專利名稱：一種單相自適應(yīng)重合閘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力系統(tǒng)輸電線路繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體地，本實(shí)用新型涉及
一種超高壓輸電線路單相自適應(yīng)重合閘，更具體地，本實(shí)用新型涉及一種基于脈沖注入式 的單相自適應(yīng)重合閘。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，輸電線路(特別是架空線路)最容易發(fā)生故障，因此，保證輸電線
路安全運(yùn)行是很重要的。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，架空線路的故障大多都是暫時(shí)性的，這
時(shí)，如果將斷開的線路再重新投入，則能夠恢復(fù)正常的供電，因此在電力系統(tǒng)中廣泛采用了
自動(dòng)重合閘裝置，這樣在發(fā)生暫時(shí)性故障時(shí)，可以大大提高供電的可靠性。 但是由于目前的自動(dòng)重合閘裝置不能判斷故障的瞬時(shí)性與永久性，當(dāng)發(fā)生故障
后，自動(dòng)重合閘裝置總要重合一次，因此當(dāng)重合于永久性故障時(shí)，會(huì)帶來一些不利的后果 a)電力系統(tǒng)又一次受到短路電流的沖擊，有可能造成重合后電力系統(tǒng)的搖擺幅度
增大，甚至可能使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重危害。 b)斷路器在很短的時(shí)間內(nèi)，連續(xù)兩次切斷故障電流，惡化了斷路器的工作條件，減
少了斷路器的使用壽命。 c)大型火電廠的高壓出線上采用自動(dòng)重合閘，有可能激發(fā)起汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭 振，造成軸系某些部件或聯(lián)軸器的斷裂或損傷。 實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)重合閘的實(shí)質(zhì)是，在作出是否重合的決策以前即能正確識(shí)別瞬時(shí)與永
久故障。目前，國內(nèi)外對(duì)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)重合閘進(jìn)行了以下幾種研究方法 a)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)技術(shù)識(shí)別永久故障與瞬時(shí)故障，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)單相重合閘。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自然科學(xué)及工程上出現(xiàn)了很多成功應(yīng)用的例子，由于人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)具有很強(qiáng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力及強(qiáng)大的并行處理能力，另外人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識(shí)別方面 應(yīng)用較成熟，而所謂自適應(yīng)重合閘也即是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行辨識(shí)，以決定合閘與否，因此，自 然可以在自適應(yīng)重合閘中引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 但是，由于電力系統(tǒng)復(fù)雜多變，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各有不同，人工網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)需要進(jìn)行大量的 學(xué)習(xí)和模擬，這樣耗費(fèi)很多的時(shí)間和需要大量的信息量，所以目前還沒有一種繼電保護(hù)裝 置成功引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 b)基于模糊控制理論識(shí)別永久故障與瞬時(shí)故障，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)單相重合閘。 將模糊集引人控制論，為控制領(lǐng)域的發(fā)展開辟了新道路，而繼電保護(hù)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上 也是一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，那么可以將模糊集理論引入繼電保護(hù)中以實(shí)現(xiàn)重合閘原理的優(yōu) 化。 然而，由于模糊控制具有輸人信息量大，輸出相對(duì)簡(jiǎn)單，動(dòng)作時(shí)間要求高等特點(diǎn)， 迄今為止，尚沒有一種繼電保護(hù)裝置成功引人模糊數(shù)學(xué)的知識(shí)。 c)利用電弧的一些特性來識(shí)別永久與瞬時(shí)故障。[0015] 利用瞬時(shí)性故障有較大的電弧電壓存在，而永久性故障的電弧電壓可忽略，電弧 電壓由于電弧電阻的非線性而產(chǎn)生畸變，使電弧電壓有高次諧波存在，同樣，在母線上也有 高次諧波，因此，在母線上檢測(cè)高次諧波分量的有無或變化情況，可以區(qū)分"瞬時(shí)性"與"永 久性"故障。根據(jù)對(duì)故障電弧電壓的具體分析，利用故障產(chǎn)生的奇次諧波能量的變化判別瞬 時(shí)性故障與永久性故障，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)重合閘原理。 經(jīng)驗(yàn)表明，在220KV及以上的線路上，由于線間距離大，其中絕大部分的故障是單 相接地短路。在這種情況下，如果把發(fā)生故障的一相斷開，然后再進(jìn)行單相重合，而未發(fā)生 故障的兩相仍然繼續(xù)運(yùn)行，就能夠大大提高供電的可靠性和系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。這種 方式的重合閘就是單相重合閘，如果線路發(fā)生的是瞬時(shí)性故障，則單相重合閘將重合成功， 即三相恢復(fù)正常運(yùn)行；如果是永久性故障，單相重合將不成功，則需根據(jù)系統(tǒng)的具體情況進(jìn) 行處理，如不允許長(zhǎng)期非全相運(yùn)行時(shí)，應(yīng)立即切除三相而不再進(jìn)行重合。 自適應(yīng)重合閘 當(dāng)同桿雙回線發(fā)生故障，故障相跳閘后，健全相對(duì)故障相會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)電壓，恢復(fù)電 壓包括電容耦合電壓以及電磁耦合電壓。電容耦合電壓包括相間電容耦合電壓以及線間電 容耦合電壓，其幅值不受線路長(zhǎng)度的影響；電磁耦合電壓由線間以及相間的互感產(chǎn)生。由于 恢復(fù)電壓的影響，使得故障點(diǎn)潛供電弧的熄滅比較困難，為了加快潛供電弧的自熄，目前比 較常用的方法是在三相并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)加小電抗的方法，該方法可以部分或全部補(bǔ)償 相間的靜電耦合電壓。自適應(yīng)重合閘主要包括無嚴(yán)重故障判據(jù)以及按相順序重合原則。 單相重合閘是指線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作只跳開故障相的斷路 器并單相重合；當(dāng)單相重合不成功或多相故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作跳開三相斷路器，不再進(jìn)行重 合.由其它任何原因跳開三相斷路器時(shí)，也不再進(jìn)行重合。 然而，由于電弧是個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程，涉及到物質(zhì)的組成和物性變化及 許多復(fù)雜的時(shí)變過程，其中許多因素又是高度非線性的，因此要建立準(zhǔn)確的電弧模型幾乎 是不可能的，加上不同類型電弧特性的差異，這種方法的普遍適用性難免要受到限制。 d)利用故障暫態(tài)產(chǎn)生的高頻信號(hào)來判別瞬時(shí)與永久故障。 利用故障暫態(tài)產(chǎn)生的高頻信號(hào)可以解決各種復(fù)雜情況下的選相問題，同時(shí)能夠準(zhǔn) 確地判別出瞬時(shí)與永久故障，以及瞬時(shí)故障的持續(xù)時(shí)間。 但目前只是利用故障暫態(tài)產(chǎn)生的高頻信號(hào)來進(jìn)行故障定位，尚沒有進(jìn)行故障性質(zhì) 判斷的研究。 e)利用恢復(fù)電壓的方法來判別瞬時(shí)與永久故障。 對(duì)于瞬時(shí)性故障，由于跳開相故障點(diǎn)已經(jīng)消除，電容耦合電壓與電感耦合電壓都 存在；而對(duì)于永久故障，由于故障點(diǎn)仍然存在，電容耦合電壓接近于零，只有電感耦合電壓 存在，所以可以利用是否存在電容耦合電壓來判別故障性質(zhì)?；謴?fù)電壓法是用故障相的"相 一地"電壓中存在電容耦合電壓與否來區(qū)分瞬時(shí)性和永久性故障，而電容耦合電壓一般不 足線路額定電壓的10%，對(duì)于不到線路額定電壓10%的電壓，不但其工程測(cè)量精度存在問 題，而且用它進(jìn)行故障識(shí)別時(shí)，結(jié)果的可信度也存在問題。 專利號(hào)為"200410093917. 7 "的中國專利" 一種輸電線路單相自適應(yīng)重合閘綜合 判據(jù)實(shí)現(xiàn)方法"，以電壓判據(jù)、補(bǔ)償電壓判據(jù)、組合補(bǔ)償電壓判據(jù)和相位判據(jù)四種判據(jù)為依 據(jù)，其特征在于如果輸電線路為瞬時(shí)故障，以上述四種判據(jù)均對(duì)故障性質(zhì)進(jìn)行判定當(dāng)輸電線路發(fā)生一般的瞬時(shí)性故障情況下，利用電壓判據(jù)判定故障性質(zhì)；當(dāng)輸電線路發(fā)生斷開 相電壓很低故障時(shí)，利用補(bǔ)償電壓判據(jù)、組合補(bǔ)償判據(jù)與電壓判據(jù)進(jìn)行綜合判斷，對(duì)于重負(fù) 荷長(zhǎng)距離輸電線或帶并聯(lián)電抗器的線路，以基于相位判定的相位判據(jù)進(jìn)行故障判斷；如果 輸電線路發(fā)生永久故障，以四種判據(jù)的綜合判斷結(jié)果，判斷是否進(jìn)行重合閘操作。 顯然，該方法為一種前述利用恢復(fù)電壓的方法來判別瞬時(shí)與永久故障的方法。 專利號(hào)為"200810151740. X"的中國專利公開了一種基于故障點(diǎn)電壓的單相自適 應(yīng)重合閘故障性質(zhì)判斷方法實(shí)時(shí)采集輸電線路一側(cè)的各相電壓和電流值；故障測(cè)距；實(shí) 時(shí)計(jì)算當(dāng)前實(shí)際的故障點(diǎn)電壓；求出線路兩端的健全相電流和故障相電壓，再利用此結(jié)果 和故障測(cè)距結(jié)果求出故障點(diǎn)的近似開路電壓，并求取整定壓；將故障點(diǎn)電壓與整定電壓作 比較，若在單相跳閘后的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)，故障點(diǎn)電壓值能夠持續(xù)大于整定值，則判定為瞬時(shí) 性故障，保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)后發(fā)重合命令；若在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)始終不能大于整定值，則判定為 永久性故障，保護(hù)將線路三相跳開并不再重合。 同樣，該方法也是一種前述利用恢復(fù)電壓的方法來判別瞬時(shí)與永久故障的方法。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有研究方法的不足，本實(shí)用新型的目的在于提出一種單相自適應(yīng)重合閘， 通過在電容式電壓互感器的末端注入一高頻信號(hào)，并同時(shí)在此末端檢測(cè)高頻信號(hào)的反射波 形，以此來判斷故障性質(zhì)，從而開發(fā)單相自適應(yīng)重合閘裝置。
本實(shí)用新型目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) —種單相自適應(yīng)重合閘，包括高頻脈沖源、與高頻脈沖源并聯(lián)的數(shù)字示波器、順 次連接于所述高頻脈沖源的模擬電容式電壓互感器、模擬超高壓輸電線路的高壓線、模擬 接地放電的球隙電極和電阻、萬用表、自耦調(diào)壓變、高壓發(fā)生器及隔離變壓器。 電阻有如75Q 、100kQ 、330kQ 、5MQ 、100MQ 。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的高頻脈沖源為小型 納秒級(jí)電壓脈沖發(fā)生器，脈沖頻率寬度為50 300Hz，幅值為0 IOOOV，脈寬為10ns。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所述脈沖源及脈沖檢測(cè)裝置 從電容式電壓互感器的末端接入。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所述脈沖源在斷路器跳開后 開始發(fā)射脈沖。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的模擬電容式電壓互 感器，高低壓電容耐壓1. 5kV-15kV，電容比20-220。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的模擬電容式電壓互
感器的分壓、電容分別為50kV、1000pF(高壓電容)和2kV、0. 22uF(低壓電容)。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的球隙電極為將2個(gè)
鋼球固定在聚四氟乙烯的絕緣板上，調(diào)近球隙間距離(球隙距離0.5mm-5mm)以使其放電。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的高壓發(fā)生器為升壓
變(壓器)，變(壓)比為220 : 15000，所述調(diào)壓變是型號(hào)為TDGC2的三科自耦調(diào)壓變(壓
器)，調(diào)壓范圍從0 250V。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘及其實(shí)現(xiàn)方法，具有以下特點(diǎn)
5[0042] 1.相比于基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的研究方法，本實(shí)用新型不需要進(jìn)行反復(fù)、大 量的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，故障判斷具有通用性； 2.相對(duì)基于模糊控制理論的研究方法，本實(shí)用新型不需要大量的信息量，只需要 檢測(cè)反射脈沖并進(jìn)行相應(yīng)的分析就可以； 3.由于電弧的特性不具有普遍的統(tǒng)一性，不同的故障情況其電弧特性可能是不一
樣的，所以相比于基于電弧特性的研究方法，本實(shí)用新型更具備統(tǒng)一性； 4.相比于基于恢復(fù)電壓的研究方法，本實(shí)用新型不存在由于并聯(lián)電抗器而導(dǎo)致的
恢復(fù)電壓低的問題，脈沖的反射結(jié)果更具有可靠性。

圖1為本實(shí)用新型單相自適應(yīng)重合閘的一個(gè)實(shí)施例的接線圖。
圖2為本實(shí)用新型單相自適應(yīng)重合閘的一個(gè)實(shí)施例的球隙電極放電電壓波形。 圖3為本實(shí)用新型單相自適應(yīng)重合閘的一個(gè)實(shí)施例的示波器檢測(cè)到的電極放電波形。 圖4為本實(shí)用新型單相自適應(yīng)重合閘的一個(gè)實(shí)施例的脈沖源的脈沖波形。 圖5為本實(shí)用新型單相自適應(yīng)重合閘的一個(gè)實(shí)施例的在球隙電極上的脈沖反射
波形與小電阻接地的反射波形比較。 圖中，1為高頻脈沖源、2為與高頻脈沖源并聯(lián)的數(shù)字示波器，3為連接于所述高頻 脈沖源的模擬電容式電壓互感器，4為模擬超高壓輸電線路的高壓線，5為模擬接地放電的 球隙電極和電阻，6為萬用表，7為高壓線，8為自耦調(diào)壓變，9為高壓發(fā)生器，10為隔離變壓 器。
具體實(shí)施方式下面，以實(shí)施例，結(jié)合附圖對(duì)為本實(shí)用新型單相自適應(yīng)重合閘作詳細(xì)說明。本實(shí)
施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過 程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。 實(shí)施例1 如圖1所示，本實(shí)施例包括高頻脈沖源、模擬電容式電壓互感器的分壓電容、模 擬超高壓輸電線路的高壓線、數(shù)字示波器、高壓發(fā)生器、自耦調(diào)壓變?nèi)f用表、模擬接地放電 的球隙電極和各種電阻。 按圖1接線，并將脈沖源串接于電路中，打開脈沖源，所述高頻脈沖源為小型納 秒級(jí)電壓脈沖發(fā)生器；并將脈沖源的頻率調(diào)為50Hz。將示波器的高壓探頭接于電極兩端， 示波器的低壓探頭接于脈沖源兩端；調(diào)節(jié)自藕調(diào)壓器的輸出電壓，并觀察萬用表(勝利 VC9807A)的輸出，使之不超過30V ;當(dāng)聽到滋滋的放電聲時(shí)，停止升壓；調(diào)節(jié)示波器的觸發(fā)， 得到各種信號(hào)。 在本實(shí)施例中，所采用的模擬超高壓輸電線路的高壓線為型號(hào)為AGG-15kV、截面 為0. 5mm2的硅橡膠高壓線。所采用的高頻脈沖源為小型納秒級(jí)電壓脈沖發(fā)生器。 在本實(shí)施例中，所采用的模擬電容式電壓互感器的分壓、電容分別為50kV、1000pF 和2kV、0. 22uF，由于高低壓電容沒有一個(gè)具體的范圍，只要滿足一定的耐壓和電容比就可以了，高低壓電容耐壓1. 5kV-15kV，電容比20-220。所采用的球隙電極為將2個(gè)鋼球固定 在聚四氟乙烯的絕緣板上，調(diào)近球隙間距離(球隙距離0.5mm-5mm)以使其放電。隔離變 壓器YTDZ是隔離變壓器的生產(chǎn)廠商的英文簡(jiǎn)寫，中文是盈天電子。 在本實(shí)施例中，所采用的高壓發(fā)生器為四川盈天電子的升壓變，變(壓)比為 220 : 15000，所述調(diào)壓變是型號(hào)為TDGC2的三科自耦調(diào)壓變(壓器)，調(diào)壓范圍從0 250V。 本實(shí)施例的方法原理如下當(dāng)超高壓線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路在永久 性故障和瞬時(shí)性故障兩種情況下，電弧特性的變化規(guī)律是存在差異的。永久性故障情況下 電弧會(huì)很快熄滅，而瞬時(shí)性故障情況下其電弧要經(jīng)過燃燒_熄滅_重燃_熄滅的反復(fù)過 程。我們用球隙電極的放電來模擬瞬時(shí)性故障的電弧重燃情況，而用小電阻來模擬永久性 故障。根據(jù)電磁波折返射原理，當(dāng)電磁波遇到阻抗不匹配的情況時(shí)，電磁波就會(huì)發(fā)生反射。 我們?cè)谀M的電容式互感器末端加一脈沖源，當(dāng)線路故障斷路器斷開后，脈沖源發(fā)出脈沖， 當(dāng)脈沖源到達(dá)故障點(diǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)生反射，同時(shí)在電容式電壓互感器末端來檢測(cè)反射信號(hào)，通 過這兩種不同的故障模擬就可以得到不同的反射波形，以此來區(qū)分瞬時(shí)性故障和永久性故 障。 根據(jù)本實(shí)用新型的單相自適應(yīng)重合閘，比較基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的研究方 法，不需要進(jìn)行反復(fù)、大量的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，故障判斷具有通用性；比較基于模糊控制理論的 研究方法，不需要大量的信息量，只需要檢測(cè)反射脈沖并進(jìn)行相應(yīng)的分析就可以；由于電弧 的特性不具有普遍的統(tǒng)一性，不同的故障情況其電弧特性可能是不一樣的，所以相比于基 于電弧特性的研究方法，本實(shí)用新型更具備統(tǒng)一性；比較基于恢復(fù)電壓的研究方法，本實(shí)用 新型不存在由于并聯(lián)電抗器而導(dǎo)致的恢復(fù)電壓低的問題，脈沖的反射結(jié)果更可靠。
權(quán)利要求一種單相自適應(yīng)重合閘，包括高頻脈沖源(1)、與高頻脈沖源并聯(lián)的數(shù)字示波器(2)、順次連接于所述高頻脈沖源的模擬電容式電壓互感器(3)、模擬超高壓輸電線路的高壓線(4)、模擬接地放電的球隙電極和電阻(5)、萬用表(6)、自耦調(diào)壓變(8)、高壓發(fā)生器(9)及隔離變壓器(10)。
2. 如權(quán)利要求1所述的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的高頻脈沖源為小型 納秒級(jí)電壓脈沖發(fā)生器，脈沖頻率寬度為50 300Hz，幅值為0 IOOOV，脈寬為10ns。
3. 如權(quán)利要求1所述的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所述脈沖源及脈沖檢測(cè)裝置 從電容式電壓互感器的末端接入。
4. 如權(quán)利要求l所述的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的模擬電容式電壓互 感器，高低壓電容耐壓1. 5kV-15kV，電容比20-220。
5. 如權(quán)利要求l所述的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的球隙電極為將2個(gè) 鋼球固定在聚四氟乙烯的絕緣板上，調(diào)近球隙間距離0. 5mm-5mm。
6. 如權(quán)利要求l所述的單相自適應(yīng)重合閘，其特征在于，所采用的高壓發(fā)生器為升壓 變壓器，變壓比為220 : 15000，所述調(diào)壓變是自耦調(diào)壓變壓器，調(diào)壓范圍從0 250V。
專利摘要一種單相自適應(yīng)重合閘，包括高頻脈沖源、模擬電容式電壓互感器的分壓電容、模擬超高壓輸電線路的高壓線、數(shù)字示波器、自耦調(diào)壓變、高壓發(fā)生器、模擬接地放電的球隙電極和電阻。所述高頻脈沖源為小型納秒級(jí)電壓脈沖發(fā)生器，從電容式電壓互感器的末端接入，脈沖頻率寬度為50～300Hz，幅值為0～1000V，脈寬為10ns。此脈沖信號(hào)在超高壓線路上傳輸，遇單相接地故障后，由于接地阻抗與線路阻抗的不匹配，在故障點(diǎn)發(fā)生反射；并在電容式電壓互感器的末端測(cè)量此脈沖的反射信號(hào)，根據(jù)此反射信號(hào)提取瞬時(shí)性和永久性故障相應(yīng)的特征，以此判斷故障性質(zhì)。本實(shí)用新型方法比較新穎，設(shè)計(jì)合理，實(shí)施容易，在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域具有廣泛的推廣研究?jī)r(jià)值。
文檔編號(hào)H02H7/26GK201515220SQ20092020928
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者冷超, 劉文輝, 尹毅, 崔鵬程, 徐良, 李傳毅, 王俏華, 羅小山 申請(qǐng)人:上海市電力公司超高壓輸變電公司;上海交通大學(xué)