Fault diagnosis in neutral point indirectly grounded system basedon information fusion

In neutral point indirectly grounded systems, phase-to-ground fault is putting new demands on fault diagnosis technology. Information fusion is applied to detect the phase-to-ground fault, which integrates several sources of information, including line current, line voltage, zero sequence current and voltage, and quintic harmonic wave component. This method is testified through the simulation of Matlab. Simulation results show that the precision and reliability of the detection has been greatly increased.

基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网具有不存在换相失败等优点。但换流器存在低惯性、弱阻尼等特性,导致故障电流上升速度快且峰值高,对系统危害极大。针对直流配电网发生单极接地故障难以准确选择故障馈线的问题,提出了一种基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法。首先,利用变分模态分解算法对各馈线零模电流进行分解,选取特征分量。然后,计算特征分量的二阶导数,选择拐点密集区并进行归一化处理,得到各馈线的凹凸波动性。最后,判定凹凸波动性与其他馈线相异的线路为故障线路。仿真结果表明,所提方法能够快速识别故障馈线,且受过渡电阻、采样频率、数据窗和噪声等因素影响小。

配电网间歇性重燃电弧模型的建立与断续弧光接地故障特征分析研究

电弧间歇性重燃是配电网单相接地故障最显著的特征。现有的电弧模型甚少考虑电弧间歇性重燃特性,导致无法精确描述断续弧光接地特征,进而影响继电保护动作。为此,论文提出一种间歇性重燃电弧模型的建立方法,并在此基础上对断续弧光接地故障特征进行了分析。弧道阻抗的随机变化是电弧间歇性重燃的重要标志,故论文重点围绕弧道阻抗变化的随机性和重燃时间间隔的随机性开展间歇性重燃电弧模型的研究。黑盒电弧模型中,Cassie-Mayr联合模型能完整的描述电弧电流从大电流到小电流的变化过程,但存在从大电流变化为小电流的判据模糊,转换过程突变的问题。为此,论文通过引入连续过渡函数解决上述问题。同时,为描述弧道电阻的变化特性,利用Fermi函数对联合模型中Mayr模型和Cassie模型进行权重分配。以改进的Cassie-Mayr单次燃弧模型为基础,根据工频熄弧理论,通过设置燃弧时间长短表征间歇性重燃的随机性,从而建立了间歇性重燃电弧模型。利用该模型,对典型10kV配电网单辐射型网架结构的接地故障进行模拟仿真,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)和小波包分析提取了不同条件下故障电压、电流、高次谐波、零序分量以及频率分布等故障特征。研究结果表明:改进后Cassie-Mayr联合模型不但解决了电弧电流从大电流到小电流的转换突变问题,且不同模型权重占比的分配更能准确地表征实际燃弧弧道阻抗变化的随机性;通过设置电弧燃弧时间长短,准确地描述间歇性重燃的随机性;电弧断续时刻为非整数周期下的过电压、过电流幅值高于整数周期;电缆线路增大了故障线路电流,过电流可达3.81~7.20pu,不利于熄弧;大电流系统故障相零序电流主频在0~400Hz,小电流系统故障相零序电流主频在1200~1600Hz。

基于VMD和改进聚类算法的配电网故障选线方法

为提高小电流接地系统单相接地故障的选线准确率,设计了一种基于调幅调频函数的变分模态分解VMD(variational mode decomposition)与K-means++聚类算法相结合的故障选线方案。对故障发生后各条线路零序电流信号进行VMD分解,得到多个自适应频带特征的本征模态函数;构造以低频分量的波形相关系数为横坐标和以高频分量初始极性为纵坐标的二维平面,在该二维平面绘制代表各出线的散点分布图;最后通过K-means++聚类算法对所构造的散点点集进行聚类分析,利用代表故障线路的散点属于离群点的特点,筛选出故障线路。通过Pscad软件进行仿真验证,结果表明,该故障选线方法不受条件改变的影响,能够实现对故障线路的准确识别,具有较好的抗噪能力。

起始破裂点位置对1932年昌马地震动的影响分析

起始破裂点位置是强地面运动模拟和预测的关键输入参数。为了进一步探究起始破裂点位置对强震模拟结果的影响,本文将非均匀凹凸体模型引入随机有限断层法,模拟了1932年昌马地震的强地面运动。结果显示:震中PGA随着起始破裂点位置的变化呈现明显的差异,产生高PGA值的起始破裂点大部分分布在断层左侧。起始破裂点对区域内PGA≥800 cm/s^(2)的空间分布影响有限,并且震中区PGA是整个区域内的最大值;对100~200 cm/s^(2)的PGA空间分布有较大影响;对其余范围PGA的空间分布影响较小。PGA衰减关系受起始破裂点位置的影响较大,起始破裂点位于断层中部和中下部偏右时,计算结果与第五代中国地震动参数区划图中的预测衰减关系较为符合。起始破裂点位置对反应谱影响的结果表明:震中的反应谱受到的影响有限。对不同周期反应谱空间分布的研究发现:反应谱值分布均呈现随周期增大而衰减的趋势。相较于其他部位的起始破裂点,起始破裂点位于断层底部时的反应谱值分布随周期的变化规律有明显不同。本文讨论了起始破裂点位置对昌马地震研究区域内PGA和反应谱的影响,研究结果可为地震动模拟时起始破裂点位置在断层上的选择提供参考。

一种基于经验模态分解和局部极大值点数的配电网高阻接地故障检测方法

配电网高阻接地故障(HIF)因故障特征微弱而难以被常规装置检测到,容易引发过电压、火灾和人身触电等安全问题。本文提出一种将时频分解和阈值判断结合的HIF识别方法。首先,利用经验模态分解(EMD)对零序电流进行处理;然后,选取第二个固有模态分量(IMF)作为特征分量并进行高斯滤波;最后,统计特征分量的局部极大值点的个数来判断是否发生HIF。利用PSCAD/EMTDC软件搭建10kV配电网模型进行算法验证。仿真结果表明,所提方法能够以较高的准确率将HIF和一些常见的干扰事件区分开,并且在发生噪声干扰、采样率变化、系统中性点接地方式改变及系统网络结构改变的情况下,均表现出较好的适应性。

电力系统中非对称接地和断线故障分析

将对称分量法应用到中性点不接地电网非对称故障分析中,用于计算电网各位置的故障后电流和电压,并首次应用零序序网图解释中性点偏移的物理含义。然后本文系统介绍了中性点接地和不接地电网非对称故障中负序和零序分量的分布问题,最后对接地短路和断线故障进行了对比分析。

快速动态响应同步调相机转子引线断裂故障分析

大型调相机的安全稳定运行关乎着电网电压的稳定、动态无功支撑水平和新能源消纳能力。该文研究了一起实际的调相机转子引线断裂故障,综合现场检查、返厂解体检查、试验分析、故障复现实验及其他换流站同型号调相机的检查结果,发现转子引线的设计及工艺方面存在缺陷,径向存在约4mm的悬空区域,加之长期运行磨损,最终导致调相机引线断裂烧熔触发跳机。从引线设计方案优化和实际运行工况着手,充分研判该型号调相机转子引线各段结构的可靠性及适用性,深入研究各种工况下的离心力及振动,保证引线及配套绝缘紧固连接,论证得出治理方案,为在运工程及后续新建机组安全可靠性奠定基础。

基于无线通信的多点接地故障定位研究

为了精准提取三相电流故障分量,提升多点接地故障定位效果,提出一种基于无线通信的多点接地及故障定位方法。利用ZigBee无线通信技术采集并传输多点接地电流信息;以无线传感器为节点,利用相邻节点信息的故障网络电流提取法,获取邻近节点间的电流差,即多点接地暂态零序三相电流故障分量;依据该故障分量,建立多点接地故障定位模型;利用自适应二进制差分进化算法求解故障定位模型,通过自适应调整的变异因子与交叉因子,改进二进制差分进化算法,获取更为精准的故障定位求解结果。实验证明,该方法可精准传输三相电流信息,合理提取三相电流故障分量,且与实际情况相符。在不同过渡电阻与相位角时,该方法接地故障定位误差仅有0.04。

矿山供电系统单相接地故障区段定位方法

中性点非有效接地的矿山高压供电系统发生单相接地故障后,故障暂态过程交叉干扰严重,故障信号呈现出很强的非线性、非平稳性、高时变性和复杂性,故障定位难度很大。针对此难题,提出了一种基于分布散度的故障区段定位方法。首先,通过等效电路分析了故障特性,研究并采用Choi-Williams分布(Choi-Williams Distribution,CWD)时频能量谱克服故障信号中多频率成分交叉干扰。然后,采用改进KL散度表征故障区段上下游信号时频分布差异,处理上下游信号CWD时频能量谱中重叠部分,消除故障区段上下游信号相似成分的不利影响。在此基础上,借助零序电流信号CWD-KL散度构建了故障定位判据。最后,仿真测试与对比分析验证了所提方法的有效性与优越性。

同步发电机转子绝缘监察方法

随着电力工业的发展,电力系统越来越庞大且复杂。目前仅依靠人工检测发电机转子绕组绝缘电阻的方式耗时耗力,越来越无法满足电力系统的需求。为此提出了同步发电机的转子绝缘监察方法,该方法可自动计算出发电机转子绕组的接地电阻,能够用于非在线监测同步发电机转子绕组接地电阻。阐述了同步发电机的基本原理,分析了转子接地的发生及其危害性,并给出相应的措施,进一步提出了转子在运行中的监视方法。该方法能够节省大量人工测量和计算的劳动强度,对确保发电机安全可靠运行具有重要意义。

基于发电机转子接地保护的可靠性分析与建议

上海某燃机电厂的发电机转子接地保护配置了两套注入式保护,分别为工频电压注入式及1~3 Hz低频方波注入式。由于两套转子接地保护之间在原理上相互影响,因此在运行中只投运一套(以1~3 Hz低频方波注入式转子接地保护为主),另一套保护备用。近期该厂#4发电机1~3 Hz低频方波注入式转子接地保护出现过两次保护回路故障报警,均由发电机转子接地碳刷接触不良引起。通过对该保护原理及保护回路逻辑的介绍,找出了转子接地保护回路故障的原因,并对发电机转子接地保护的可靠性进行分析,提出了相应的建议与措施。

油田配电网中性点接地方式的优化及认识

配电网系统是油田生产的动力系统,配电网的经济、安全运行,直接关系到油田的产量及生产成本。配电网中性点接地方式的选择决定了配电网的经济性和可行性。目前油田配电网主要采用中性点不接地的方式,随着油田电网规模逐渐扩大,该方式已逐渐暴露出易断电、检修速度慢的缺点。通过分析原有中性点接地方式在生产运行中存在的问题,探讨现场试运行配电网中性点经消弧线圈并联电阻接地的优势及在油田应用的可行性。试验表明,该接地方式可为油田提供更加安全、可靠的配电系统,可实现提高油田生产时率、降低运行成本、减轻劳动强度的目的,具有良好的推广应用前景。

双重转子吸振器的参数优化

为解决因质量不平衡造成的燃气轮机转子过共振时振动过大的问题,提升系统故障容许度,对双重双接地式转子吸振器进行研究。利用有限元法建立了双重吸振器-转子系统的动力学模型,建立以吸振器参数为自变量的参数优化数学模型,并利用差分进化法进行最优参数求解。吸振器的最优频率比随质量比增加并逐渐趋近于1.2。与等质量比的单体吸振器相比,双重吸振器的放大率低约0.12,安装吸振器后转子的故障容许度提高了约0.12。当双重吸振器的两个单体吸振器质量不同时,放大率也随之变化。当单体质量比为0.055:0.045时,放大率为0.392,而质量比为0.09:0.01时,放大率为0.31。此外,质量较大的单体吸振器安装位置越靠近目标放大率越低,转子故障容许度越高。因此,双重双接地式转子吸振器比同质量的单体吸振器的抑振效果更佳,含吸振器的转子的故障容许度更高;高质量差配置的双重吸振器具有更佳的抑振效果;双重吸振器的合理利用能为转子安全运行提供一定保障。

Grounding Locations Assessment of Practical Power System

Grounding Points (GPs) are installed in electrical power system to drive protective devices and accomplish the person nel safety. The general grounding problem is to find the optimal locations of these points so that the security and reli ability of power system can be improved. This paper presents a practical approach to find the optimal location of GPs based on the ratios of zero sequence reactance with positive sequence reactance (X0/X1), zero sequence resistance with positive sequence reactance (R0/X1) and Ground Fault Factor (GFF). The optimal values of these indicators were deter-mined by considering several scenarios of fault disturbances such as single line to ground on a selected area of the Iraqi National Grid (132 KV) taking into account the statue of GPs for transformers in the other substations. From the presented results in this paper, it is noted that GFF calculated for some substations could be used to measure the effectiveness of GPs. However, the operated time of relay can be taken as a criterion of this measurement for selecting the best location of GPs.

基于零序导纳变化的跨线异名相两点相继接地故障检测

小电流接地系统中普通单相接地的故障检测技术已逐渐成熟,但一些特殊的接地故障的特征与检测方法仍需深入研究。文中针对不接地系统与谐振接地系统发生的跨线异名相两点相继接地故障,建立了等值电路模型,分析了后发接地故障前后故障路径与非故障路径的电气量特征。分析发现非故障路径零序导纳始终不变,而在两个接地点过渡电阻均小于3000Ω的条件下,故障路径零序导纳的模值或相角至少有一项存在明显差异。基于此,提出了基于零序导纳变化的小电流接地系统跨线异名相两点相继接地时后发故障检测方法,可进一步实现后发故障选线与定位。基于数字仿真和实际故障数据验证了故障特征分析的正确性与检测方法的可行性。

配电网相电源馈入中性点的接地故障相主动降压消弧新原理

针对配电网接地故障转移技术无法灵活调控系统零序电压,及基于电力电子器件的有源消弧技术精确控制实现复杂、实施条件较严苛的问题,提出配电网相电源馈入中性点的接地故障相主动降压消弧方法。基于中压电网单相电压调控不影响线电压的特性,由接地变压器二次侧提取系统固有线电压相量,对电源电势进行相序重组,通过注入变压器升压反馈输入至配电网中性点,并调节注入变压器变比调控故障相电压,降低故障相电压至接地故障点燃弧电压以下,实现接地故障主动降压消弧;进一步对比分析了接地变压器二次侧非全相反馈输入与配电网接地故障持续期间,系统内各序分量的变化规律,分析了电源电势反馈机制对配电网运行的影响,并研发了相电源馈入中性点的接地故障相主动降压消弧成套装置。在PSCAD/EMTDC仿真环境与真实的10kV配电网实验场中模拟各种运行和故障工况,对所提主动降压消弧方法的效果及序分量特性进行了验证与测试。仿真与实验测试结果表明,相电源馈入型消弧装置能够主动抑制故障点电压,消除接地故障残流,实现接地故障的快速、可靠消弧。

变速抽蓄机组转子绕组接地故障保护及定位方法

变速抽蓄机组转子绕组采用三相交流励磁的特殊结构,导致现有的转子接地保护方法不再适用。为此,提出一种变速抽蓄机组转子绕组接地故障的保护及定位方法。通过在转子滑环外经限流电阻接注入式装置构成转子接地保护的方案。基于注入式原理,提出对地电容参数和故障电阻的在线计算方法,根据接地故障电阻大小判断是否发生接地故障并确定保护出口方式。根据转子转向和转速大小考虑转子绕组电势的相位分布,将故障相绕组各槽导体连接处视为虚拟故障点并计算其对应的参考电势比值。比较实际电势比值与各虚拟故障点的参考电势比值,将差异最小的虚拟故障点视为故障位置,实现接地故障定位。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方法的有效性。

不接地系统异名相两点接地故障工频电气量及其对选线的影响分析

中性点不接地系统异名相两点接地且至少一个故障点过渡电阻较大时,故障电流较小出线保护不能直接切除,仍需依赖接地故障选线装置实现保护。根据故障边界条件建立不接地系统异名相两点接地故障复合序网,利用节点阻抗矩阵分别推导出两个接地点故障电流、系统零序电压等工频电气量随两个接地点过渡电阻的变化规律,并进一步分析了其对现有选线技术的影响。结果表明,异名相两点高阻接地时工频电气量总体特征与传统小电流接地故障特征相近,零序电压一般介于两个故障点单独接地时的零序电压之间,其中两个故障线路出口的零序电流既不符合故障线路特征也不符合健全线路特征,已有稳态选线原理并不完全适用。最后,利用数字仿真和现场数据验证了理论分析的正确性。

针对多点接地故障的变压器铁芯建模优化与电流特征研究

针对变压器铁芯多点接地故障,对接地电流进行研究,提出了一种实际应用上更简便的均匀化建模方法,并验证方法的准确性。同时通过建立变压器铁芯多点接地故障有限元模型,在Maxwell三维瞬态模式下对变压器多点接地故障进行有限元分析计算,探究了变压器铁芯多点接地故障下短路电流特征。