變電站交流竄入直流故障信號(hào)監(jiān)測(cè)探究

1、變電站交流竄入直流故障信號(hào)監(jiān)測(cè)探究摘要電力系統(tǒng)中，直流接地是直流系統(tǒng)常見故 障，并且交流竄入直流回路的接地故障危害性更大。文中分 析了該故障發(fā)生原因和交流竄入直流信號(hào)監(jiān)測(cè)原理，提出了 交流竄入直流故障的有效監(jiān)控手段和故障告警措施。關(guān)鍵詞直流接地監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào)：tg434. 1+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：tg文章編號(hào)：1009914x (2013) 340025011研究背景在變電站內(nèi)直流電源運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)直流接地等故障， 它的存在對(duì)繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)有較大影響，而交流 竄入直流系統(tǒng)的接地故障還對(duì)繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置及直 流系統(tǒng)接入的設(shè)備有很大的破壞作用。但目前缺乏對(duì)“交流 竄入直流故障”有效的監(jiān)控

2、手段和故障告警措施，僅局限于 人工排查單一手段。新的國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)反事故措施要求：“在運(yùn)行和檢修中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)的管理，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)程、 規(guī)定及反措，防止直流系統(tǒng)故障，特別要防止交流電壓、電流串入直流回路，造成電網(wǎng)事故。新建或改造的變電所，直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置,應(yīng)具備交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能。原有的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，應(yīng)逐步進(jìn)行改造，使其具備交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能。”可見，交流竄 入直流故障的測(cè)記及告警也是現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維、檢修迫切需要解決 的問題。2.故障案例分析2. 1故障案例2011年8月，某330kv變電站主變壓器跳閘，110kv母 線失壓，導(dǎo)致其饋供的15座llokv

3、變電站失壓。2.2事故發(fā)生原因雨水通過縫隙漏入傳動(dòng)箱后沿密度繼電器電纜流入機(jī)構(gòu)箱并滴入箱內(nèi)溫濕度控制器（該控制器電源部分為220v交流，信號(hào)部分為220v直流），造成溫濕度控制器中交、 流回路間短路，交流電壓串入直流i段，造成接于直流i段 的兩臺(tái)變壓器非電量出口中間繼電器（主跳）接點(diǎn)抖動(dòng)并相 繼出口跳閘。2. 3保護(hù)誤動(dòng)機(jī)理從交流竄入直流系統(tǒng)引起保護(hù)誤動(dòng)機(jī)理分析：所用交流 系統(tǒng)是一個(gè)接地系統(tǒng)，直流是一個(gè)絕緣系統(tǒng)，因此一旦交流 竄入直流系統(tǒng)，必然會(huì)造成直流系統(tǒng)故障：1）引起直流系統(tǒng)金屬性接地，絕緣監(jiān)測(cè)裝置工作異常。2）引起廠站系統(tǒng)監(jiān)控裝置誤發(fā)大量告警信息，而且頻 繁刷新。3）引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)

4、，尤其是變壓器非電量保護(hù)的誤動(dòng)。2.4交流竄入直流系統(tǒng)主要原因1）工作人員誤接線。由于現(xiàn)場(chǎng)接線復(fù)雜，工作人員很可能將交流線直接接到直流系統(tǒng)中,造成交流直接竄入直流系統(tǒng)。2）交直流電纜絕緣下降或損壞。交直流走線時(shí)，布線過近，電纜使用時(shí)間過長(zhǎng)之后，容易絕緣下降或絕緣損壞， 造成交流竄入直流系統(tǒng)。3）直流電纜對(duì)地電容過大。由于對(duì)地電容的存在，容 易造成交流竄入直流，對(duì)地電容是不可能消除的，當(dāng)此電容 值大于一定值時(shí)，交流電對(duì)分布電容充放電，電流超過繼電 器的動(dòng)作電流，引起繼電器誤動(dòng)作。4）開關(guān)質(zhì)量不合格，直接造成交流竄入直流。3 交流竄入直流監(jiān)測(cè)原理 如下圖所示，為一段直流系統(tǒng)等效電路圖。其中，c1+

5、、c1-分別為直流正負(fù)母線對(duì)地電容。r1 +、r1-分別為直流母 線對(duì)地電阻。v+、v-分別監(jiān)測(cè)正母線對(duì)地電壓和負(fù)母線對(duì)地 電壓。當(dāng)交流電侵入直流系統(tǒng)，直流母線對(duì)地電壓將呈現(xiàn)正 弦波形。而直流母線正負(fù)兩端電壓不會(huì)變化。因此，通過檢 測(cè)直流系統(tǒng)對(duì)地電壓的變化可以判斷出是否發(fā)生交流侵入。當(dāng)母線正極發(fā)生交流侵入時(shí)，我們用示波器測(cè)量到正母線對(duì)地電壓是向上平移的正弦波形；當(dāng)直流母線負(fù)極發(fā)生交 流侵入時(shí)是向下平移的正弦波形。但是正負(fù)母線之間的電壓 始終恒定值，是一條直線。因此只有通過測(cè)量正負(fù)母線對(duì)地電壓，才能有效正確的 判斷直流母線的運(yùn)行狀況。4交流竄入直流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于上述分析，監(jiān)測(cè)終端采用雙dsp高速數(shù)

6、字處理技術(shù), 采用16位高速ad對(duì)正負(fù)母線對(duì)地電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。4. 1終端軟件濾波技術(shù)終端軟件采用fir數(shù)字濾波技術(shù)，有效濾除干擾信號(hào)。fir濾波器具有嚴(yán)格的線性相位，在實(shí)際的有限精度運(yùn)算中都不存在穩(wěn)定性問題運(yùn)算誤差較小，fir濾波器可以采用快 速傅里葉變換算法，在相同的階數(shù)條件下，運(yùn)算速度可以更 快。4. 2建立信號(hào)數(shù)學(xué)模型終端軟件采用fft快速傅里葉變換將時(shí)域采樣信號(hào)變換 到頻域進(jìn)行有效分析、計(jì)算。傅里葉變換在物理學(xué)、數(shù)論、 組合數(shù)學(xué)、信號(hào)處理、概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、密碼學(xué)、聲學(xué)、光 學(xué)、海洋學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用（例如在 信號(hào)處理中，傅里葉變換的典型用途是將信號(hào)分解成幅值分 量

7、和頻率分量）。傅立葉變換用于信號(hào)的頻率域分析，一般我們把電信號(hào) 描述成時(shí)間域的數(shù)學(xué)模型，而數(shù)字信號(hào)處理對(duì)信號(hào)的頻率特 性更感興趣，而通過傅立葉變換很容易得到信號(hào)的頻率域特 性。假設(shè)采樣頻率為fs,信號(hào)頻率為f,采樣點(diǎn)數(shù)為n。那 么fft變化之后，結(jié)果就是一個(gè)為n點(diǎn)的復(fù)數(shù)。每一個(gè)點(diǎn)對(duì) 應(yīng)著一個(gè)頻率點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)的模值，就是該頻率值下的幅度特 性。具體跟原始信號(hào)的幅度有什么關(guān)系呢？假設(shè)原始信號(hào)的 峰值為a,那么fft的結(jié)果的每個(gè)點(diǎn)（除了第一個(gè)點(diǎn)直流分 量之外）的模值就是a的n/2倍。而第一個(gè)點(diǎn)就是直流分量, 它的模值就是直流分量的n倍。而每個(gè)點(diǎn)的相位呢，就是在 該頻率下的信號(hào)的相位。第一個(gè)點(diǎn)表示直流分

8、量（即ohz）, 而最后一個(gè)點(diǎn)n的再下一個(gè)點(diǎn)（實(shí)際上這個(gè)點(diǎn)是不存在的， 這里是假設(shè)的第n+1個(gè)點(diǎn)，也可以看做是將第一個(gè)點(diǎn)分做兩 半分，另一半移到最后）則表示采樣頻率fs,這中間被nt 個(gè)點(diǎn)平均分成n等份，每個(gè)點(diǎn)的頻率依次增加。例如某點(diǎn)n所表示的頻率為:fn= （n-1） *fs/n。由上面的公式可以看出，fn所能分辨到頻率為為fs/n, 如果采樣頻率fs為1024hz,采樣點(diǎn)數(shù)為1024點(diǎn)，則可以分 辨到lhzo 1024hz的采樣率采樣1024點(diǎn)，剛好是1秒，也 就是說，采樣1秒時(shí)間的信號(hào)并做fft,則結(jié)果可以分析到 1hz,如果采樣2秒間的信號(hào)并做fft,則結(jié)果可以分析到 0. 5hzo如

9、果要提高頻率分辨力，則必須增加采樣點(diǎn)數(shù)，也 即采樣時(shí)間。傅里葉變換簡(jiǎn)單通俗理解就是把看似雜亂無章的信號(hào) 考慮成由一定振幅、相位、頻率的基本正弦（余弦）信號(hào)組 合而成，傅里葉變換的目的就是找出這些基本正弦（余弦） 信號(hào)中振幅較大（能量較高）信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率，從而找出雜 亂無章的信號(hào)中的主要振動(dòng)頻率特點(diǎn)。4. 3實(shí)現(xiàn)故障錄波通過硬件軟件的完美結(jié)合，交流竄入直流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)交流侵入進(jìn)行有效告警，不會(huì)發(fā)生誤報(bào)，漏報(bào)，當(dāng)發(fā) 生交流竄入時(shí)可以立即進(jìn)行報(bào)警。并可以對(duì)故障波形進(jìn)行實(shí) 時(shí)記錄。通過終端自帶的真彩液晶顯示屏可以查看各項(xiàng)采集 數(shù)據(jù)，查看正負(fù)母線對(duì)地電壓的實(shí)時(shí)波形，進(jìn)行歷史故障波 形的查看，也可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行