基于有源消弧暂态衰减信息的配电网接地故障跟踪检测方法

现有配电网单相接地故障检测技术缺乏消弧过程的故障程度跟踪与选线能力。该文充分利用消弧过程中的暂态信息,建立考虑线路参数不对称的集总参数等效模型,论证消弧过程零序电压衰减直流特征的物理意义,提出考虑快速消弧的配电网故障检测新方法,对于低、高阻接地故障均有较高的检测灵敏度。实际应用中,仅需观测消弧全补偿电流投切过程中零序电压及零序电流波形,即可实现过渡电阻测量、故障程度跟踪与故障选线,具有瞬时性故障实时跟踪、故障检测与故障消弧同步进行的优势,操作简单、易于实现。仿真实验证实了方法的有效性,为配电网故障检测提供了新的理论依据。

三相分布参数不对称配电线路接地故障检测与消弧技术综述

配电线路普遍存在具有随机差异性的对地分布参数不对称,现有接地故障保护原理往往在配电线路三相分布参数严格对称的基础上提出,如何提升不对称配电线路接地故障检测与消弧的可靠性是当前故障保护应重点解决的问题。该文立足于国内外配电网接地故障保护的研究进展,首先阐述了配电线路三相分布参数不对称形成的因素,探讨了配电线路三相分布参数不对称对系统零序等效模型、零序电压轨迹和绝缘参数测量的影响。然后,论证了配电线路三相分布参数不对称对零序电流和接地电流的影响,梳理归纳了在不对称影响下故障检测与消弧的研究现状。最后,对计及配电线路三相分布参数不对称随机差异性的单相接地故障检测与消弧发展趋势进行了总结与展望,以期为未来接地故障的研究方向提供参考和建议。

基于合闸宽频振动信号的绕组机械状态评估

针对基于离散频率振动信号的绕组机械状态诊断方法无法真实反映绕组结构特性,且对于绕组早期松动故障灵敏度低的问题,提出了基于合闸暂态宽频振动信号的变压器绕组机械状态检测方法。首先,研究了变压器空载合闸时绕组轴向振动机理,基于最小作用原理建立了双导线振动模型动力学方程;其次,通过鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,简称WOA)优化的变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)得到包含绕组基频和机电耦合效应下高频分量的模态分量;最后,计算信号的样本熵值(sample entropy,简称SampEn)和频谱峰值,依据样本熵及频谱峰值的变化对变压器绕组机械状态进行检测。研究结果表明:伴随固有频率的变化绕组会出现参变谐振;WOA‑VMD算法降噪效果优于普通VMD算法;基于宽频振动信号的绕组机械状态诊断方法能够有效反映绕组松动故障,验证了基于宽频响应变压器绕组故障诊断的可行性。

大型变压器绕组轴向固有频率振动分布特性与试验分析

为了分析在线运行状态下变压器绕组固有频率的分布特性和在线识别绕组轴向压紧状态,根据圆环电流空间磁场分布,建立了大型变压器漏磁场的解析模型,分析了绕组安培力分布情况;然后对绕组每层线饼作静力分析,考虑预紧力、自身重力和轴向安培力稳定分量对变压器绕组固有频率的影响,分析了负载状态下绕组固有频率的分布特征;最后给出轴向安培力交流分量作用下变压器绕组的轴向受迫振动反应和由振动产生的动生电动势的成分。研究结果表明,轴向安培力稳定分量作用下变压器绕组固有频率分布特征为:绕组两端线饼的固有频率减小、绕组中部线饼的固有频率增大。在变压器绕组100 Hz的轴向振动与50 Hz的漏磁场作用下将产生阻碍磁通变化的150 Hz和50 Hz分量的动生电动势。

新型接地故障基波电流全补偿柔性控制系统

单相接地故障电流和间歇性弧光过电压严重影响供电系统的安全,为此提出一种偏置接地柔性控制系统,其具有中性点不接地系统和谐振接地系统的优点。中性点不接地系统正常运行时加入偏置元件,实现电网电容电流和绝缘电阻的精确测量,测量结果不受电网不对称度的影响;当发生单相接地故障后,根据故障前后零序电压和测得的线路分布参数计算故障电流,比较各相电压与故障电流的相位实现故障选相,选相结果不受过渡电阻的影响;然后在故障相的超前相对地接入一阻感性补偿元件,补偿元件可实现接地故障基波电流的全补偿,可有效地将故障相电压钳制为零,消除电弧重燃的可能性。由于高阻接地故障的接地电流小、零序电压位移度小,不满足电弧自燃的条件,因而根据接地电流实际测量值柔性控制补偿元件的投切,为配电网接地故障消弧提供新的理论。

不对称电网不完全接地故障零序电压轨迹及应用

小电流接地系统单相接地故障选相的传统判据是建立在电网对地参数严格对称的条件下形成的,由于电网不对称度的普遍存在,当电网发生不完全接地故障时,特别是经高阻接地时,传统判据失效。详细分析并给出电网发生不完全接地故障后的零序电压轨迹,根据零序电压变化的特征将平面坐标系分成若干扇区,每个扇区与电网参数"不平衡矢量和"相对应。研究发现,零序不平衡电压处在的扇区不同,随着过渡电导的增加,零序电压的幅值和相位变化均出现不同的特征,可根据零序电压轨迹变化的规律特征,实现单相不完全接地故障相的判别。理论及仿真分析表明,所提方法可有效解决不对称电网发生不完全接地故障相的识别。

注入电流馈线分布特征及其在接地故障检测中的应用

注入法是配网接地故障保护的重要方法之一,然而实际接地故障存在过渡电阻,尤其是高阻接地故障时,传统注入电流分布模型和故障检测方法的有效性受到严重影响。为解决配网单相经高阻接地故障检测的难题,构建了基波注入电流在多馈线配网中的精准分布模型,提出可消除电网分布参数不对称影响的接地故障判定和选线新方法。通过对线路零序电流成分的分解,发现非金属性接地故障下每条线路中均存在注入电流,且分布在每条线路中的比例等于当前工况下该线路零序导纳与系统总导纳的比值,将该比值定义为"分担系数"。针对不同接地方式,刻画出分担系数随过渡电阻变化的轨迹特征,并提出了基于分担系数幅相特征的不对称配电网单相接地故障识别和故障选线方法,理论上消除电网三相分布参数不对称的影响,具有耐受过渡电阻能力强的优势。实际应用中仅需调节一次注入电流并测量被检线路零序电流的变化量,操作简单、易于实现。

不平衡零序电压快速精准抑制与电压消弧全补偿优化控制方法

现有配电网不平衡零序电压抑制方法需要多次注入电流,逐步跟踪抑制,存在控制过程复杂、收敛速度慢的缺点。当电网发生单相接地故障后,传统电压消弧法未计及电网三相对地分布参数不对称的影响,未能将故障相电压完全抑制为0,从而导致接地点存在残余电流,不能实现100%消弧。该文在建立注入电流诱发配电网零序电压变化机制的基础上,实现了配电网自然不平衡电流的在线测量,论证了配电网三相对地分布参数不对称对接地点残余电流的影响,提出了仅需调节一次注入电流即可实现不平衡零序电压快速精准抑制和电压消弧全补偿的新方法,并给出接地故障判定、零序电压抑制与消弧的优化控制方案。理论和仿真证实,该方法在电网正常运行时无需多次调参而能将不平衡零序电压精准快速抑制为0,且当发生单相接地故障时具备补偿电网三相对地分布参数不对称产生的残余电流,可将故障相电压完全抑制为0,实现100%电压消弧全补偿。

有源柔性接地配电网弧光高阻接地故障检测方法

针对配电网高阻接地尤其是弧光高阻接地故障检测准确率低的问题,该文采用中性点注入电流增量的方式构造故障诊断特征参量,提出配电网高阻接地故障检测新方法,对弧光高阻接地故障有着较高检测灵敏度。实际应用中,仅需向配电网注入选定的电流增量,测量电网零序电压和线路零序电流的变化量即可实现系统和线路绝缘参数测量、接地故障判定与故障程度跟踪监视、故障选相和选线等,具备消除注入电流调控、配电线路分布参数不对称和接地燃弧感性分量等因素对检测结果的影响,操作简单、易于实现。仿真和故障模拟实验证实了方法有效性,为配电网弧光高阻接地故障快速安全处置提供理论依据。

基于失谐量的消弧线圈跟踪调谐方法

为实现消弧线圈的跟踪调谐,提出基于失谐量(ωCΣ-1/(ωL))的消弧线圈跟踪调谐方法。对于消弧线圈并阻尼电阻接地的配电网,改变消弧线圈并联阻尼电阻的大小,测量中性点电压的幅值和相位。通过相位的变化便可判断消弧线圈的补偿状态,根据中性点电压的幅值、阻尼电导和现有的消弧线圈电感值即可计算失谐量,以此失谐量作为反馈量可求出线路对地电容的大小,进而调节消弧线圈可实现电网无功电流的跟踪控制补偿。通过Matlab进行相应的仿真计算,表明变阻尼测量对系统运行影响小,在预调式和随调式消弧线圈中均可使用。

参数不对称配电线路的等效模型与接地故障检测方法

为了提升配电网高阻接地故障检测的灵敏度,提出基于配电线路参数不对称度跟踪监测的单相接地故障检测方法。针对配电网各线路分布参数具有随机差异性的特征,定义了表征线路参数不对称的参量,论证了配电线路形成零序电流的临界条件和流通路径,建立了计及线路参数不对称随机差异性的配电网零序网络等值运算模型,提出了配电线路对地阻抗和不对称度等参量测量方法,实现了单相接地故障选线、选相和过渡电阻测量。根据故障类型优选故障检测方案,高阻接地时人为调控零序电压提高故障检测灵敏性,低阻故障时仅依赖零序电气信息变化量快速检测故障。仿真实验结果验证了所提检测方法的有效性。

基于S变换D-SVM AlexNet模型的GIS机械故障诊断与试验分析

机械故障是气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)最主要的故障之一,尚缺乏有效的在线诊断方法。为此该文利用GIS断路器激振能力强的优势,以GIS断路器分合操作为激振源,根据振动信号所包含的设备机械特性信息对GIS各构件的机械状态进行评估。搭建了包含3种GIS典型机械故障的试验模拟测试系统,并提出了一种基于S变换D-SVMAlex Net模型的GIS机械故障诊断方法。利用S变换处理断路器动作激发的非平稳振动信号,得到含有设备机械特征的时频图谱;建立D-SVM AlexNet模型,使用预训练的Alex Net神经网络模型提取S变换图像特征作为预测变量,通过Fitcecoc函数拟合支持向量机(support vector machine,SVM)进行图像预分类,根据模糊矩阵显示的分类结果筛选出有效测点;将有效测点的时频图送入AlexNet进行迁移学习,获得经微调后的神经网络模型。实验验证发现,训练完毕的卷积神经网络的故障诊断训练准确率达到99%,验证准确率达到92%,具备较好的时频图像分类效果,可实现GIS机械故障的有效诊断。

零序电压产生机理及过渡电阻测量和选相方法

不对称电网高阻接地故障相的选择和过渡电阻的测量较为困难。文章从新的角度阐述电网零序电压的产生机理和物理意义:不对称电网将自适应的产生零序电压,零序电压在零序阻抗上产生的电流完全补偿电网的"零序不对称电流"。根据零序电压产生的机理,解释中性点不接地系统不存在零序电流的原因,给出中性点经阻抗接地电网零序电压的等效运算电路图,实现接地故障电流的预测。通过比较各相电压与故障电流的相位可判别出故障相,然后根据故障相电压和故障电流的幅值计算过渡电阻。理论分析及仿真验证表明所述方法不受电网不对称和负荷电流变化的影响,精度高,应用方便。

跟踪补偿消弧装置变参调谐通用方法

为实现消弧线圈精确跟踪调谐,适应不同变参调谐方式,提出了跟踪补偿消弧装置变参调谐通用方法。对于通过改变支路阻抗(变参)的形式实现自动跟踪调谐的消弧线圈,测量变参前后零序电压或中性点电流的幅值和相位差即可精确测量电网对地分布总电容和分布总电导,参数的变化可以是电阻或电感单个参数的变化,也可以是电阻和电感2个参数同时变化。由于不受变参形式的影响,在预调式和随调式消弧线圈中均可适用。仿真计算结果表明,该方法可在线实时测量,不影响系统运行,实现了消弧线圈的跟踪控制补偿。

消弧线圈变阻尼跟踪调谐方法

为实现消弧线圈的跟踪调谐,提出了消弧线圈变阻尼跟踪调谐方法。调节消弧线圈并联阻尼电阻的大小,测量阻尼电阻改变前后中性点电压或中性点电流的幅值和相位。根据测量的幅值和相位信号即可准确计算出谐振接地系统失谐量和绝缘电阻,以此失谐量作为反馈量求出系统分布总电容,进而调节消弧线圈可实现电网无功电流的跟踪控制补偿。通过MATLAB进行相应的仿真计算,表明该方法可在线实时测量,不影响系统运行,测量精度高,实现消弧线圈的跟踪控制补偿,在预调式和随调式消弧线圈中均可使用。

谐振接地系统零序电压轨迹及精确控制方法

针对谐振接地系统现有中性点位移电压抑制方法的不足,提出电网正常运行时脱谐度和阻尼率的最优控制条件。为实现零序电压的精确跟踪控制,分析随调式消弧线圈不同脱谐度和预调式消弧线圈不同阻尼率下的零序电压轨迹。根据电网绝缘参数和当前消弧线圈支路阻抗下的零序电压值,可计算出限制中性点位移电压的精确控制条件,包括随调式消弧线圈过(欠)补偿的精确电感值和预调式消弧线圈并联的精确电导值。仿真试验验证了所提方法的有效性。

GIS壳体振动机理和局部放电优化诊断与应用

为探究气体绝缘组合电器(GIS)电磁感应振动和局部放电(partial discharge,PD)引发电力设备异常振动的机理,建立计及集肤效应的GIS感应涡流及其电磁力的分布模型,设置GIS金属尖端PD发展实验。同步测取GIS局部放电发生时的脉冲电流和GIS壳体振动信号,融合机电信号发掘GIS局部放电的振动特征和机理。研究发现,电磁感应振动与局部放电引发GIS壳体振动存在明显差异,其中局部放电引发GIS壳体振动频率与脉冲间隔频率分布一致且能量集中分布在该频段的50Hz倍频处。最后,构建粒子群算法(PSO)优化的支持向量机(SVM)模型实现不同放电程度的模式识别,并进行实际应用。

星–三角接法的多层绕组分数槽永磁电机谐波磁动势分析

为解决分数槽永磁电机电枢绕组磁动势中存在高幅值低次谐波这一难题,该文对多层绕组采用星-三角(Y-(35))接法的分数槽集中绕组永磁电机进行理论分析,推导出适用于任意匝数比例、机械角度差的谐波磁动势计算方法,并由三相电机推广到m相分数槽永磁电机。基于该方法,该文进一步以10极12槽分数槽永磁电机为例,研究如何利用Y-(35)接法的多层绕组结构抑制高幅值低次谐波磁动势的方法,并给出其绕组匝数比例、偏移角度的关系表达式。最后,利用有限元软件建立不同绕组层数、不同接法的三相10极12槽永磁电机的二维有限元模型。仿真结果表明,当多层绕组分数槽永磁电机采用给定的绕组匝数比和偏移角度的Y-(35)接法绕组时,可以有效抑制低次高幅值谐波,减少分数槽永磁电机中铁心和永磁体涡流损耗,提高电机的运行性能。

基于DSP和ARM的便携继电保护测试仪设计

为了提高继电保护测试仪输出信号的质量和频率分辨率,提出了一种不牺牲每周波拟合点数而使输出信号频率最高至1 000 Hz、频率分辨率达到0.001 Hz的算法。根据需求,DSP计算出波形拟合点和触发时序逻辑信号后,CPLD根据时序信号触发DAC输出波形,波形经功率放大、变压器运放等环节处理,由DSP采集到的反馈信号通过数字PID算法调整,使最终输出信号快速且稳定地达到预设值。测试仪的变压器模块独立化设计,提高了装置的便携性。经检测,该测试仪各项输出满足实际应用要求。

高压电抗器匝间短路三维模型计算与分析

为了研究干式空心电抗器匝间短路电流、磁场和电动力随匝间短路故障位置变化的分布规律,基于磁场-电路耦合电磁学理论,建立了外电路约束条件下干式空心电抗器匝间短路故障的三维磁场-电路计算模型。采用有限元法计算正常状态下该模型的电感与各层电流,将计算结果与解析法所得结果、实测数据进行对比,验证了该模型的准确性。建立匝间短路故障模型,精确计算匝间短路电流。研究结果表明:当电抗器发生匝间短路故障时,短路电流较正常电流急剧增加,不同位置的匝间短路故障的短路电流呈现出端部向中心位置、内层向外层增大的趋势;匝间短路故障处的磁场与电动力迅速增大,短路层的磁场与电动力方向发生改变。