的條件。

    在示波器上查看故障點(diǎn)兩側(cè)電流的相位關(guān)系, 具有明顯的反相關(guān)系,具備相位定位的條件。圖8所示為實(shí)測(cè)波形。

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖6 模擬試驗(yàn)接線圖

     

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖7 模擬試驗(yàn)實(shí)景

     

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    表1 縱向電流幅值表

     

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖8 注入電流相位關(guān)系實(shí)測(cè)圖

    4 定位方案

    4.1 傳感器安裝

    縱向電流法的定位精度取決于傳感器的安裝密度,按照18m的定位精度考慮,可在每個(gè)GIL分段的接地引下線處安裝一個(gè)傳感器,測(cè)量引下線南北兩側(cè)的電流幅值和相位,全線共安裝約165個(gè)傳感器,測(cè)量330個(gè)電流的幅值和相位。由于測(cè)量的是縱向接地電流,兩條GIL線路的6相可共用傳感器,只需從GIL繼電保護(hù)設(shè)備獲得故障相別的信息即可。

    如GIL最小方式下短路容量為13kA,最大方式下短路容量為63kA,為避免被測(cè)電流過(guò)大,可采用在接地銅排上并聯(lián)分流線的方式獲得被測(cè)電流,這不僅沒(méi)有破壞地網(wǎng)的接地阻抗,也大大簡(jiǎn)化了傳感器的安裝施工。分流線一共330根,總長(zhǎng)5.8km。圖9所示為傳感器的安裝方式示意圖。

    每根分流線兩端間的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)定位區(qū)間,采用幅值判據(jù)時(shí),故障點(diǎn)位于縱向電流幅值最大的分流線左右的定位區(qū)間內(nèi);采用相位判據(jù)時(shí),故障點(diǎn)位于相位反相的兩個(gè)或3個(gè)分流線區(qū)間內(nèi);綜合使用幅值和相位判據(jù)時(shí),可進(jìn)一步提高定位的可靠性和準(zhǔn)確性。

    傳感器采用壓鑄鋁防水殼體,可貼地安裝在GIL支架上,完全不影響GIL本體的維修,傳感器的安裝位置示意圖如圖10所示。

    4.2 分布式采集系統(tǒng)

    分布式采集系統(tǒng)由3層構(gòu)成,分別是定位主機(jī)、數(shù)據(jù)集中器和傳感器,系統(tǒng)構(gòu)架如圖11所示。GIL管廊中每500m有一面輔助控制柜,輔助控制柜間有光纖環(huán)網(wǎng),數(shù)據(jù)集中器安裝在輔助控制柜內(nèi),通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)和引接站內(nèi)的定位主機(jī)通信,將傳感器的錄波數(shù)據(jù)集中匯總分析。

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖9 傳感器電氣安裝位置示意圖

     

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖10 傳感器安裝位置示意圖

     

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖11 分布式采集系統(tǒng)構(gòu)架圖

    數(shù)據(jù)集中器通過(guò)4芯電纜連接就地安裝的傳感器,其中兩芯為AC 220V電源,給傳感器供電,另外兩芯為RS 485總線,在輔助控制柜左右各250m范圍內(nèi)的傳感器通過(guò)“手拉手”方式連接,這種方式相對(duì)于輻射狀布線大大簡(jiǎn)化了施工難度。圖12所示為傳感器的“手拉手”接入方式圖。

    全新的定位方法,可簡(jiǎn)便快捷查找GIL的接地短路故障點(diǎn)

    圖12 就地安裝的傳感器接入方式圖

    4.3 同步方式

    由于需要對(duì)比全線約330個(gè)電流的相位關(guān)系,所有傳感器的工頻電流必須有相位可比性,這一點(diǎn)可以通過(guò)電源同步的方式實(shí)現(xiàn),即傳感器除了采集兩路縱向電流外,還采集本裝置的供電電壓,傳感器上送的電流相位均以本裝置的供電電壓為參考基準(zhǔn),同一電壓供電傳感器的電流相位具備可比性,這一方式在容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中已有大量應(yīng)用。

    GIL管廊內(nèi)的供電分別從兩岸引接站接入,為避免兩岸引接站電源相位不一致帶來(lái)的問(wèn)題,可將定位系統(tǒng)按電源來(lái)源分為南北兩段,在管廊中部?jī)啥味ㄎ幌到y(tǒng)設(shè)置一定的空間重疊,重疊部分的縱向電流被兩段定位系統(tǒng)冗余采集,重疊部分的冗余采集可以給出兩岸電源的相位差,這樣全線的縱向電流就具備了相位可比性。

    采用了電源同步方式后,各傳感器的采樣可以異步執(zhí)行,這大大簡(jiǎn)化了采集器的實(shí)現(xiàn),也降低了系統(tǒng)的整體難度和工程預(yù)算。各采集器獨(dú)立采樣并啟動(dòng)錄波,由于故障前后接地電流變化顯著,通過(guò)工頻突變量方式可以很好地兼顧啟動(dòng)判據(jù)的速動(dòng)性、選擇性、可靠性和靈敏性。傳感器為監(jiān)測(cè)裝置,誤起動(dòng)后僅會(huì)增加一次無(wú)效的錄波數(shù)據(jù),這個(gè)影響可以通過(guò)定位主機(jī)的軟件智能消除,因此傳感器的起動(dòng)判據(jù)可以設(shè)計(jì)的很靈敏,杜絕縱向電流漏采集的發(fā)生。

    當(dāng)某個(gè)傳感器失效時(shí),不相鄰傳感器仍然可構(gòu)成完整的定位系統(tǒng),僅定位精度有所下降。在極端情況下,單個(gè)輔助控制柜失電時(shí),縱向電流法仍然可以保證500m級(jí)別的定位精度,而超聲法則可能完全無(wú)法定位,縱向電流法具有N冗余的可靠性,這是其他方式所不能比擬的。

    結(jié)論

    本文提出了一種全新的定位原理,并詳細(xì)說(shuō)明了基于縱向電流特征的專(zhuān)利定位方式,給出了具體的實(shí)施辦法。該方法是通過(guò)對(duì)工頻接地電流相位和幅值的空間分布實(shí)現(xiàn)定位。分析與試驗(yàn)表明,基于縱向電流特征接地短路定位的方法具有技術(shù)難度小、原理簡(jiǎn)單、安裝方便、不影響一次維護(hù)、造價(jià)相對(duì)較低、冗余度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。