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故障诊断有关硕士论文开题报告范文 与一种高压串补阻尼回路故障诊断方法方面硕士学位毕业论文范文

分类:论文范文 原创主题:故障诊断论文 发表时间: 2023-12-23

一种高压串补阻尼回路故障诊断方法,本文是故障诊断有关硕士学位毕业论文范文与高压和阻尼和故障诊断相关硕士学位毕业论文范文.

一种高压串补阻尼回路故障诊断方法研究

苏 晓1 陈红平2 俞 海2

(1超高压输电公司南宁局 广西 南宁 537000 2 荣西电力传输技术有限公司 辽宁 鞍山 114051)

摘 要:文章提出了基于火隙电流检测的高压串补阻尼回路状态诊断方法,包括通过采样火隙导通时刻的电流,同相的线路电流,计算阻尼回路频率,从理论推导出了实时计算阻尼回路中阻尼电阻阻值计算方法,同时结合实际工程应用设计了计算程序并进行了验证.

关键词:高压串补;阻尼回路;故障诊断;保护策略

中图分类号:TM727

文献标识码:A

doi:10.3969/j.issn.1665-2272.2017.12.050

0 引言

高压串补在全世界都有广泛的应用.我国自从2000年首套500KV高压串补设备投运以来,国家电网公司和南方电网公司都在高压输电网络中大规模使用串联电容器补偿技术.常规高压串补工程的主接线如图1所示.在串补一次主设备的保护中,现有标准或应用只提及了金属氧化物限制压器(MOV),电容器火隙的保护.主要的国际与国内标准对于高压串补中另外一个比较重要的设备阻尼回路的故障检测和保护都没有具体的规定.国内外实施的所有高压串补中都没有配置阻尼回路的故障检测及其对应的保护策略.国内的串补工程调试和实际运行中都出现过阻尼回路损坏的情况,如图2所示.阻尼回路损坏后,如不能及时发现和处理,如果遇到间隙需要触发的情况,将严重损害电容器组和旁路开关,严重情况下会导致电容器单元群爆.

1 仿真建模分析

建立模型的基本思路:串补在区内故障发生时,MOV迅速动作,随后1ms间隙触发,然后经过约30ms旁路断路器合闸.在这个过程中,流经阻尼回路的电流包含了系统短路电流和电容器放电电流两部分,其中电容器放电是高频分量,其频率由电容器和阻尼电抗器共同确定,而系统短路电流则是工频分量.高频分量会快速衰减,工频分量则会保持较长的时间.由于无论电抗器与电阻器的参数是否变化,工频分量都是接近的,因此通过工频分量无法成为有效判据.为了减少工频分量的干扰,仿真模型的主要器件只有电容器、阻尼回路和旁路断路器,如图3所示.

模型简介:最上面的直流电源用于给电容器充电,其电压为电容器保护水平(一般为额定电压的2.3倍),待充电完成后,断开BRK1,随后等待一段时间,闭合BRK2.电容器开始对阻尼回路放电.

阻尼回路为电阻器和电抗器并联.其中电抗器与一个小的电阻串联,是为了模拟电抗器的内阻.

2 阻尼回路理论分析

2.1 阻尼回路分析

阻尼回路异常,如发生电阻爆炸,其实际暂态过程不是是一个简单的RLC回路放电问题.其过程中伴随着电弧放电等过程,其数学模型非常复杂,其电气特性也较为复杂,此处主要针对正常情况下间隙型阻尼回路进行理论分析(见图4).

正常情况下,可以认为是电容的零状态响应.

iR+iL+iC等于0(1)

C等于■等于iC和iR等于■、uc等于L■ (2)

式中:……;……;…….

将(2)与(1)联立解齐次微分方程有:

s1,2等于-■&plun;■等于-β&plun;■

iR等于■e-βt■sin(ω′t+arctan■)

其中ω′等于■

2.2 阻尼回路间隙放电波形包络线特性分析

根据以上章节电路模型的分析可知,阻尼回路间隙放电时刻的回路电流.其振荡包络线公式为:

iR等于■e-βt■

(3)

该公式的电流峰值间隔时间相同,但大小受R以及其他变量影响,假设第一个、第二个至第n个电流峰值分别为i1、i2……in,对应时间为t1、t2

i1等于■e-βt1■

i2等于■e-βt2■

R等于■

根据上式可以计算R具体数值,阻尼回路包络线包含多个峰值,忽略波峰小于1kA电流并取之前相邻多个波峰计算平均值(见图5).

2.3 阻尼回路间隙放电频率特性分析

根据自振频率计算公式,有以下公式:

f等于■

(4)

其中L为阻尼电感,C为串联电容,计算结果f频率为电感在正常状态下的理论值,例如某串补站L为0.4mH,C为192.33uF,计算正常频率为:

f等于■等于574Hz

(5)

当出现匝间短路以后,L变小会导致阻尼回路放电频率变大.但是要避免落在6n&plun;1倍基波频率范围内,否则会造成电网中的谐波在串补影响下发生谐振.

3 阻尼回路故障时放电波分析

由于电阻本身的故障情况较为复杂,其损坏或爆炸之后,可能出现部分开路,部分短路,还有部分电路呈现出小的电抗的特性,同时阻尼回路损坏时的放电过程会涉及到电弧放电,主设备对平台放电等过程.

本节分析阻尼电阻损坏或阻尼电抗损坏后的阻尼回路放电波形.然后与实际工程阻尼回路故障情况下的现场故障录形进行对比.

3.1 较理想损坏案例

以南方电网公司某工程A串补站为例,2011年在设备调试阶段,阻尼回路发生了故障.实际工程中阻尼回路电阻由若干电阻并联而成,其中一只发生断裂.下文先理论分析一下理想情况下其损坏故障类型下的间隙放电仿真波形(见图6).

理想情况下,如果部分阻尼电阻出现了故障,间隙放电波形的衰减效果将变慢.

图7是该工程串补阻尼回路部分电阻损坏波形,与仿真波形基本相似,根据包络线方法结合频率方法计算分析,选择波峰大于1kA的波峰采样点,见表1.

由表1可以看出,用包络线计算,可得电阻为6Ω,该项目阻尼装置电阻设计为11.7Ω.频率计算可以得到频率为2222Hz,根据项目频率设计范围应在590Hz.

根据以上分析,计算结果已经偏离正常设计值较远,存在较大阻尼损坏可能性.事后检查发现阻尼电阻并联支路有一只断裂损坏,与计算结果相符.

3.2 非理想损坏案例

2012年南方电网另外一个串补工程B串补站在设备启动发生阻尼回路损坏事件,在短路试验下阻尼回路电阻爆炸,阻尼电阻开路同时接线掉落在平台造成分流的非理想故障,理论分析理想情况下不同故障类型下的间隙放电仿真波形(见图8).

理想情况下,如果全部阻尼电阻出现了故障,间隙放电波形的衰减效果将极慢.

图8是该工程串补阻尼回路电阻全部损坏波形,因为发生了平台接地分流,实际波形与仿真波形差异较大,根据包络线方法结合频率方法计算分析,选择波峰大于1kA的波峰采样点(见表2).

由表2可以看出:用包络线计算,可得电阻为1.94Ω,该项目阻尼装置电阻设计为5Ω.频率计算可以得到频率为2222Hz,根据项目频率设计范围应在570Hz.

根据以上分析,虽然复杂非理想故障无法通过分析得到与实际故障相符的定量结果,但计算结果已经偏离正常设计值较远,定性得出阻尼损坏结论.事后检查发现阻尼电阻并联支路全部损坏并有支路接平台情况,判断正确.

4 工程应用设计

以玉林工程为例,工程设计阻尼回路放电频率为574Hz.从采样到的阻尼回路电流计算得到其放电频率为555Hz.考虑到设备制造偏差以及测量误差和采样频率的影响,计算得到的放电频率与设计者非常吻合.

将玉林工程主设备参数根据实际波形采样包络线方法计算得到阻尼回路电阻值为4.2Ω,实际工程设计值为4Ω,同样考虑到测量误差,计算得到的电阻值与实际值非常接近.

根据IEC中高压串补阻尼回路设计标准,电容器组放电时提供足够的阻尼,快速阻尼电容器的放电电流,根据这一设计原则使用火隙放电波形作为阻尼电流判断依据符合设计标准.

根据以上原则,得出了图11所示的算法:

基于上文的理论分析和实际工程验证,提出如下阻尼回路故障诊断及保护策略

由于阻尼电阻损坏有多种可能性,既会对电阻值产生影响,也可能会同时增加一个小的电抗,从而导致频率的变化.电阻变化采用包络线,分别记录主间隙电流互感器的电流峰值以及其对应相对时间,然后根据公式计算得到电阻阻值,如果计算所得电阻阻值偏离设计值较远,则认为电阻故障.电感变化采用高频放电频率计算分析,频率偏离设计值较远则认为阻尼回路元件存在异常.如果出现以上两个判据条件任一一个就应上平台对阻尼回路设备进行检查.

5 结论

文章通过阻尼回路的建模分析,提出包络线算法与频率算法检验阻尼回路的方法,该方法通过判断阻尼电阻与电感值和实际设计值的,应用在串补实际阻尼回路故障案例能够明确判断,填补串补阻尼回路设备保护的空白,提高串补设备运行的安全稳定.

参考文献

1 赵晋泉,邓晖,吴小辰,等.基于广域响应的电力系统暂态稳定控制技术评述[J].电力系统保护与控制,2016(5)

2 CASSOLA F,BURLANDO M. Wind speed and wind energy forecast through Kalman filtering of numerical weather prediction model output[J]. Applied Energy,2012(9)

(责任编辑 高 平)

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