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电力系统变电站实时故障诊断技术

2018-11-30单志鹏张美勇

科技与创新 2018年17期
关键词:差动故障诊断变压器

单志鹏,张美勇

(1.国网浙江省电力有限公司温州供电公司,浙江 温州 325000;2.国网浙江瑞安市供电有限责任公司,浙江 温州 325200)

电力系统的实际运行表明,大多数发生的故障都是功率开关的器件的损坏,最为常见的就是开关器件开路或者是直通。电力系统故障诊断的关键是提取故障的特征,故障特征的含义是指对于反应故障的征兆的信号经过处理后,就可以得到反映设备以及它的系统故障的种类以及部位和程度的综合量。我们对电力系统进行故障诊断的目的主要是为了早期预防,提高对设备的管理水平,方便在出问题的时候进行检修。此外,还可以缩短维修的时间,且对设备的设计制造水平的提升有一定的帮助,对设备使用率提高和改善产品品质质量都有很重要的指导意义。

1 电力系统概述

目前,对基于变电站故障诊断的分层分布式故障诊断系统正在进行研究。分层分布式故障诊断系统可对变电站故障进行实时检测,并最终上传检测结果。该结果可作为电力系统故障诊断的输入,故障诊断的过程可简化,在一定程度上提高了故障诊断系统的响应速度。

变电站的实时故障诊断功能有以下2点:①该继电器可用于保护动作信号和断路器断电后的跳闸信息;②利用变电站的实时故障电流和故障电压进行故障诊断。

2 等值导纳模型的故障诊断方案

当变电所内部出现故障时,变电站的实际导纳突然发生变化,因为它是不一样的。例如,变电站的总线I,j,k发生了变化,发生了小故障,则自己实际的导纳YII,Yjj,YKK都会发生变化。如果变压器发生故障,其实际的相互准入也会相应改变,但变压器的等效导纳矩阵不变。所以,有些电流由变压器实时测量或计算电流,电流就不再相等了。因此,在以上分析的基础上,可以判断变电站存在一定的故障。

在使用变电站等效导纳模型时,主要用于变电站故障诊断。一般情况下,基于等效导纳模型的电流计算时间不应过长。此外,如果变压器发生故障则很难区别,因为两个变压器都可能存在故障,也可能是变电站母线存在故障。主要原因是变电站等效导纳矩阵的自导纳和互导纳可能发生变化。

3 故障的诊断方式

事实上,每个变电站都是电力系统网络中包含部分节点的网络割集。因此,在一般情况下,相应相电流的正常运行应符合切集电流的规律。所谓切集电流定律,就是变电站各相的所有输出线路之和为0.因此,由于这一规律的发现,变电站的故障诊断是容易的。变电站网络割集的所谓故障诊断方法是将整个变电站视为电网,作为网络割集的几个节点之一。因此,它是一种简便的变电站故障诊断方法。当然,上述提到,如果变压器故障不是一个很好区别的故障,因为两个变压器可能均存在故障,也可能是变电站母线故障,主要原因是变电站等效导纳矩阵的自导纳和互导纳可能发生变化。因此,在面对这种情况时,应分别考虑变压器和母线的故障诊断方法,加以区分。

4 网络割集故障诊断的故障检出方式

4.1 变电站故障的元件诊断与检出

当变电站发生故障时,经检查后,根据检查结果,可以对故障元件进行检测。在对上述故障进行检查后,可以根据结果进行判别。如果这类故障是线型故障,可以用一种非常简单的判断线路故障的方法来确定故障的具体线路。由于所有的故障线路均有最大的电流,所以很容易判断。如果遇到更加复杂的情况,可以使用最大故障电流测试方法来确定检测到的故障功率的方向。由于故障启动后很容易获得最大势垒电流,所以,故障线的检测非常快速、简单。

4.2 故障线路的诊断与检出

一般情况下,变压器和母线同时发生故障的概率不会被考虑,主要是因为其概率很小。因此,在变压器故障中,没有必要对母线进行计算。此时,变压器故障检测模块检测区域中有故障的差动电流,总线故障检测模块检测区域外有故障的不平衡电流。当变电站母线发生故障时,变压器故障是区域外的故障。因此,在这种情况下,可以达到相反的效果。在此基础上,通常不调整故障检测的动作值,当变压器发生故障时,变压器故障检测模块检测该区域中故障的差动电流,总线故障检测模块检测区域外故障的不平衡电流。此时,将出现“Icd,b》Icd,m=Ibp 样”。

在传统的变压器差动保护中,一般采用过流制动原理。这是为了防止因区外故障而产生最大不平衡电流,进而导致可能的误操作。但是,如果检测到的电流很小,其灵敏度就不够。对于小电流而言,一般存在于高电阻接地和开路匝间等。在电流较小的电路中,特别是当故障前通过的电流接近额定电流时,当故障电流很小时,无法检测到故障,主要原因是电流太小、制动电流太小,根本无法实现。因此,在变电站网切电流故障诊断中,一般不需要考虑不平衡电流区域以外的故障,且不需要调整故障检测的动作值。所以对于变压器及母线故障的诊断,故障检测动作的灵敏度大幅提升。

变压器差动保护变压器和零序电流保护在早期都是电流型保护。变压器差动保护为变压器的主保护,避免动作与线间(相间)故障。零序电流保护是过电流保护,它是作为变压器的接地保护存在。变压器的差动保护很稳定,主要是由于变压器励磁电流(激磁电流)仅流经变压器的某一侧,因此,通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流。稳态运行时,变压器的励磁电流不大,只有额定电流的2%~5%.在差动范围外发生故障时,由于电压降低,励磁电流减小。所以,这两种情况下所形成的不平衡电流都很小,对变压器的差动保护影响不大。

5 结束语

对于电力系统变电站的实时故障诊断技术,实质上就是变电站的网络割集电流的故障的诊断方式。它是一种综合的诊断方式,能够在整个变电站发生实时故障时,根据故障的信息识别故障的类型以及故障原件,从而完成它对整个变电站不同的电气元件的故障诊断。此外,还可以利用故障信息实现对原有故障检测的简化,以至于在此基础上获得更好的故障诊断依据,达到优化提高的目的。

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