故障定位不接地和高电阻接地系统

131中性点不接地和中性点经高电阻接地系统故障定位ThomasBaldwin,FrankRenovichLynnSaunders,DavidLubkeman摘要：其中最常见和疑难问题解决工业电力系统的位置和消除的接地故障。发生在未接地的接地故障和高电阻接地系统不吸取足够的电流触发断路器或熔断器动作，使得它们难以本地化。目前使用的技术来跟踪故障是耗时和麻烦的。一种新的方法开发关于不接地和高电阻接地故障定位接地的低压系统描述。系统包括一个新的接地故障继电器，工作中低成本故障指示器一起永久压膜在电路中。接地故障继电器采用数字信号处理技术来检测故障，找出有故障相，并测量电距离的变电站。远程故障指示灯用于视觉指明故障所在。得到的系统提供了一种快速、方便、经济、安全检测系统接地故障定位。指数方面：故障的位置，接地故障，高抗接地，不接地系统，接地故障中继。一、引言不接地和高阻抗接地的工业电源系统有一个很大的优势;它们可以无限期运行带接地故障一个阶段中，省去了一个立即关机。一旦故障被定位，对特定电路可被分离，且故障清除在便的时间，造成了控制，最小的中断。这一优势在许多行业，其中瞬时巨大价值故障电路跳闸关键过程会导致的生产，材料和设备的损失。[1,2,3]在操作这些系统的一个主要问题是寻找一个当发生接地故障。搜索可能是困难和耗的。在一个特定的网站，大约有一半的故障很快就被定位;平均所需的其它故障4工时，和一个故障少用了16小时或更长时间。小幅度故障电流由于流动有故障的网络中泄漏（或接地）电容和接地电阻器，如果一个是现在。该系统泄漏电容分布整个网络。它的作用就好像它是一个单集中电容；然而，充电电流可以观察到流动在所有的分支电路。典型的故障电流小于10A。A接地故障继电保护不接地系统的原始操作是保持系统中的接地故障的第一指示之后操作，并尝试定位和之前第二接地清除问题故障可能发生在另一个阶段。当有效的进行，很快，这种方法使电力系统具有近在多数情况下连续操作时，在相间故障情况。立即切断电源到在检测到第一个故障的故障段失败的主要利用高阻抗接地系统。检测接地故障的存在是简单的。用指示灯技术、电压表和对电压敏感的继电器已经应用了许多年。当一个相接地，相对地电压降低向零而另一个的相对地电压阶段上升。在高阻抗接地系统，也可以使用一个电流敏感继电器中的接地电阻电路测量非常小的故障电流。[4]所有这些方法对于接地故障检测是非选择性。该故障相的鉴定，但故障可以在任何地方在网络中的[5]。因为在高电阻的故障电流接地系统可以在大小充电类似电流时，难以将两者分开。从而，定位接地故障是困难的。132B接地故障定位本地化的常用方法是：（1）通过网络交换故障隔离（2）使用信号注入电路跟踪和手持传感器检测器。网络切换是最简单的方法。系统操作员去激励一次一个供料器，分支电路并最终加载，直到故障消失。这标识发生故障的网络部分。搜索过程消除了服务的连续性，这是这些系统的优点。在实践中，搜索被推迟，直到有一个预定打破生产。通常情况下，搜索是由受挫故障消失时，所有的制造设备是关机。搜索是人力密集型，需要训练有素的人员熟悉整个电力系统的网络[5]。电路用叠加信号的跟踪是定位故障的最佳方法。该信号可以以许多方式来提供。对于高阻抗接地系统中，一个共同的信号源是接地故障电流通过接地电阻的调制。这可以通过一第二电阻切换并联的接地电阻器或通过短接的接地的一部分。无论使用哪种方法，一个脉冲电路经营接触器，其切换中的一个较低的电阻接地回路。这由电流表或探测器上的夹具增加了接地故障电流瞬间，使得足够检测。[1,2,3]对于未接地系统中，一个脉动电子信号喷射器（通常被称为一个桑普电路）附着到发生故障的网络，和手持探测器感测信号沿着故障线路。桑普电路是电子音频频率范围内和振荡器被耦合之间的故障相和地面。信号的传播以及故障通路，并且由接收器电路检测到。这样的测试设备是便携式的，只需要被附连时寻找故障。C定位问题定位接地故障电流的做法有一定的弱点，这已经困扰许多工业操作。这些弱点来自三个条件是干经常不被定位方法考虑。他们是：（1）间歇性故障情况，（2）在同一相出现多个故障，及（3）反转接地故障。间歇性故障在工业中经常发现，当接地故障发生或邻近循环负荷和故障是上的负载侧控制接触器。在这种情况下，故障检测甚至可能不会注意到操作，如果占空比低或该故障是在很短的时间。另一种类型的间歇性故障是在维护周期中遇到。接地故障将被检测到，但定位被延迟，直到保养期的开头。随着生产的停止，接地故障消失。生产一段时间后开始接地故障会再次出现的故障电路通电。多个故障的在同一相位的发生通常是在非常大的设施中。当这种情况确实发生，维护人员经常感到困惑，无法通过切换方法或遇到无数的隔离故障的检测整个系统的信号。问题是加剧回路系统。用适当的训练，多故障的困难变小，但是，大量的时间被消耗，直到多故障的存在被检测到。倒接地故障是其中地面参考是电压三角形的外侧。图1所示倒接地故障等之间的差异接地故障。倒接地故障通常归因于电弧故障，其中电弧条件导致的电压相乘相对于地，以及电压偏移该系统和地面之间发生。倒接地故障也可以出现时，有一个不平衡阻抗故障。图2所示一个可能的电路，典型的电动机故障带着一颗破碎的导体。在这种情况下，有一个不平衡负载电容和电感。该不平衡导致地面来移动电压的外三角形。133图1接地故障类型：（a）无故障，（b）高电阻故障，（c）直接接地故障，以及（d）倒接地故障。图2电动机断导线故障，造成倒接地故障状态。倒接地故障无从考证。故障通路可能包含一个弧形或高阻抗。脉冲信号方法不能与这种故障所用的，因为它们需要低阻抗电路。正确检测的反相地故障是必要的。与大多数脉冲信号的一个额外的物理问题搜索方法是无法监视各种位置和接线方法。电源电路通常路由在人迹罕至如6至12米以上的工厂车间与位置制造设备，阻止通过梯子或升降机访问，因此难以施加钳式探测器。接线已接地的防护装甲，如刚性的方法导管和母线通道可以屏蔽来自检测器的信号当返回电流路径是通过金属外壳。本施工力量的信号测量是在结点，其中线状导体都可以访问。二、接地故障定位一个定位技术需要一个明显的信号唯一识别故障定位。对于接地故障，该信号是零序电流。图3（a）示出了一个简单系统具有高阻抗接地，遇到地面故障。互连的序列组分的网络接地故障示于图3（b）中。接地电阻和漏电容限制故障电流，并因此零序电流。这项新技术的目的是提供一个替代零序电流，又不失电流限制益处。一个通过放置一个理想获得充分的零序电流中点J和图3（b）中K之间的电流源。该超定位134原则表明，从当前正序源并没有改变，但是在电流流动在网络中的是从每个源的电流的总和。该零序电流可通过在变化作出不同的频率从根本电力系统频率。图3（c）是将得到的序列分量电路图的不同频率，零序故障信号当前。看到由电流源的总阻抗是大小为总接地故障相同的顺序阻抗直接接地系统。因此，相对小电流（1-5A）的流中的故障电路用小阻抗电压（小于50V）。零序当前平被选择为提供足够的检测和测量。图3（a）一个简单的电源系统与变压器和馈线和接地故障上一相在馈线的端部，（c）对称网络（c）成分的阻抗网络，从零序信号发生器立体观看的相同的阻抗网络。从顺序组件的改造相部件内，提供的电流在每个导体网络。总结了三个相电流在任何点网络给剩余电流。对于馈线和分支在零序电源之间的网络路径电路和故障部位，剩余电流是非零值。的确，用于径向网络，剩余电流将等于源目前的幅度。在所有其他非故障分支电路，该剩余电流将为零。由于低阻抗的电压时，电流流动的漏电容是可以忽略不计。期间接地故障允许零序电流流动的各种技术用于定位故障位置。阻抗零序电压和电流的计算提供的距离的距离测量的近似位置故障。零序电流互感器安排和剩余电流互感器提供检测沿故障电路的电流信号的。该信号检测和测量是类似于检测和测量的直接接地系统，但的响应和控制动作是指示和数据由断路器跳闸记录的故障隔离，而不是或吹保险丝。三、定位系统接地故障定位系统已在实施不接地三角洲体系和高电阻接地系统。该系统提供的检测接地故障，零序故障信号电流，阻抗/距离测量的故障和故障路径指示的馈线和分支电路。接地故障位置的系统结构示于图4。它由以下设备：1数字化变电站继电器2零序信号发生器1353远程接地故障指示器每个装置的功能和操作将接下来讨论。图4接地故障的系统架构，一个简单的系统.A数字化变电站继电器数字继电器监视变电站母线电压和馈线电流，以检测接地故障，并提供有关的接地故障位置的初始数据。具体地，继电器指示故障的类型：接地故障或反向故障;；该故障相；变电所馈线上的故障所在；和从变电站到故障的电距离。三相变电站电压相对于地监测。相对电压比较算法是用于检测接地故障状态，并确定出现故障的相。该算法检查倒地面条件，定位这些故障必须以不同的方式来处理。这种算法的相对电压的理念也防假接地故障检测，由于对变电站变压器的初级侧电源电压的问题，如电压骤降、一个或多个相电压丢失、或相线（或保险丝）断开。用于检测可能接地故障的存在，中继使用的算法，监视不平衡电压条件[4]。不平衡电压是通过把找到三线对地电压相量如下：CNBNANUnbalanceVVVV(1)如果不平衡电压超过一个给定阈值，则中继算法继续通过识别故障类型。该算法使用线到线电压的相对比较与线对地电压。当线路对地电压下降到低于一阈值常数，乘以与线到线的电压的大小，然后接地故障是在那个特定的相位检测。当3/0LLV时LLLNVV|(2)接地故障和区分。一个倒置的接地故障，测试将检查是否任何两个的三个线对地电压136超过线到线电压由另一阈常数β。如果是这样，那么一个倒置的接地故障条件是被检测到的。当5.11时||LLLNVV(3)通过使用基于线到线的电压的相对比较，供电问题，这可能会导致错误的接地故障探测，得到认可和相应的阻断措施会被执行。在检测到有效的接地故障，继电器激活零序信号发生器，提供一个非基高频电流的故障。电压和电流传感器提供测量向所述中继确定从变电站到故障位置的阻抗。此外，中继指示在其上已经发生故障的馈线监视电流传感器，它们位于所述供料器离开变电站。完整的故障测量在几个工频周期序列发生后，该继电器禁止信号发生器，记录该故障事件，并启动继电器的接地故障目标前面板。中继继续监视故障，直到它去掉，要么采取纠正措施或正在间歇故障。故障清除的记录添加到历史事件，和接地故障目标被调整，以指示一个故障有发生，但它是目前清除。通过利用零序阻抗接地距离算法[6]，所述供电电路的阻抗被计算。存储馈线参数时，获得到故障的距离的估计。B零序信号发生器所述信号发生器提供低安培数的交流电流到故障电路。该信号被耦合到配电网络，使得电流流动的故障只包括一个零序分量。对于当前的返回路径是通过地面系统。信号频率被选择为是不同的和可区分的所述电源线频率。合适的范围是10至50倍的根本动力频率。奇次谐波功率频率值应该是避免，因为许多非线性负载也会产生奇次谐波电流。发生故障时，这些谐波电流可能会流通过故障路径，使得难以采取准确测量信号的幅度。从电源线频率的角度来看，信号发电机出现两个不接地和高电阻接地系统作为一种理想电流源工作另一频率（或开路）。从信号发电机频率的角度来看，接地故障电路包括的正性的低阻抗通路，负，和并联零序电路的高阻抗零序电路的元件，如在图3（c）所示。因此，信号发生器提供电流的低阻抗电流回路从变电站开始，沿着供应供料器，到故障位置，并返回穿过接地网络。信号发生器被由变电站中继控制系统。与检测接地故障，数字继电器激活信号发生器。该信号发生器注入的电流信号进入电力系统的网络数毫秒，足以在数字继电器监视在其离开变电站，然后进到故障信号流。后所述中继确定了供给到馈线故障和电距离，信号发生器去除电流注入，并等待，直到继电器检测到的变化故障情况或电力系统操作员启动的请求重新激活远程接地故障指示器。信号发生器可以耦合到三相采用几种技术电力系统。直接的方法是使用零序三相变压器接口。如图5（a）、（b）和（c）示出一种表示开口三角星形