单相故障范文

单相故障范文（精选11篇）

单相故障 第1篇

单相异步电动机的定子一般有两个绕组, 即主绕组和副绕组。它们沿圆周错开一定的空间角。主、副绕组的电流在时间上也有一定的相位差。单相异步电动机的转子均为笼式绕组。在农村由于电网的供电质量较差、使用不当等原因, 单相电机故障率较高, 其中电动机过热是其主要故障之一。

1. 绕组短路

当运转绕组或起动绕组短路时, 短路线圈会产生很大的热量, 并发出噪声。若电动机持续运行, 热量无法散发, 将导致电动机过热, 损坏未短路的绕组。因此, 电动机过热时应立即停机检查, 根据具体情况采取相应措施进行修理。

原因:电动机绕组受潮严重, 绕组导线间的绝缘层被破坏, 导致通电时发生导线间的绝缘击穿, 造成绕组短路。因此, 当电动机较长时间不用, 若想再用, 应先通较低电压, 让电动机空转一段时间, 等潮气排除后, 再加全压运行。

电动机嵌线时破坏了绕组导线的绝缘外皮, 电动机作绝缘强度检验时造成极少数导线间有轻微的绝缘击穿, 经过一段时间使用使原来的击穿点变大, 导致绕组短路。

检查:拆下电动机盖, 拿出转子, 观察定子绕组有没有发黑的烧焦点。如果有发黑的焦点, 说明此处就是绕组短路点。如果短路点不容易被发现, 可用测绝缘的摇表逐个绕组摇测, 根据短路绕组的多少和烧毁程度, 决定更换部分导线还是更换整个绕组, 直至电动机重新嵌线。

2. 绕组接地

电动机绕组接地就是定子绕组和定子铁芯短路。绕组接地点常出现在导线引出定子铁芯的槽处, 或者绕组端部与定子铁芯短路。接地较严重时后果与短路一样, 轻则电动机过热, 严重时烧毁绕组。

原因:接地主要是导线的绝缘外皮被破坏, 或绕组严重受潮。

检查:检查绕组接地最常用的方法是利用兆欧表测绝缘电阻, 但必须注意, 检测前应先将电动机主绕组和副绕组的公共端拆开, 分别检查主副绕组是否接地。检查时应将兆欧表的两个接线柱分别用两条绝缘软线与机壳或定子铁芯和定子绕组的一条引出线相连, 然后摇兆欧表手柄观察表针指示情况。如果表针指示零, 则说明该相已经接地;如果电阻值小于5MΩ, 说明该绕组受潮。如果电阻值大于5MΩ, 说明该绕组正常。

当绕组接地时, 如果接地点在绕组端部, 则可采用加强绝缘的方法解决;如果绕组接地点在定子铁芯槽内, 则只好重新绕制绕组更换绕组。

3. 运转绕组与起动绕组碰线短路

当运转绕组与起动绕组碰线短路时, 电流经运转绕组流入起动绕组, 时间一长起动绕组就会烧毁。

检查:要寻找碰线部位, 可将两个绕组分别与电动机接线端分开, 然后将检验灯一端接运转绕组, 另一端接起动绕组, 若检验灯亮即表明两绕组相碰短路。然后, 依次将运转绕组的各极与起动绕组断开, 若断开某一极时检验灯熄灭, 则表明该极绕组与起动绕组碰线短路。查找碰线处并将其包扎绝缘即可。如果仍无法确定碰线部位, 只有将起动绕组的线圈拆开进行检查。

4.轴承损坏或缺少润滑脂

轴承损坏使定子、转子相擦, 或轴承内缺少润滑脂, 都会使电动机过热。检查轴承, 若缺少润滑脂, 应添加适量润滑脂;如果轴承磨损或损坏, 则应更换轴承。

5.电动机过载

单相故障 第2篇

故障的处理

姚玉军

伊犁电力有限责任公司

2010-11-29

小电流接地系统发生单相接地故障的处理

[内容摘要]：针对我们常见的小电流接地系统的单相接地故障的现象进行判断、分析及处理，通过分析，作出正确判断，缩短查找处理接地故障的时间，提高值班人员处理问题的能力，确保系统安全稳定运行，保证对用户可靠供电。

[关键词]：单相接地熔断器线电压相电压

小电流接地系统最大的优点是供电可靠性高，既在发生单相接地故障时，并不破坏系统电压的对称性，且故障电流值较小，不影响对用户的连续供电，因而系统可运行1-2小时。但长期运行，由于非故障的两相对地电压升高候 3 倍，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，必须及时找到故障线路予以切除。

1．故障现象判断与分析

1.1绝缘监视装置自身故障判断

1.1.1电压互感器熔断器一相熔断的现象与判断

如果电压互感器高压侧A相熔断器熔断时，A相电压指示下降,另两相电压为正常值。低压侧A相熔断器熔断时，则A相电压指标为零,另两相电压为正常值。

1.1.2 电压互感器熔断器两相熔断的现象与判断

高压熔断器两相熔断时，熔断的两相相电压很小或接近于零，未熔断的一相电压接近于正常相电压。熔断器熔断的两相相间电压为零(即线电压也为零)，其它线电压降低，但不为零。

低压熔断器熔断两相时，熔断的两相相电压降低的为零，未断的一相电压正常，熔断器熔断的两相间电压为零，其它线电压降低，但不为零。

1.1.3 电压互感器高压侧中性线断线的现象与判断

1.1.3.1电压互感器高压侧中性线断线时的主要现象是三相对地电压表不反映电网的运行状态，电网三相对地电容不平衡时，三相对地电压表指示是三相一致的，线路发生单相接地时三相对地电压表的指示是三相平衡的。

1.1.3.2 绝缘监视电压互感器的低压侧中性点断线时当电网发生单相接地，三相对地电压指示是平衡的，不反映电网有单相接地，失去监视电网三相对地绝缘状态的作用，开口三角绕组有电压，有接地警报。

1.2线路出现单相断线

1.2.1线路出现单相断线

运行中的线路断线、线路上装的熔断器熔断一相或两相断开，分两种情况：一种是断线的线路在供电侧接地，这种情况的查找方法与一般查找接地线路的方法相同；另一种情况是线路断线不接地，这种断线也同样引起电网三相对地电压不平衡，出现电网接地信号，但与线路单相接地的区别是，电网三相对地电压一相升高另两相降低，配变出现缺相，而线路单相接地，则电网三相对地电压表现为两相升高，一相降低。

1.2.2 线路两相断线的现象与判断

线路发生两相断线时，电网三相对地电容平衡状态被破坏，发生三相对地电压不平衡，变电站出现接地信号，当断线相导线在电源侧接地时，接地相对地电压降低，其它相升高；当断线相导线不接地时，断线相对地电压升高，另一相降低，现象酷似单相接地，但与单相断线的单相接地根本区别是该线路供电的用户全部停电。

1.2.3 两条线和多条线接地的现象与判断

1.2.3.1两条线同名相接地。两条配电线同名相发生接地时，绝缘监视一相对地电压表指示不平衡，出现接地信号，变电站值班员安顺拉逐条选切线路时，应特别注意切每条线路时绝缘监视装置三相对地电压表指示的变化，若全选切一遍，三相对地电压指示没有变化，说明不是线路有单相接地故障，是变电站内设备接地。若全选切一遍三相对地电压指示有变化时，应考虑有两条配电线同相发生单相接地故障。

1.2.3.2两条线异名相接地，这种故障多数发生在雷雨，火风、高寒和降粘雪的天气，主要现象是同一母线供电的两条线同时跳闸或只有一条线跳闸，跳闸时电网有单相接地现象。若两条线都跳闸，电网接地现象消除；若两条线只有一条跳闸时，电网仍有接地现象，但单送其中一条时电网单相接地相别发生改变，这时判断的必要依据。

1.2.3.3多条线同名相接地的现象与判断。多条线同名相接的是指同一母

线供电的两条以上的线路发生的同名相接地，这种现象一般只发生在三角排列的线路下粘雪的情况。多条线同名接地时，电网三相对地电压不平衡，出现接地信号，值班人员在选切线路时，每选切到接地线路，对地电压就发生变化，有几条线发生单相接地，三相对地电压就发生几次改变，若把这些电压有变化得线路停掉，电网接地消除，这就可判断出是三条或以上同名相接地故障。

2．小电流接地系统单相接地故障得处理

2.1处理接地故障的步骤：

2.1.1发生单相接地故障后，变电站值班人员应马上复归音响，作好记录，迅速报告当值调度和有关负责人员，并按当值调度员得命令寻找接地故障，但具体查找方法由现场值班员按运行规程规定处理。

2.1.2 详细检查站内电气设备有无明显的故障迹象，如果不能找出故障点，再进行线路接地的寻找。

2.1.3 将母线分段运行，并列运行的变压器分列运行，以判定单相接地区域。

2.1.4 再拉开母线无功补偿电容器断路器以及空载线路。对多电源线路，应采取转移负荷，改变供电方式来寻找接地故障点。

2.1.5 采用一拉一合的方式进行试拉寻找故障点，当拉开某条线路断路器接地现象消失，便可判断它为故障线路，并马上汇报当值调度员听候处理，同时对故障线路的断路器，隔离开关，穿墙套管设备做进一步检查

2.2 处理接地故障的要求：

2.2.1寻找和处理单相接地故障时，应作好安全措施，保证人身安全。当设备发生接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内，进入上述范围得工作人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工具。

2.2.2 为了减小停电的范围和负面影响，在寻找单相接地故障时，应先试拉充电线路、线路长、分支多、历次故障多和负荷轻以及用电性质次要的线路，然后试拉线路短、负荷重、分支少、用电性质重要的线路。双电源用户可先倒换电源再试拉，专用线路应先行通知用户。若有关人员汇报某条线路上有故障迹象时，可先试拉这条线路。

2.2.3若电压互感器高压熔断件熔断，不得用普通熔断件代替。必须用额

定电流为0.5A装填有石英砂的瓷管熔断器。

结束语

为了减少单相接地故障给电网运行带来得不良影响，不仅要求值班人员熟悉有关运行规程。了解设备的运行状态，再实践中不断地总结经验，提高处理问题的能力，还要积极改善设备得运行条件，及时消除设备缺陷，保持设备的清洁，提高设备的绝缘水平。同时，还要加强线路的检修，维护管理，提高线路检修人员的技术水平，缩短查找处理接地故障的实践，尽快恢复对用户供电。

参考文献：

1．《电力安全工作规程》（变电部分）2009年版中国电力出版社

2．《变电运行技术问答》（第二版）1997年版中国电力出版社

作者简介：

单相故障 第3篇

关键词：单相接地小电流接地电网小电流接地选线故障

1 谐振接地电网零序测量电流的分布

当单相接地故障发生在谐振接地电网上时，其零序网如图1所示。在图1中，Ci、Gi、TA、Gw、L分别代表第i条线路的三相对地电容之和、第i条线路的三相对地有功损耗等值电导之和、线路电流互感器、消弧线圈的有功损耗等值电导与并(串)电阻的和、消弧线圈的补偿电感。

[I01][I02][I0k][I0n][TA1][c1][g1][g2][c2][gi][ci][gk][ck][En][cn][TAn][E][R][TAk][L][TAN][gN][TA1][TA2][I01][I0N]

图1 零序网络图

1.1 非故障线路的零序测量电流

在电流方面，如图1所示，流经非故障线路零序电流TA为：I0i=U0(Gi+jwCi)。在阻尼率方面，架空线通常为(3～5)%，如果出现严重污染，或者出现受潮时其阻尼率可达10%。对于电缆来说，其阻尼率一般为(2～4)%，当绝缘严重老化时其阻尼率可达10%。在这种情况下，导纳角的范围在84.2°～88.9°之间，如图2所示。

1.2 故障线路的零序测量电流

流经故障线路零序电流TA如下式，如图1所示。

式中：电流下标 j分别取值0，1，2，3时，在这种情况下分别代表不补偿、欠补偿、全补偿和过补偿，如图2所示。

①欠补偿，即ωCi>，则脱谐度和电网各线路的对地电容电流的分布决定着I0kj，这时I0kj可能在第I或第Ⅲ象限。当ωCi->ωCk时，在这种情况下，I0kj位于第Ⅲ象限。在线路线较短或电缆架空线混合电网中发生单相接地故障。由于Gk很小，对于脱谐度来说，如果稍大点就能满足条件。②全补偿，即ωCi=时，在这种情况下I0kj位于第Ⅱ象限。③过补偿，即ωCi<时，在这种情况下I0kj位于第Ⅱ象限。

受零序电压的影响和制约，在对电网进行补偿的过程中，故障线路的零序电流I0kj随着消弧线圈补偿电流的增大，将沿着图2中的虚线从第Ⅲ象限逐渐移向第Ⅱ象限。虚线的斜率在一定程度上受消弧线圈的铜损等值电导的影响和制约。

1.3 消弧线圈补偿电流

通过对图1进行分析可知，消弧线圈的补偿电流可以用下面公式进行标示：I0N=U0(GN-j/ωL)

2 谐振接地电网单相接地选线

在谐振接地电网中，当发生单相接地故障时，如图2所示，在这种情况下，在一个非常宽松的范围内，故障线路的零序测量电流发生相应的波动，并且其波动的范围从第Ⅲ象限到第Ⅱ象限。对于非故障线路的零序测量电流来说，通过理论方面的分析可知，通常情况下主要是位于第Ⅰ象限，在非故障电流、故障线路的零序测量电流之间有着明显的分界线，对故障线路通过各线路的零序测量电流进行相应的判断，但是保护裕度比较小。对于零序电流互感器来说，其特点表现为非线性、非一致性，进而在一定程度上使得零序电流和电压的相位测量误差等在客观上普遍存在着，并且，在实际应用的过程中，对于故障线路难以进行准确的判断。

2.1 各线路零序测量电流与补偿电流的融合

2.1.1 非故障线路的融合电流

I′0ij=I0i+I0n=U0[Gi+GN+j（ωCi-1/ωL）]

①欠补偿，由上式可知，当I/wL>wCi，这时I′0ij就在第Ⅳ象限。自动跟踪补偿消弧线圈通常情况下在接近全补偿状态下运行，甚至手动调谐的固定补偿，也不会在过大的脱谐度状态下运行，在电网中，与某一单线路的对地电容电流相比，其补偿电流一般比较大，对于补偿电网来说，I/wL>wCi的条件总能满足。如图3，I′0k1所示。②全补偿，即=ωCi>ωCi，I′0ij在第Ⅳ象限，如图3，I′0k2所示。③过补偿，即>ωCi>ωCi，I′0ij在第Ⅳ象限，如图3，I′0k3所示。

2.1.2 故障线路的融合电流

[I0k=I0k+I0N=][][i=1，i≠k][Gi+j ωCi =I0k0][][i=1，i≠k][-U0][（ ）]

对于I0k来说，中性点不接地电网故障线路的零序测量电流I0k0恒在第Ⅲ象限，如图3所示。

2.2 谐振接地电网单相接地故障选线算法

2.2.1 各线路故障判断电流

①非故障线路。由于I′0ij在第Ⅳ象限，则必有I0ij在第Ⅳ象限(如图4所示)。I0kj=I′0ijej90°=U0[(1/ωL-ωCi)+j(Gi+GN)]。②故障线路。由于I0k在第Ⅲ象限，那么I0kk在第Ⅵ象限(如图4所示)。

[I0kk=I0kej90°=U0(ωCi-jGi)][][i=1

i≠k][][i=1

i≠k]

2.2.2 线路故障判断量

由各线路零序测量电流和本线路故障判断电流分别“点积”求得各线路故障判断量。

①非故障线路。Pi=I0ijI0i=I0ijI0icosφi，即Pi=i0i(j)i0ij(j)。式中，n代表一个工频周期的采样点数。对于I0i、I0ij来说，由于位于第Ⅰ象限，所以夹角<90°，Pi>0。② 故障线路 Pk=I0kjI0kk=I0kjI0kkcosφ，即PK=i0kj(j)i0kk(j)。I0kj主要是位于第Ⅱ象限，但是有些情况下位于第Ⅲ象限，出现这种现象主要是受补偿电网对脱谐度的影响。当I0jk靠近负实轴时，此时比较靠近第Ⅱ象限，当I0kk位于第Ⅳ象限时，这时与实轴非常靠近，在这种情况下，I0kjI0kk之间的夹角必然大于90°，并且接近180°，此时必有Pk 小于0。

实际电网在运行过程中，由于非故障线路零序测量电流I0i是故障线路零序测量电流I0k0的总和，所以故障

判断量Pk在符合方面需要与非故障判断量Pk相反，进

而在一定程度上可以保证该选线方法的保护裕度比较大。

3 仿真分析

按2.2节进行低阻接地和高阻接地，采用EMTP软件对有18条线路的10kV配电网的3种线路分别进行仿真。电网参数及仿真结果如表1所示。

①在保护裕度、保护灵敏度方面，中性点经消弧线圈并(串)电阻接地方式通常情况下与消弧线圈接地方式相比往往更高。②无论是保护裕度，还是保护灵敏度，对于全补偿来说这些都是最大的。欠补偿和过补偿在保护的灵敏度方面都会出现不同程度的降低。保护灵敏度受脱谐度的影响和制约，当脱谐度越高时，那么对应的保护灵敏度就越低，原因与①相同。③零序电压和电流的相位关系在该选线方法中没有涉及，在安装接地选线装置的过程中，零序电流与零序电压之间确定的相位关系可以不予以保证。通过“自检电路”可以验证零序电流互感器的安装是否同方向。④本选线方法在一定程度上使用了本线路测量零序电流和补偿电流的融合量，进一步对故障线路进行判断，但是没有与其它线路测量零序电流的相位进行比较。

4 结论

按照2.2公式进行编程，同时采用DSP板，分别制作4台试验样机，同时运行在2台6kV和2台10kV的电网上。该算法选线准确性高得到初步的运行证明，在灵敏度方面，对单相高阻接地故障比较高。在试验样机中，一方面采用了本文提出的算法，另一方面还采用了前1/10周波暂态分析法的算法，进而提高了对瞬时单相接地故障选线的准确性。

参考文献：

[1]曾祥君，尹项根，张哲，等.零序导纳法馈线接地保护的研究[J].中国电机工程学报，2001，21(4)：5-10.

[2]唐轶.选择性漏电保护[M].北京：煤炭工业出版社，1995.

[3]唐轶，陈奎，陈庆，等.导纳互差之绝对值和的极大值法小电流接地选线研究[J].中国电机工程学报，2005，25(6)：49-54.

[4]陈奎，唐轶，刘长江，董海波.谐振接地电网单相接地故障选线的研究[J].高电压技术，2007(01).

小电流接地系统单相接地故障分析 第4篇

小电流接地系统发生的故障中,单相接地故障占的比例很高。对接地故障相的正确判别非常重要,它是尽快找到接地点并及时处理的关键。但实际系统中发生金属性接地的概率很小,一般都会经过过渡电阻接地,这种情况下,系统电压的变化特征与金属性接地时的情形有较大区别,调度员或运行人员依据电压最低相别即为接地相的传统判别方法往往无法准确判断故障相。目前,由于大量电缆线路的存在,使得小电流接地系统中电容电流水平不断提高,为了降低接地电流,变压器中性点往往会配有消弧线圈,消弧线圈的存在又使接地故障情况下故障电压和故障电流的情况变得更为复杂,因此很有必要对上述各种不同情况下发生单相接地故障时的电压电流特征进行进一步分析研究并总结出特点,为配电网的安全可靠运行提供科学准确的依据。

1 中性点不接地系统单相金属性接地故障分析

如图1所示小电流接地系统,三相输电线路之间及对地都存在分布电容,但由于小电流接地系统中发生单相接地故障时,并不破坏线电压的对称性,因此线间电容对单相接地故障没有影响,分析时可不用考虑。

1.1 简要故障分析

当该系统中某条出线A相在K点发生金属性接地故障,那么在K点会集中该系统中所有线路非故障相的电容电流之和并流回系统,然后重新分配,如图1所示。当该系统电容电流很小时(如只有单回出线),K点所集中的电流幅值较低,即使K点为非金属性接地,故障点也很难产生电弧。但当该系统电容电流达到一定水平时(如城市变电站,配网线路数量多且多采用电缆出线),K点所集中的电流幅值很大,故障点极易产生电弧,而且电弧很难熄灭,从而使故障进一步恶化。

1.2 相量图分析

当K点发生金属性接地故障时,A相对地电压降为0,B、C两相对地电压升至线电压,如图2中所示。该系统中各条线路B相电流之和为,其相位超前90℃;各条线路C相电流值和为,其相位超前90℃。故障线路A相电流为,相位与B、C相电流之和的相位相反。

2 中性点不接地系统单相经过渡电阻接地故障分析

当A相经过渡电阻接地时,我们先把系统图等效简化为图3所示,图中,CA、CB、CC分别代表系统各相对地综合等效电容且假设CA=CB=CC=C。为系统中性点O与接地点K之间的电压。

2.1 简要分析

图3所示,由基尔霍夫电流定律有

而三相电流分别有为

其中分别为系统三相对地导纳,且

将(2)式代入(1)式,得,整理后得

U觶OK=-E觶AYA+YAE+觶B+YYB+B+YEC觶C+YC,(4)

然后再将(3)代入(4)式,得

整理后,得

其中θ=arctan(3ωCR),又因为,

所以

2.2 相量图分析

从式(6)可知,当R从0向∞变化时,θ从0°～90°变化,相量K点的轨迹是以为直径的半圆弧,当R=0时,θ=0°,即为金属性接地,接地点K就回到了的顶点,和图2一样;当R=∞时,,θ=90°,相当于系统没有发生接地,故障点三相电压又回到对称状态。

我们还可以通过EXCEL的图表工具方便地得到当θ从0°～90°变化时,故障点三相电压的变化情况,如图5所示。从这张图我们可以清晰地看到,当系统发生经过渡电阻单相接地故障时,并不是我们想象中的接地相电压最低,在一定区域内,故障相的滞后相B相电压比故障相电压还要低,这说明如果我们按照传统的方法判断是哪一相故障,那么结果可能是错误的。

3 经消弧线圈接地系统单相经过渡电阻接地故障分析

3.1 简要分析

当小电流接地系统中性点配置消弧线圈时,其系统等效简化为图6所示,相应K点的基尔霍夫电流表达式可写成。

电流表达式分别为

且

将(8)式代入(7)式,得

整理后得,然后再将(9)代入该式,得

整理后,得

其中,。又因为

,所以

3.2 全补偿、欠补偿、过补偿情况下的相量图分析

可以看出式(11)和式(6)形式是相同的,那么其相量图也应该基本一致,但是由于决定θ角的C=3C-(ω2L)-1,与系统等效电容和消弧线圈电感两个因素有关,因此,我们要综合考虑当消弧线圈处于全补偿、欠补偿、过补偿三种情况下,发生单相经过渡电阻接地故障的相量图。

3.2.1 全补偿状态(3C=(ω2L)-1)

当系统处于全补偿状态下,θ=0°,此时由式(11)可得,,无论R如何变化,与发生金属性单相接地故障情况一致,相量图如图2所示。

3.2.2 欠补偿状态(3C>(ω2L)-1)

当系统处于欠补偿状态下,C’为正值,当R从0向∞变化时,相应的θ从0°～90°变化,相量K点的轨迹是以为直径的右侧半圆弧,与中性点不接地系统单相经过渡电阻接地时的相量图相同,如图4。

3.2.3 过补偿状态(3C<(ω2L)-1)

当系统处于过补偿状态下,C’为负值,当R从0向∞变化时,相应的θ从0°～-90°变化,相量K点的轨迹是以为直径的左侧半圆弧,如图7。

我们同样还可以通过EXCEL的图表工具方便地得到当θ从-90°～0°～90°变化时,故障点三相电压的变化情况,如图8所示。图中,我们能够找到几个特点:

a)当处于全补偿时,三相电压特征和发生单相金属性接地故障时三相电压特征完全一致的;

b)当处于过补偿时,B相电压始终最高,C相电压在一定区域内比故障相还要低;

c)当处于欠补偿时,C相电压始终最高,B相电压在一定区域内比故障相电压还要低。

4 结语

当中性点不接地系统中发生单相金属性接地时,接地相电压降为0,非接地相电压升高为线电压,中性点电压为相电压,由此我们很容易判别故障相,这也是众多课本及参考书中都有的知识点。但通过上述分析,我们了解到,中性点不接地系统与中性点经消弧线圈接地系统中,发生经过渡电阻单相接地故障的情况又是不一样的,尤其更正了我们传统观念中“接地相的电压最低”的错误概念。

单相故障 第5篇

摘要:为了及时确定故障线路,在小电流接地单相接地故障中采用正确合适的选线技术对配电网的安全运行具有十分重要的意义。当前国内选线装置存在一些问题,很难满足实际工作的需要。文章对主要选线技术的应用进行了研究,为提高选线的准确率提供了依据。

关键词:小电流接地系统;单相接地;选线技术

中图分类号:TM2文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)10-0069-01

目前,我国小电流接地系统主要用于3～66kV配电网络。然而,小电流接地系统在实际运行中容易受到单相接地故障的困扰。发生小电流接地系统故障时,故障线路对地电容电流值非常小,产生的小电流叠加在更大的数值的负荷电流之上,很难对其进行准确地检测,再加上配电网络呈复杂的拓扑结构造成小电流接地系统选线比较困难。传统的选线方法是由工作人员依次拉闸,从而确定具体的故障线路。然而,这种方法存在很大的局限性:有时寻找故障将花费很长的时间;而且人工选线时断路器的断开和闭合操作会影响到配电网络的运行安全。因此,快速准确的选定故障线路,将有助于提高电气设备的使用寿命和配电网络的供电可靠性,大大减少停电维修的时间,关系到电力供应部门和用户的切身经济利益。

1当前小电流接地系统故障选线装置中存在的问题

①故障特征单一。装置利用故障的某一方面特征作为选线依据,当故障特征的并不明显时选线装置就会出现错误的判断。虽然有些装置综合采用了多种选线方法,但是其基本原理是几个选线方法的简单叠加,在遇到情况复杂的问题时就无能为力了。

②消弧线圈削弱了故障信号。在中性点接地经消弧线圈接地系统中,当单相接地故障发生时,消弧线圈的补偿将会削弱故障信号,使选线装置无法得出准确的判断。

③信号处理范围有限。许多选线装置一般只能处理20～1000 mA的二次信号,如果超过这个限定范围,该装置将无法正确选线。

④注入信号的用处不大。有些选线选置通过向系统注入弱信号方法实现目的,但这种方法实际上用处不大。

2主要选线技术的应用

2.1中性点接地系统选线技术

非故障线路三相电流等于本线路的接地电容电流;故障线路三相电流等于所有非故障线路的三相电流之和。中性点接地系统采用零序电流基波群体比幅比相法技术进行选线是可行的。首先,比较各条线路的零序电流值,选择其中较大的幅值的线路作为候选线路;其次,在比较各线路的相位,如果某线路与其他线路有差异那么它就是故障线路;如果所有线路的零序电流是一致的,则可以确定是母线发生了故障。使用这个技术应注意,线路的长度不能有明显的差异,出线数量也不能太小。

2.2中性点经消弧线圈接地系统选线技术

中性点经消弧线圈接地系统中,从母线流向线路与非故障线路方向零序电流的方向是一致的,不能单单通过判断电流的方向来确定具体的故障线路。此外,由于过补偿度一般只有5%～10%,剩余电流值相对较小,故障线路零序电流幅值比中性点不接地的情况大大减少,有的时候甚至少于非故障线路的零序电流,这就使得在工作中很难根据零序电流幅值确定故障线路。通常在这种情况下,采用5次谐波选线方法进行选线。因为消弧线圈对5谐波分量呈现的阻抗较基波分量时增大5倍,而线路容抗则相应地减少5倍,消弧线圈是远不能补偿5次谐波产生的电容电流。通过检测5次谐波零序电流与电容电流即可快速确定发生故障的线路。

2.3基于小波分析的选线方法

小波分析可以进行精确的信号分析,特别是对暂态突变信号和弱信号的变化更敏感,能够可靠地提取故障特征。小波变换模极大值理论告诉我们:故障将导致信号与噪声异常,小波变换模极大值点与采样数据的异常点相对应,并随着噪声的模极大值的增加而衰减的。所以,适当的尺度分解后,可以忽略噪音的影响而得到更好的暂态短路信号。小波变换将信号转换成不同尺度和位置的小波之和,并利用适当的小波和小波零序电流的暂态特征分量进行小波变换后,容易看到故障路线暂态零序电流特征分量的幅值是高于非故障线路的,其特征分量的相组成也是非故障线路相反。这就可以利用暂态信号作为故障线路的选择标准。然而,在实际工作中,电力系统运行复杂性和不断变化的情况,可能出现暂态分量小于稳态分量的情况。这时应当对母线零序电压和各条出线零序电流轮提取基波的小波系数,然后类似地构造选线标准。

总之,选线技术在小电流接地系统故障维修中应用十分广泛,并且对配电网络的可靠运行具有十分重要的意义。电力工程技术人员必须在实际工作中不断总结经验,采用合适的选线方法,努力提高选线的准确性。

参考文献:

[1] 彭玉华.小波变换与工程应用[M].北京:科学出版社,2000.

单相故障 第6篇

关键词：单相接地,整定,灵敏度系数

1 故障情况介绍

广东某电厂输煤系统采用2台6.3/0.4kV输煤变,单母分段运行,并配有备自投装置。380V系统采用TN-C系统。2009年12月,输煤Ⅱ段4#桥式起重机馈线(接线如图1所示)电缆K2处发生单相接地故障,3ZK(现场塑壳开关)、2ZK(柜内塑壳开关)和1ZK(输煤Ⅱ段电源进线框架开关)均未跳闸,导致2#输煤变高压侧断路器跳闸,输煤Ⅱ段失电。备自投装置启动,但没发合分断路器命令,备自投装置不能正常动作。

2 事故分析

先对回路开关设备进行了检测和试验,各项电气功能均正常,因此可排除开关拒动的可能性。

随后又对回路开关设备的整定值进行了校核。

计算知,K2、K1处的三相短路电流分别为6.22、8.21kA,单相接地短路电流分别为1 660、2.31kA。

输煤Ⅱ段4#桥式起重机馈线有4台电机。其中,2台45kW电机(变频控制,无旁路),额定电流为85A;1台11kW电机,额定电流为22A;1台7.5kW电机,额定电流为15.5A。该馈线额定电流为207.5A。

现有回路开关设备电气参数及整定值情况分析如下。

2.1 3ZK断路器定值分析

3ZK断路器为NS400N/400A施耐德塑壳开关,配有STR23SE电子脱扣器,具有三段保护功能,其整定值设定如下:

长延时保护整定系数1(K0)取0.9;长延时保护整定系数2 (Kr)取0.93;短延时保护整定系数Km取6;脱扣器额定电流In为400A。

长延时动作电流为:

短延时动作电流为:

短延时动作时间为60ms。

固定瞬时动作电流为:

单相接地短路电流为1 660A,小于断路器短延时动作值2 008.8A。因n=1 660/334.8=5,根据产品特性,其长延时动作时间会大于7.5s,故在7.5s内断路器不会动作;回路单相接地时的灵敏系数为1 660/2 008.8=0.83,小于规定值1.5。由此可知,该断路器参数选择或保护整定值设定不合理。

2.2 2ZK断路器定值分析

2ZK断路器为NZM400S/ZM-400默勒塑壳开关,配有热磁脱扣器,整定值设定为:脱扣器额定电流为315A,瞬动电流为3 150A。单相接地短路电流为1 660A,小于断路器瞬动电流动作值,所以断路器不动作。K1点单相接地时的灵敏系数2 310/3 150=0.73,小于规定值1.5;两相短路时的灵敏系数为0.8668 210/3 150=2.3,大于规定值2。由此可知,断路器保护配置不合理。

2.3 1ZK断路器定值分析

1ZK断路器为IZMB2-2500A默勒框架开关,配有电子脱扣器,具有三段保护功能。根据运行技术规定,低压厂变的短路故障保护均装设在高压侧,故低压智能断路器保护仅有长延时过电流保护。1ZK的整定值设定为:脱扣器额定电流In为2 500A,长延时保护为1.3In=3 250A。单相接地短路电流为1 660A,小于断路器长延时动作值,所以断路器不动作。

2.4 52B输煤变低压侧中性点过流保护整定分析

52B输煤变低压侧中性点过流保护整定值设定为:一次值为450A,动作时间为2s。单相接地短路电流为1 660A,大于该过流保护整定值,所以输煤变高压侧断路器在事故发生2s后动作跳闸。

3 采取措施

根据上述分析,发生此次越级跳闸故障的主要原因为断路器电气参数选择或保护整定值设置不合理。鉴于现场实际情况,更换断路器的可能性不大。因此,建议采取以下措施:

(1)3ZK断路器短延时整定。

①与所接设备最大的速断动作电流配合(经现场调查,最大的速断动作值为45kW电机的塑壳开关的短延时值418.5A,该断路器整定合理,本文不加阐述)。

②躲过母线上可能的总启动电流。

取大,则K0=0.7,Kr=0.95,Km=3,In=400A。

长延时动作电流为:

短延时动作电流为:

固定瞬时动作电流为:

单相接地时的灵敏系数为:

1 660/798=2.1>1.5

两相短路时的灵敏系数为:

0.8666 220/798=6.8>2

(2)输煤Ⅱ段4#桥式起重机回路柜内加装单相接地的零序过电流保护。单相接地的零序过电流保护整定如下。

①躲过正常最大不平衡电流。

②与下一级速断保护配合。

单相接地时的灵敏系数1 660/510=3.3>2,动作时间为0.3s,跳断路器2ZK。

(3)输煤变低压侧中性点过流保护整定。

①躲过正常最大不平衡电流。

②与低压侧电机或馈线零序过电流保护最大动作值配合(经现场调查,需与4#桥式起重机回路配合)。

4 结束语

某馈线末端发生单相接地故障时,有可能发生越级跳闸或扩大事故,甚至危及整个低压配电系统的安全运行。为杜绝此类事件的发生,应做到以下3点。

(1)为校验单相接地短路保护的灵敏性,较准确地计算单相短路电流就显得十分重要。如果采用《厂用电规定》计算长度大于100m的馈线短路电流,结果不够准确。故此情况下,应参照《工业与民用配电手册》相关内容。

(2)应严格执行有关规范和设计手册的规定,恰当选择保护电器,如《厂用电规定》第9.8.4条规定:由断路器本身的短路(带短延时)脱扣器作为单相接地短路保护,当灵敏性不能满足要求时,应由1个接于零序电流互感器上的电流继电器及时间继电器构成短路保护,延时动作于跳闸。

(3)正确整定保护电器的动作电流和时间。

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].第3版.北京:中国电力出版社,2005

[2]邹昌泉,等.火力发电厂厂用电设计技术规定[M].北京:中国电力出版社,2002

[3]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京:中国电力出版社,2006

单相故障 第7篇

电力系统中性点的接地方式是一个综合性的技术问题,它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰(电磁环境)及接地装置等问题有密切的关系[1]。配电网中性点接地方式的选择还必须与整个系统发展的现状和发展规划进行技术经济比较,必须全面考虑其技术经济指标。随着电力工业的迅速发展和对供电质量要求的提高,选择一种有效的中性点接地方式是十分重要的。

过去我国沿用苏联方式,配电网主要采用中性点不接地方式,其特点是供电可靠性高。近年来随着城市用电规模的扩大,特别是城区电缆供电线路的增多,中性点不接地系统发生单相接地以后,接地电流明显增大,由于不能及时灭弧,许多系统开始大量采用消弧线圈或中性点经小电阻接地方式。中性点经消弧线圈接地的电力系统,称为谐振接地系统。因为消弧线圈是一种补偿装置,故通常又称之为补偿系统。经消弧线圈接地后,能有效灭弧,但容易产生过电压及产生谐波污染,特别是在厂矿企业供电网中,有可能导致电缆爆破。经小电阻接地后,系统可靠性降低,但可有效防止事故进一步扩大。因此在新的形势下,研究有效的接地方式对提高供电质量、保证供电可靠性是很有必要的。

研究中性点接地方式的方法大体上可以分为三种:第一种就是在试验室或者现场做各种试验,这种方法能给人直观的理解,但是它不能体现那些未做试验的情况;第二种是用数学模型和解析技术进行分析计算,这种方法虽然能够研究各种情况,但局限于简单的特别是单相变压器模型;第三种方法是用数字计算机来模拟变压器模型,它能研究各种情况下的几乎所有模型,而且有助于预测复杂的非线性行为[2]。

本文将采用第三种方法即数字仿真的方法研究中性点谐振接地方式,利用MATLAB对欠补偿、过补偿、全补偿和不补偿做初步的研究。

1 MATLAB仿真模型的建立

MATLAB提供了图形化的电力系统仿真工具箱SimPower Systems,该工具箱中包括了典型的电力系统装置,如变压器、传输线、发电机和电力电子等。通过对电力系统的电路图绘制,MATLAB能自动生成数学模型,可以节省建立电力系统数学模型的时间。

使用MATLAB软件进行电力系统数字仿真,具有三个突出的优势。第一,电力系统仿真工具箱功能强大,工具箱内部的元件库提供了经常使用的各种电力元件数学模型,并且提供了可以自己编程的方式创建合适的元件模型。第二,强大的MATLAB平台。MATLAB的数值运算功能为进行电力工程方面的运算提供了强有力的后盾。随着信号处理技术的成熟,各种信号处理方法在电力方面的应用尤为重要。MATLAB提供的信号处理工具箱、数字信号处理模块、滤波器设计工具箱、小波分析工具箱和神经网络工具箱,为经过电力仿真后的数据处理提供了功能齐全的分析手段。第三,友好的界面。友好的界面充分体现了软件使用的难易程度。从电力系统仿真到数值计算、图形处理,再到信号分析,MATLAB提供给技术人员和科研人员的不仅是各类问题的解决方案,更重要的是这些技术的使用变得尤为轻松简单[3],因此,使用MATLAB作为仿真工具。

1.1 输电线路模型和实现

架空输电线路的参数R、L、C是沿输电线路均匀分布的,一般不能当作集中参数元件处理,有些参数还是频率的函数。研究短路和潮流时只需要工频正序、零序参数,它们可以从手册中查到或者用简单的公式推出[4]。

MATLAB中的Sim Power Systems(电力系统工具箱)提供了输电线路的两种数学模型,分别是集中参数型和基于Bergeron's traveling wave method(贝杰龙的行波法)的分布参数模型。两种数学模型需要的序阻抗参数定义按公式(1)计算:

式(1)中,Z0和Z+分别为线路的零序阻抗和正序阻抗,Zs和Zm分别为线路的自阻抗和互阻抗。

图一和图二是工具箱中的两种数学模型对输电线路的仿真实现。虽然架空线路一般不能当作集中参数元件处理,但是当线路长度不超过300km时,可不考虑线路的分布参数特性,而只用将线路参数简单的集中起来的电路表示[5],所以在本文中用图二来模拟三相架空线路。

本文中,还用到图三所示的支路模型来模拟三相电缆线路。

1.2 接地点的建模和实现

对接地点的建模,MATLAB工具箱提供了专门的实现途径,接地点的位置通过接地模块与传输线的直接连接实现。接地发生时刻通过Breaker模块内部参数Switching times(转换时间)来整定,如图四所示(注:图中的R模拟接地电阻)。

1.3 系统集成后的模型

小电流接地系统是电力传输网的中间环节,根据电网络分割理论和等效代换理论,可将小电流接地系统从整个网络中分立出来。为突出主要因素,将小电流接地系统的入端简化为无穷大容量的三相电压源。如母线中性点有消弧线圈接地的系统,可将消弧线圈简化为电感和电阻,电感的数值可根据系统的接地电容电流和消弧线圈的补偿度计算得到(在下面的仿真实例中采用过补偿10%)。图五是对整个小电流接地系统在MATLAB仿真平台下的实现。

2 仿真实例

本文利用MATLAB仿真工具箱对某10k V配电网进行仿真。仿真该配电网发生单相接地故障时,在中性点采用谐振接地方式时,各种补偿情况下系统的各相电压电流以及中性点电压的变化情况。

该电网中的变压器采用Three-phase Transformer(Two Windings)模型,变比取38.5k V/10.5k V,为wye-wye连接方式。母线带4条出线,这4条出线均是架空线路和电缆线路的混合线路。架空线路用型线路模拟,电缆用集中电容表示,线路参数如表一和表二所示。假定系统在0~0.04秒时系统三相对称运行,在0.04秒时传输线发生单相接地(假定是A相故障,过渡电阻取为1欧姆)[6]。

对图五所示的模型进行仿真,仿真该10k V电网在中性点采用经消弧线圈接地方式时各种补偿情况(过补偿、欠补偿、全补偿)下,发生单相接地故障后的中性点电压以及故障线路和非故障线路的零序电流的变化情况,并且对不补偿(即中性点不接地)的情况也进行了仿真分析,以便于比较。

图六、图七、图八和图九分别为当消弧线圈在过补偿、欠补偿、全补偿和不补偿运行方式下,接地瞬间的电压相角φ=0、φ=π/4和φ=π/2时线路l2发生单相接地故障前后中性点电压以及故障线路和非故障线路的零序电流的变化情况,从上至下依次为中性点电压、故障线路2的零序电流、非故障线路1的零序电流、非故障线路3的零序电流、非故障线路4的零序电流。

由理论分析可知,补偿电网的单相接地故障电流包括三部分,其中的一部分为整个系统的有功电流,一部分为系统总的对地电容电流,一部分为消弧线圈的电感电流。故障线路的零序电流是由残流和故障线路本身的电容电流与阻性泄漏电流构成。对于非故障线路的零序电流,则只包含本线路的电容性电流和阻性泄漏电流。

从图六到图九可看出,故障线路零序电流与非故障线路零序电流在故障后的半个周波内反相,因此可以据此来判断出故障线路。例如图六(a)中,0.02s时发生故障,零序电压在0.02s之后的半个周波内为负值,故障线路2的零序电流超前零序电压90度,而非故障线路1、3、4的零序电流滞后零序电压90度。故障发生一段时间以后,故障线路和非故障线路的零序电流变为同相。

3 结束语

随着电网的发展,加之接地继电保护选择性难题的攻克,中压电网中性点采用谐振接地(经消弧线圈接地)的优越性已逐渐显示出来。谐振接地方式不仅限制单相接地故障电流破坏作用的效果卓著,同时又能根据电网供电的需要,在保证连续供电的条件下,限制电网带接地故障持续运行的时间,防止了事故扩大的可能性,这必将使谐振接地方式成为中压电网中性点接地方式的发展方向。

利用MATLAB仿真平台,对接地系统进行数字仿真研究,克服了理论分析上的抽象性,有助于电力系统分析应用人员形象直观地理解系统的运行特性。本文仅针对中压电网采用谐振接地方式时,各种补偿情况进行了仿真比较。但在实际的电力系统中,中性点接地方式多种多样,远不限于谐振接地方式,因此,还可利用MATLAB仿真平台做许多工作。比如对其他接地方式的定量分析,对谐振接地方式也可做进一步研究,特别是研究各种消弧线圈的特性及运行方式对系统的影响。

摘要：本文介绍了MATLAB建立电力系统模型的方法,并利用其仿真平台,仿真某10kV电网在中性点采用经消弧线圈接地方式时各种补偿情况(过补偿、欠补偿、全补偿)下,发生单相接地故障后的中性点电压以及故障线路和非故障线路的零序电流的变化情况,指出了利用MATLAB仿真平台有助于电力系统分析应用人员形象直观地理解系统的运行特性,还可用于研究各种消弧线圈的特性及运行方式对系统的影响。

关键词：补偿电网,谐振接地,消弧线圈,仿真

参考文献

[1]要焕年,曹梅月.电力系统谐振接地(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2]Bernard C.Lesieutre,Jama A.Mohamed,AleksandarM.Stanknvic.Analysis of ferroresonance in three-phase trans-formers.IEEE 2000:1013-1018.

[3]吴天明,谢小竹,彭彬.MATLAB电力系统设计与分析[M].北京:国防工业出版社,2004.

[4]程祥,李朝晖.变电站小电流接地数值仿真研究[J].水电能源科学,2001,19(2):48-50.

[5]陈珩.电力系统稳态分析[M].北京:中国电力出版社,1995.

单相自吸泵的常见故障与排除 第8篇

单相自吸泵在广大农村没有安装自来水的地方, 被广泛用于提水饮用或灌溉, 即使是有自来水的地方, 受水源储水量、用水高峰、给水压力等影响, 也同样离不开单相自吸泵。因此, 本文就单相自吸泵在使用中常见的故障进行分析, 找出故障原因, 并提出维修方法。以便于使用者和维修人员借鉴。

1单相自吸泵的工作原理

电机带动叶轮 (涡轮) 高速旋转, 使泵体内吸水室中的水及空气混合, 水、气混合物在离心力的作用下从叶轮中飞出, 叶轮中心部分形成负压 (真空) 区域, 水源的水在大气压力的作用下, 通过进水管被压到泵体的吸水室内, 然后再离心进入泵体的出水室后扬出。这样循环运动, 实现了连续抽水的过程。

2电机不能启动或启动困难

2.1现象

在电源正常给电情况下, 电机不能启动或启动困难。

2.2故障原因及排除方法

(1) 电机引线或定子线圈烧坏。应使用万用表检查, 查出问题所在, 更换电机引线或重缠定子线圈。

(2) 起动电容烧坏 (击穿) 。用万用表检查, 如果是, 就更换与之相匹配的电容。

(3) 叶轮被杂物塞住。塞住的原因有两个, 一个是吸进杂物被塞住, 另一个是叶轮打齿, 被齿牙塞住。排除方法是拆下叶轮清除杂物或更换新叶轮。

(4) 电机轴承烧死。如果拆下叶轮和水封, 用手转不动电机转子, 就是轴承被烧死。应更换新轴承。

(5) 电机轴承磨损严重 (松逛) , 通电时电机转子被磁力吸在定子线圈铁芯上, 转子不能转动。应更换轴承。

(6) 电机转子轴承口磨损松逛, 出现转子被吸住的症状。应在轴承口处加垫 (如易拉罐皮等) , 必要时用电焊补轴, 再上车床车到标准为止。

(7) 电机定子线圈松动 (移位) , 应复位加固。

(8) 机械水封老化塞死, 导致电机不能启动。应更换新水封。

(9) 泵体与电机之间的连接螺栓松动, 造成叶轮刮边。应调正泵体, 拧紧螺栓。

(10) 泵体边盖因冻向外鼓起造成吸水空腔增大。应更换边盖。

3水泵吸力不足

3.1现象

在泵体内有水, 且电机正常运转时, 用手心堵住水泵进水口, 感到吸力不足。

3.2故障原因及排除方法

(1) 叶轮或水封磨损。应更换新叶轮或水封。

(2) 水泵进水口、出水口、边盖密封不严。应拧紧或更换胶垫。

(3) 泵体轻度腐蚀漏气。用302胶补上漏气处。

(4) 冬季防寒不当, 泵体隔板被冻裂。用302胶修补或更换新泵体。

(5) 叶轮未装靠。叶轮应调整到与泵体内壁似贴非贴的位置为宜。

(6) 泵体内进水孔被杂物堵塞。应拆掉泵体上盖, 清除杂物。

(7) 电机转子轴向窜动。将转子两端轴承拆下, 在转子轴承口处用锐器砍几个麻点, 再将轴承装上或更换新轴承。

(8) 螺杆式自吸泵的螺杆组件磨损。应更换新螺杆组件。

4水泵无吸力

4.1现象

在泵体内有水, 且电机正常运转时, 用手心堵住水泵进水口, 感到无吸力。

4.2故障原因及排除方法

(1) 叶轮或水封损坏。应更换新的叶轮或水封。

(2) 叶轮顶丝未拧紧。应拧紧。

(3) 泵体严重腐蚀, 造成隔板损坏。应更换泵体。

(4) 电机反转。主要是更换电容时将线圈头接错, 调整过来即可。

(5) 泵体出水口装反。在正常情况下, 出水口应在出水室的上端, 如果安装时错误地将出水口装在吸水室的上端, 人为造成出水室被盖死, 泵中水喷不出去也就吸不进来。应将出水口调整正确。

5泵体回水

5.1现象

引水时间较长, 且停机时泵体内不存水。

5.2故障原因及排除方法

进水口处逆止阀被掩住或阀体弹簧损坏。应清除掩物或更换逆止阀。

6运转噪声过大

6.1现象

水泵工作正常, 但噪声过大, 且整机温度过高。

6.2故障原因及排除方法

(1) 电机轴承缺油。应加注耐高温锂基脂。

(2) 叶轮与泵体内侧无间隙或间隙中塞进硬物 (如钢丝等) 。应调整间隙或清除塞物。

(3) 叶轮变形, 造成一侧摩擦。应更换新叶轮。

7新泵体吸力不足

7.1现象

更换新泵体后, 仍感到吸力不足。

7.2故障原因及排除方法

在前面提到的吸力不足原因排除后, 只有一个可能, 就是泵体有砂眼 (铸造缺陷) 而漏气。用302胶处理即可。

8电机转数不够

8.1现象

电机低速运转, 机壳过热, 有烧焦味。

8.2故障原因及排除方法

(1) 电源电压过低。应安装稳压器或请专业电工维修。

(2) 定子线圈短路或电容烧毁。可重新缠烧损的线圈或更换电容。

9机壳带电

9.1现象

触碰泵及电机外壳时带电。

9.2故障原因及排除方法

(1) 水封磨损严重, 水通过电机轴渗入电机内, 使电机绝缘性能恶化所致。更换水封, 烘干电机定子线圈。

(2) 电机被水淋湿, 水经过电容、电源线接口进入电机内。烘干电机定子线圈。

10结束语

笔者在基层从事农机化工作已35年, 在入户指导时发现农民家中废弃的自吸泵随处可见。据了解, 他们都当做废品卖掉, 其中有80%经过简单维修, 花不了多少钱就能正常使用, 这样白白废弃, 实在可惜。以上是笔者多年来实践工作总结的经验, 希望对使用者和维修人员能有所帮助。

摘要：结合单相自吸泵的工作原理, 对自吸泵的单相电机和泵体部分在使用中出现的故障现象进行系统分析, 根据不同的故障原因, 提出相应的诊断和维修方法。

单相故障 第9篇

1 中性点不接地方式的单相故障

中性点不接地方式是小电流接地系统中最简单的一种。在这种方式下, 一旦某条出线发生单相接地短路, 非故障相的对地电压就会升高, 并产生很大的零序故障电流, 但线电压依然对称, 因而不影响对用户的连续供电, 系统可继续运行一段时间。如果故障长时间存在得不到切除, 就会扩大为相间短路故障, 影响正常供电, 甚至损坏设备, 破坏系统安全运行。

系统参数:

2 系统建模

Sim Power Systems模块库Elements中的3-phase-fault功能模块用来模拟接地故障, 设置为A相接地短路, 在0.3s时发生短路, 持续时间为0.2s。3-phaseseries RLC load用于模拟负荷, 频率为50Hz, 其他参数为默认值。Three-phase VIMeasurement是三相电压电流测量元件, 频率为50Hz。仿真参数设置如下:开始时间为0, 终止时间为0.7s, 选择算法为ode23tb, relativetolerance为1e-3, 其他参数为默认值[3]。

3 仿真波形及滤波器设计

运行模型, 并查看示波器中电流的情况如2,

可以明显看出在0.3s短路发生时A相电流发生瞬变, 产生冲击电流, 并在0.3s至0.5s内逐渐趋于平稳正弦波, 在0.5s时断路器跳开, 电流为零, 0.7s断路器合上, 电流趋于正常。

由此看出在短路发生以后, 谐波成分主要为50hz以下的低频成分, 用FDAtool设计带通滤波器即可滤出基波。本例中设置滤波器增益=1, 极点到Z平面原点距离z=0.99[4], 由此设计滤波器如图3:

4 结论

本文利用Matlab仿真平台, 建立了中性点不接地方式的单相接地故障仿真模型, 通过对线路故障电流的频域分析, 确定各频率成分及含量[5], 并利用matlab中的Fdatool工具设计出带通滤波器对故障电流中含有的高频成分予以滤除, 最后检验了加入滤波器后的故障电流的频率成分, 说明该滤波器的可靠性[6]。为工程中中性点不接地的实际案例提供理论指导, 具有一定的应用意义。

参考文献

[1]于永源, 杨绮雯.电力系统稳态分析[M].中国电力出版社, 2007.

[2]王兆安.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[3]李维波.Matlab在电气工程中的应用[M].北京:中国电力出版社, 2007.

[4]李维波.Matlab在电气工程中的应用实例[M].北京:中国电力出版社, 2009.

[5]张保会.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社, 2004.

单相故障 第10篇

摘要：针对配电网络拓扑结构日益复杂多样化、巡线工作变得繁重、线路故障难以定位的问题，本文基于C型行波法测距，设计了PSCAD-MATLAB模型、编写M文件模块。在线路始端注入高压单窄脉冲并检测从线路返回的波形，对所得波形进行小波分析。仿真结果证明该方法提高了线路故障测距的准确性，减少了巡线的工作量。

关键词：行波；故障测距；小波分析；配电网

Abstract：The power distribution network topology structure is increasingly complex and diversity，patrol work become burdensome，line fault is difficult to locate.To solve these problems，a PSCAD-MATLAB model and compiling M-files based on C type traveling wave location method is proposed in this paper.Injecting a high voltage and narrow single pulse，wave back from the lines is monitored.Using the powerful singular detection function of wavelet，the time that the wave crest arrives is detected and the fault distance is calculated.The simulation results prove that the method improves the accuracy of fault location，reducing the workload of patrol.

Keywords：traveling-wave；fault location；wavelet analysis；Single-phase Grounding；power distribution network

1 引言

隨着配电网的高速发展，网络结构开始变得复杂。故障测距结果是查找故障点位置的重要参考依据，国内外采用的接地故障测距方法归纳起来有：阻抗法、S注入法、智能法、区段查找法和行波法等几种[1]，但在不同的电网结构中体现出各自不同的优缺点，因此研究高性能测距的故障测距方法及设备是必然趋势。

2 PSCAD-MATLAB 接口技术及模块

行波法故障测距在配电网接地系统中应用最为广泛，目前大致可分为 A、B、C三种类型[2-3]。C型测距法更适合结构复杂，多分支线的配电系统。

2.1 PSCAD-MATLAB接口技术原理

接口的功能是协调MATLAB与PSCAD的协同运行以及完成它们之间数据、控制信息的交换。将PSCAD中的m个数据通过外部接口传送到 MATLAB，将处理得到的n个运算结果传送到PSCAD中，PSCAD再次调用 MATLAB[4]。如此反复，就可根据 PSCAD 中的电力系统模型和 MATLAB 中的控制条件、分析算法得到不同工况的系统数据及分析结果。PSCAD/EMTDC内Fortran文件DSDYN调用外部 Fortran 子程序，该 Fortran 子程序可以启动MATLAB数据引擎。同时，含有MATLAB 命令的 M文件也将传送到MATLAB 数据引擎中，用户可根据需要编写 M文件，实现所需的仿真。

2.2测距系统功能模块

2.2.1 高压单窄脉冲注入模块

高压单窄脉冲注入模块的功能是产生并发送一定幅值的不同周期和脉宽的脉冲信号。通过对220V交流信号进行整流、滤波、升压后送入故障线路。通过控制IGBT的触发时间可以发送不同周期和脉宽的脉冲信号，高压通过升压得到，仿真中脉冲幅值约为2kV，脉宽约为 。

2.2.2 PSCAD-MATLAB接口模块[5]

本仿真系统中共用到了两个接口模块，一个是数据采集模块，它的功能是以 为仿真步长，调用已编程的“数据采集”M文件，将高压单脉冲发生模块发出的脉冲及各个节点折、反射回的波形以数据的形式写入txt文件，另一个是波形小波变换模块，功能为调用“小波变换”M文件，读取txt文件对所记录的波形进行小波分析，经db1小波六层分解，对第一层高频部分重构图形分析，观察局部极值点，确定脉冲发出时间和在故障点返回的波形时间，为测距做准备。

3配电网35kV模型的仿真分析

3.1 行波测距仿真步骤

下面列出测距的流程图，如图3-1所示：

图3-1 测距仿真流程图

Fig.3-1 Ranging simulation flow chart

3.2 仿真算例分析

在已经选线的前提下，设在A相分支一2.66km处发生单相接地故障如图3-2所示，接地电阻设置为200 。

图3-2 单相接地例图

Fig.3-2 Single-phase grounding case diagram

第一步进行故障距离测量，注入脉冲后将发生单相接地故障产生的波形（图3-3）与线路正常时产生的波形（图3-4）比较，以便确定接地故障点返回行波脉冲的位置。

图3-3 正常时注入脉冲产生的波形

Fig.3-3 Normal pulse waveform

图3-4 故障时注入脉冲产生的波形

Fig.3-4 Fault pulse waveform

通过两个波形的比较，可以确定在故障波形中的第三个脉冲尖峰为故障点返回的行波脉冲。然后对故障波形进行小波变换，利用db1小波6层分解，再对一层高频重构后的波形进行分析（图3-5）准确的反映出故障波形突变部分。

图3-5 一层高频重构图形

Fig.3-5 First layer high frequency waveform refactoring graphics

对初始注入的脉冲和故障点处返回的行波脉冲在一层高频重构图形中所对应位置进行局部放大，确定初始注入脉冲行波时刻 点为1267，接地故障点返回时刻 为35，由于仿真步长为0.1 可以算出 与 的时间差。根据公式 可以计算出行波在架空线路传播的速度约为 。由测距公式： 可以计算出故障距离为18.0734km，与实际距离18.08km非常接近，绝对误差为7.6m，相对误差为0.042%，根据以上步骤，对各相不同分支进行了测距仿真。

参考文献：

[1]季涛，孙同景，薛永端，徐丙垠，陈平.配电网故障定位技术现状与展望.继电器[J]，2005，33（24）：32-37.

[2]许汉平，魏威等.RTDS行波线路模型用于输电线路故障测距的研究.电网技术[J]，2001，25（10）：47-50.

[3]贾惠彬，赵海锋等.基于多端行波的配电网单相接地故障定位方法.电力系统自动化[J]，2012，36（2）：96-99.

[4]杨健维，麦瑞坤，何正友.PSCAD/EMTDC与MATLAB接口研究.电力自动化设备[J]，2007，27（11）：83-86.

[5]钟波，赵华军.PSCAD/EMTDC程序与MATLAB语言接口的研究.广东电力[J]，2005，18（8）：28-30.

作者简介：

单相故障 第11篇

为了提高供电可靠性,我国6~35 kV配网主要采用中性点非有效接地方式[1],发生占总故障50%~80%[2]的单相接地故障后,传统故障处理方法通过人工巡线查找故障点,费时耗力,延长了故障停电时间。研究准确有效的单相接地故障定位方法,对于及时排除故障、提高供电可靠性有重要理论价值和现实意义。

现有配网单相接地故障定位有离线法[3,4]和在线法[5,6,7,8,9,10,11,12,13]。离线法在断电后通过注入信号确定故障位置[3,4],定位效果好,但需停电和外加设备。在线法根据在线测量值进行定位,又分故障区段定位[5,6,7]和故障测距[8,9,10]。前者通过沿线安装测量装置确定故障区段,其成本高;后者通过站端测量值计算故障点与测量点间的距离。文献[9-11]提出用故障稳态特征进行故障测距,但稳态故障电流小,测距误差较大,可靠性低,而暂态特征相对比稳态特征更明显,因此,基于暂态特征的故障测距法引起了广泛关注,并已被用于故障选线[12]。

随着电子式互感器的应用,测量信号可不受铁芯饱和影响,使基于暂态特征的故障测距法成为可能。文献[13]利用暂态行波进行测距,但行波法对装置要求很高,成本大,不利于实际应用;文献[14]利用暂态信号进行小波变换,结合神经网络进行故障测距,但训练样本大,且系统结构变化后需重新训练。文献[15]提出利用小波变换提取充电暂态特征定量计算故障距离,但计算结果易受暂态信号衰减特征影响,尚需进行深入研究。

本文深入研究了配网单相故障充电暂态信号及其衰减特征,在现有暂态特征测距法的基础上,提出一种自适应确定充电暂态信号有效区段的故障测距法。利用快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transform)法分析故障相暂态信号,判定充电暂态信号的有效性,并确定充电信号频率,再通过时频分析法进一步提取充电暂态信号特征,根据充电暂态信号的幅值衰减特征自适应确定暂态信号的有效区段,利用有效区段内信号进行故障测距。并分别对比研究了采用实小波、复小波和S变换提取充电暂态特征的不同特点,比较了故障距离、故障电阻、故障初相角以及噪声信号对3种方法的影响。算例仿真证明,考虑充电暂态及其衰减特征后,利用S变换法提取特征并进行故障测距的方法,结果更准确,具有可行性。

1 单相接地故障暂态信号及其衰减特征

1.1 故障暂态信号特征

中性点非有效接地系统发生单相金属性接地故障时,故障相电压降到0,非故障相电压升高到正常相电压的倍[16]。故障暂态信号包括工频分量、对非故障相线路电容的充电暂态信号、故障相线路电容的放电暂态信号,以及消弧线圈中产生的暂态直流分量4个分量[16,17],且除工频分量外的3个分量均按指数衰减,衰减暂态信号流通路径如图1所示。放电信号由于流通回路电感小,信号衰减快,振荡频率高;而充电信号流通回路电感大,信号衰减慢,振荡频率低,信号幅值大[16]。

图1为含两回出线的配网模型图,假设出线2的c相发生单相接地故障,RF为故障电阻,M点为变电站端测量点,K为中性点接地方式选择开关(闭合时为谐振接地,断开时为不接地)。

1.2 暂态信号衰减特征

以充电暂态信号为例,将信号回路进一步简化可等效为串联RLC电路[15],据电路理论,当回路参数满足式(1)时,暂态信号为振荡衰减,否则为直流衰减。因此,对于确定的故障点,系统存在临界故障电阻,且该电阻由系统等效参数决定。据统计,中性点不接地系统单相接地故障电阻在40Ω附近[2],仿真发现,故障电阻临界值为100Ω左右(由实际网络参数和故障情况决定),因此,大部分单相接地故障的充电暂态信号都满足振荡衰减。振荡衰减暂态信号如式(2)所示[16,17],衰减系数如式(3)所示[16]。

其中,R、L、C分别为串联RLC回路的等效电阻、电感和电容,A为暂态信号幅值,δ为暂态信号衰减系数,f为暂态信号频率,θ为其初相角。

由式(3)可见,电阻越大,衰减系数越大,暂态信号衰减越快,持续时间也越短。对于确定的故障点,回路电阻主要由故障电阻决定,因此故障电阻对暂态信号衰减特征影响很大。图2为金属性单相接地故障和故障电阻为40Ω时故障相电流波形图,可见故障电阻对暂态信号衰减特征有很大影响故障电阻增大明显导致暂态信号持续时间变短。因此在进行分析时需根据暂态信号的衰减特征自适应确定信号有效区段,以保证信号的合理、充分利用。而故障电压初相角主要影响暂态信号幅值[16],不会对暂态信号的频率成分以及信号衰减特征产生影响。

2 基于充电暂态信号的测距原理

充电暂态特征测距原理可理解为基于高频分量的阻抗法。由于故障时大部分暂态信号均经故障点与地构成流通回路,通过高频分量定量计算可计算出故障距离,原理如图3所示。该方法利用了单相接地故障暂态分量幅值大且不受消弧线圈影响的优点;由于无需采用工频分量,从原理上避免了负荷电流和系统不平衡影响;当线路通过高频分量时,线路的电抗更大,可更有效减小故障电阻的影响,提高计算的准确性和可靠性。

图3中,M点为变电站出线侧的测量点,F点为故障点,I为频率f下的电流,ZL为线路在频率f下的阻抗,RF为故障电阻。

假定提取暂态信号中频率为f的分量作为待分析量,对于衰减的频率f分量也可利用对称分量法进行分析[18]:

其中,UM、UF分别为M点和F点在频率f下的电压,UM1、UM2、UM0分别为M点处频率f下的正、负、零序电压,UF1、UF2、UF0分别为F点处频率f下的正、负、零序电压,I1、I2、I0分别为频率f下的正、负、零序电流,ZL1、ZL2、ZL0分别为故障线路在频率f下的正、负、零序阻抗。

根据各序分量具有独立性可列写下式:

根据单相接地故障边界条件有:

联立式(4)(6)有:

由式(7)可进一步得:

其中,Im表示求复数虚部;XL1、XL2、XL0分别为故障线路在频率f下的正、负、零序电抗值;xl1、xl2、xl0分别为在频率f下的线路单位电抗,L1、L2、L0分别为线路正、负、零序单位电感;l为故障线路长度。

由式(8)、(9)可得,利用频率f下的电压、电流以及线路参数计算出的故障距离为:

将式(10)用幅值和相角形式也可写作:

其中,为频率f信号的电压、电流相位差。

可见,若高频分量流经变电站端测量点并经地构成流通回路,可通过对该频率分量定量分析计算出故障距离。在单相接地故障暂态信号中,理论上,充、放电暂态信号均满足条件,但由于充电信号幅值更大,更有利于计算,因此利用充电暂态信号进行故障测距。

3 充电暂态特征提取及故障距离计算

3.1 信号频谱分析和充电频率识别

在提取充电暂态信号特征前,先根据快速傅里叶变换判断充电暂态信号有效性并识别充电暂态信号特征频率。以故障后2个基波周期故障相电压、电流信号进行分析,考虑信号采样频率为10 kHz。

单相接地故障暂态信号集中于0.3~3 kHz[19],由于充电暂态信号幅值更大[16],因此利用该频段内频谱幅值特征确定充电暂态信号特征。首先确定该频段范围内信号幅值极值点,若最大极值点信号幅值大于该频段范围内所有极值点均值的2倍,则判定充电信号有效,且最大极值点信号对应频率为充电信号频率。由于暂态电压信号幅值受线路阻抗、信号频率的影响,不能准确反映信号强弱,因此以电流暂态信号分析为主,以电压暂态分析为辅。

3.2 充电暂态信号特征提取及故障距离计算

确定充电暂态信号频率后,可用时频分析方法提取充电暂态信号并进行定量计算。本文分别用实小波、复小波和S变换法提取充电信号,并进行对比研究,寻找更适合的方法。

3.2.1 实小波变换

小波变换按其变换系数为实数还是复数分为实小波和复小波[20],经实小波变换提取出的信号仅包含幅值信息。由于充电暂态信号为按指数衰减的正弦信号[17],因此选择式(12)所示的Morlet小波为母小波,变换尺度根据母小波中心频率和充电暂态信号频率计算,如式(13)所示。

其中,C为常数,s为小波变换尺度,fa为母小波中心频率(可通过MATLAB内置函数计算),fs为信号采样频率,fc为充电信号频率。

图4(a)为实小波变换提取的充电信号幅值,可见其充电信号振荡衰减特性。电压、电流信号的相位差可根据信号对应极值点间的时间差并结合充电频率进行计算,如式(14)所示。

其中,为充电频率电压、电流相位差;ωc为充电角频率;fc为充电频率;ts为电压超前电流的时间(即电压、电流对应极值点的时间差),如图4(a)所示。

由于不同故障下暂态信号衰减速度不同,需根据衰减特征确定有效区段,所有参数计算均用该区段内的信号。故障距离用式(11)计算,用电压、电流信号计算对应极值点,计算出的故障距离为一组序列,取有效区段范围故障距离的均值作为最后结果。信号有效区段的自适应确定方法见第4节。

3.2.2 复小波变换

复小波变换实质上是将信号沿2个正交空间分别作实小波变换,系数分别作为变换结果的实部和虚部,其包含信号幅值和相位信息[20]。

同样选择Morlet小波为母小波,图4(b)为复小波变换提取的充电信号幅值曲线图。可见,与实小波变化结果有差异,主要是由于复小波变换结果是幅值相角形式,而实小波变换是瞬时值形式,但其实质基本相同。

由于复小波变换结果为复数值,同时包含了信号幅值和相位信息,故障距离可用式(10)计算。值得注意的是,由于信号衰减,且电压、电流之间存在相位差,因此不能直接用同一时刻值进行计算,需将相位对应转化为时间对应,修正式(10)为式(15):

ts可根据电压、电流的相位差并结合式(14)计算,相位差如式(16)所示。

其中,angle()代表求复数信号相角,UM(t)、I(t)分别为经复小波变换提取出的t时刻的充电电压、电流信号复数值。

与利用实小波变换计算故障距离相似,所有分析均用有效区段范围内的信号进行。计算出的故障距离同样为一组序列,但序列点数大幅增加。

3.2.3 S变换

S变换是以Morlet小波为母小波的连续小波变换的延伸,相当于相位校正后的小波变换,其结果用时频矩阵表达[21],行为时间,列为频率。经S变换后,由式(17)确定变换结果相邻2行的频率差[21],再结合充电暂态信号频率确定充电暂态信号所在行,提取出该行信号即为充电暂态信号。

其中,Δf为相邻2行的频率差,fs为信号采样频率,N为被分析信号的点数。

经S变换提取出的充电暂态信号与经复小波变换提取的结果相似,均为复数值序列,因此分析处理方法与前面相同。经S变换提取出的充电暂态信号幅值如图4(c)所示,可见经S变换提取的充电暂态信号平滑性更好。

4 自适应确定信号有效区段的故障测距

第1.2节分析了影响暂态衰减特征的主要因素,可见不同故障时暂态信号持续时间差异很大。因此定量计算暂态信号时,若选固定区段信号进行分析,区段选择过长时可能引入无效信号,导致结果准确性和可靠性降低,选择过短则不能保证暂态信号的充分利用,因此需根据暂态衰减特征自适应确定信号有效区段。

原始暂态信号中包含了多种暂态频率分量,而本文以充电暂态信号为分析对象,为避免其他暂态信号对有效区段的影响,确定信号有效区段时利用时频分析提取出的充电暂态信号进行计算。在确定暂态信号有效区段起始点时,由于信号变换法本身的特点,初始部分有一定程度的畸变,如图4所示,可用2个充电信号周期后的信号作有效区段起始点。在确定信号有效区段终止点时,根据信号幅值自适应确定,以充电电流信号为分析对象,对实小波变换提取的信号,以一个充电周期内的信号均方根值RMS(Root Mean Square)小于第1个充电周期内均方根值的5%作为判断标准;对复小波变换和S变换提取的信号,直接以电流信号幅值小于最大幅值的5%作为判据。

图5为经3种方法计算出的故障距离序列曲线图,并给出了幅值自适应确定的信号有效区段。由图可见,经复小波变换确定的有效区段长度为0.0185 s,而经S变换确定的有效区段长度为0.021 s。经S变换计算出的故障距离序列平滑性更好,且其信号有效

区段更长,更利于实际应用。

5 仿真验证与讨论

基于MATLAB建立35 k V架空线路模型,见图6。线路参数如下[12]:正序电阻0.17Ω/km,零序电阻0.23Ω/km,正序电感1.2 mH/km,零序电感5.48mH/km,正序电容9.697 nF/km,零序电容6 nF/km。考虑网络过补偿度为10%,串联电阻值按消弧线圈感抗的10%选取,计算见文献[12],取电感L=6.92 H,串联电阻R=217.36Ω。

假设出线1的c相发生单相接地故障,考虑信号采样频率10 kHz。由于充电暂态信号不受消弧线圈影响[1],限于篇幅,本文仅列出了中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果,如表1所示,中性点不接地系统的结果相近,误差计算如下:

为了比较3种方法受故障距离、故障电阻、故障初相角以及噪声的影响,考虑故障距离为10 km,故障电阻为20Ω、故障初相角为90°、信噪比为80 d B时,比较分析各因素对各方法的影响,如图7所示。

从图7(a)可看出,当故障距离较小时,测距相对误差较大,随故障距离增加,基于实小波变换的方法有一定的波动,而基于复小波变换和S变换的方法则逐渐减小并趋于稳定,故障距离对方法的整体影响不大。图7(b)分析了故障电阻对方法的影响,可见,随故障电阻增大,误差有所增加,主要原因在于故障电阻增大导致信号衰减速度增加,信号有效区段减小,但故障电阻小于70Ω时,误差小于8%,能满足实际要求。由图7(c)可见,故障初相角对实小波变换影响明显,但对复小波和S变换影响很小。由图7(d)可发现,3种方法的抗噪声能力均较强,仅在信噪比很低时有较小影响。

结合表1和图7可见,不同故障情况下,复小波和S变换法的测距精度较实小波变换法高,且这2种方法基本不受故障初相角和噪声的影响,受故障距离和故障电阻的影响小,能满足实际测距需要。结合图4和图5,利用S变换提取的信号平滑性更好,计算的故障距离有效序列长度更长,因此S变换法更有利于进行故障测距。

6 结论

根据故障暂态信号及其衰减特征自适应确定信号有效区段,用充电暂态信号定量计算故障距离,保证了暂态信号的充分、合理利用,提高了测距的准确性和可靠性。分别用3种方法提取充电暂态特征,对比研究发现,复小波和S变换法受故障距离、故障初相角以及噪声的影响小,可实现对小电阻接地故障的准确测距。综合考虑变换方法提取信号的平滑性以及信号有效区段长度,S变换更具优势。利用该方法只需进行单端测量,且不受负荷以及系统不平衡影响。