高压直流换流站电气设计标准化及优化研究

目前国内外关于断路器的状态检修均采用计划停电的模式,存在不能及时发现断路器存在的潜伏性缺陷的缺点,从而导致断路器故障引起的电网事故。研制了由机械振动测量终端、电场强度测量终端、回路电流测量终端以及智能诊断模块4套组件构成的断路器故障预警装置并开发了由健康评估、智能定级2个模块组成的断路器健康状态量化评估系统。对研制的故障预警装置和健康状态评估系统进行了现场验证,结果表明：所提故障预警装置首次实现了运行状态下高压开关振动、电场以及回路电流信号的非侵入式融合采集,大幅降低了测量装置安装工艺复杂度和安装风险,实现了断路器3类17种故障的精准预警;开发的健康状态量化评估系统实现了断路器近远期健康度的实时评估,降低了断路器运检成本。     

基于低压储能预操作协同配电终端的实操可靠性提升策略

线路检修后常因接地刀闸未分闸导致合闸操作失败,并可能带来人身安全事故或系统受到严重冲击的问题。基于此提出了一种提升配电终端实操可靠性的低压储能预操协同系统。该系统基于低压大功率储能装置和开关组,并接于配电进出线路接地刀闸和高压电流互感器之间,在高压断路器分闸状态下,实现预合断路器前的实操检测功能,短时投切储能预操组,在此时间内终端完成测量,并构建低压回路电流和高压回路电流比较判据,实现接地刀闸接地和故障未消缺检测功能。仿真结果验证了该系统的有效性。     

基于蓝牙技术的直流断路器检测系统

为了研究直流断路器断开时主回路中电弧电流和转移回路中振荡电流的特性,介绍了一种采用蓝牙技术对上述电流进行无线实时检测的方法,并进行了系统软硬件的设计和实现。该系统用蓝牙模块PCF87753和MCS-96单片机构成的检测单元,通过罗氏线圈将检测到的电流信号由蓝牙模块射频经空中链路发送至检测终端。终端由蓝牙USB适配器与PC机构成,传回的电流信号在虚拟示波器上显示和记录电流的波形。检测单元独立安装在断路器的主回路和转移回路中,与检测终端电气隔离。利用并励直流电机控制回路中的接触器主触头模拟直流断路器对系统进行了检测与通信实验,结果表明,该系统能够满足数据实时采集和安全传输的要求,可用来记录和分析直流断路器分断时各支路的电流,此为断路器的工作状态的判断提供了重要依据。     

基于DSP的高压断路器控制回路智能防烧模块的研制

高压断路器是电力系统最重要、使用最频繁的一次设备之一。特别是对于老式的断路器,断路器分、合闸线圈长期频繁故障,导致电网负荷损失,增加电网运行风险,降低供电可靠性,且由于断路器内部设计不合理等原因,对其进行检修异常费时费力。针对这一实际生产运行的情况,研发一种基于DSP的高压断路器控制回路智能防烧模块。新型装置不仅能通过程序智能判断断路器的运行状态,当断路器发生故障或者不满足分、合闸要求时,保护装置自动切换断路器的控制回路,以达到保护分、合闸线圈的目的。还能根据电流、电压等参数判断出断路器的工况,对断路器故障进行实时存储,并传输给决策专家库智能判断,实现了高压断路器从"事故检修"过渡到"状态检修"。     

换流站阀侧交流接地故障电流快速抑制方案

换流站阀侧交流接地故障下,故障点通过接地极与下桥臂组成故障回路,其故障冲击电流大,不能通过断路器切除。分析表明,接地极在对称运行时基本没有电流流过,并在单极架空线路故障和换流站阀侧交流接地故障中提供了故障回路。因此,接地极引入故障限流装置不仅对系统的正常运行没有影响,且能有效抑制单极故障电流和阀侧交流接地故障电流,降低对直流线路保护及换流站保护的要求。分析了阀侧交流接地故障下的故障电流组成,从供电可靠性、故障限流效果等方面分析了故障限流器引入接地极所具有的优势,提出了故障限流器分散组合式安装方法,利用电容器组与故障限流电感的组合投入,实现对回路中能量的吸收和故障电流上升率及峰值抑制的新型故障限流器拓扑结构。利用PSCAD/EMTDC平台搭建了双端柔性直流输电系统,仿真结果验证了接地极安装位置的优越性,并证明了新型故障限流器的有效性。     

直流系统短路故障的快速识别与短路保护

提出了利用霍尔传感器测量直流系统回路电流、母线电压，以电流、电压综合判据快速识别直流系统短路故障的方法。采用可控直流断路器替代传统的熔断器法，将交流系统三段式微机电流保护原理应用于直流系统的短路保护，设计了辐射式I，Ⅱ，Ⅲ段直流供电回路，同时为防止在切除故障支路时因Ⅱ，Ⅲ段开关同时拒动，而由I段开关切除故障引起的其他供电支路电源消失问题，对Ⅲ段直流供电回路采用了备用开关自投方案，并研制了直流系统三段式微机电流保护装置。分析了该装置的选择性、灵敏性、速动性和可靠性。通过对样机的仿真实验和现场运行，表明了该原理与方法的有效性和实用性。     

智能变电站跳合闸监测系统研究与应用

高压断路器是电力系统中必不可少的电气设备,断路器跳合闸回路的完好是保证断路器正常工作的必要条件.对跳合闸回路进行在线监测,是实现跳合闸回路预知性维修的前提,是保证电网安全可靠运行的关键因素.本文对跳合闸回路的工作状态与回路电流变化情况进行原理分析,并设计了跳合闸监测系统.该系统由电流采集电路、模数转换电路、主控系统和通信电路组成,完成跳合闸回路电流采集、量化、控制、过滤和发送等操作,配合使用在线监测设备监测软件,可以实现跳合闸回路实时监视和故障报警等多种功能.     

变电站设备检修调试工作优化决策

变电站电气设备健康状态对电网安全至关重要.由于变电站电气设备整体健康状态和部件运行状态关联关系复杂且随时间变化,量化评估设备健康度的难度很大.提出了一种整体健康度量化评估方法,建立健康度-检修调试成本函数,研制了智能化检修调试系统,实现了变电站设备健康度的量化评估以及检修调试工作的智能量化定级.     

基于DSP的智能断路器合闸线圈保护装置

针对电网公司运行的高压断路器合闸线圈长期频繁故障,导致损失电网负荷,增加电网运行风险,降低供电可靠性的现象,研发了一种基于DSP的新型智能断路器合闸线圈保护装置。相对于传统的断路器合闸线圈保护装置,采用了单独的外接式电源,通过程序智能的判断断路器的运行状态,当断路器发生故障或者不满足合闸要求时,保护装置智能的切换断路器的控制回路,以达到保护合闸线圈的目的。此外,装置完全独立于断路器的控制回路,对原断路器的控制回路不造成任何干扰。即使保护装置发生异常,也不会对断路器的正常运行造成影响。     

基于智能电流控制设备的直流配电网故障穿越方法

低压直流配电网常规低压配网开关的开断速度难以保障系统双极短路故障的快速隔离.在配电网中引入了智能电流控制设备,直流变压器低压侧配置改进直流阻断模块,在故障时阻断电源对故障点的短路放电,实现故障电流的快速抑制;馈线开关柜配置阻尼断路器,故障时高速开关快速分断投入阻尼电阻,增大短路回路的阻抗.该方法在馈线出现短路时,可快速隔离故障,故障隔离后通过改进直流阻断模块将电源重新投入系统供电,实现了系统的故障穿越.通过RTDS仿真验证了所述故障穿越控制策略的有效性.     

基于改进当地故障信息的220 kV变压器死区故障保护装置的研制

针对变压器各侧死区故障和断路器失灵故障问题,采集某变电站当地故障信息、保护动作状态信息和断路器位置信息,采用退电流互感器二次电流的改进逻辑方案实现变压器死区故障保护的逻辑原理,在现有220 kV变压器保护装置的硬件设备基础上,研制220 kV变压器死区故障保护装置,进行装置功能试验和动模试验,并接入电网试运行.该装置相...     

断路器控制回路缺陷在线分析装置的研制

断路器的控制回路具有控制断路器分闸和合闸操作的功能,当控制回路中电缆接线接触不良或松动时,可能导致断路器拒动,影响电网安全稳定运行.为实现控制回路缺陷的在线检测及故障判断,基于控制回路阻抗分析方法研制了断路器控制回路缺陷在线分析装置.利用霍尔电流传感器采集控制回路中流过的电流,通过采集到的电流间接计算出控制回路的阻抗,...     

断路器操作回路的智能化监测系统设计

为了监测断路器操作回路中跳/合闸回路、压板和保护出口接点的状态,并对其薄弱环节故障进行预警以避免断路器误动或拒动,设计了断路器操作回路的智能化监测系统。该系统改进了现有跳/合闸回路,并给出了系统中元件的选型与参数整定依据,能够实现跳/合闸回路的全工况监视和保护。为了实时监测断路器操作回路压板和保护出口接点的状态,实现压板误操作和保护出口接点故障报警,该系统采取了配合使用电感式接近开关和霍尔电压传感器的方法,并给出了传感器的具体安装位置。该系统采用单片机处理并上传传感器采集的现场信息,利用LabVIEW编写后台软件界面,能够实现实时状态显示、人机交互、历史数据存储和故障报警等功能。     

智能化手车式断路器优化设计及联合调试试验研究

为进一步提高传统高压手车式断路器的智能化程度,介绍了在手车式断路器内部集成电子式互感器及综保装置的主单元,采用增强综保装置硬件系统电磁兼容性的方法,研制了一二次部分高度融合的12 kV新型智能化手车式断路器。为验证该智能化手车式断路器在运行状态下的工作可靠性,设计了联合调试试验方案,对一次回路分别施加额定电流1 250 A及模拟故障电流1.8 kA和31.5 kA,试验结果表明:该断路器能正确检测、判断正常电流和故障电流,配用的综保装置能正确判断并发出动作指令,断路器能正确执行指令并进行操作,成功开断故障电流。     

智能型10kV开关柜故障检测装置研究

针对开关柜与手车式断路器接触点由于外部因素出现的放电、温度异常升高,现有技术手段中,继电保护装置无法检测,贴片温度反应膜不能提前预警,超声波检测法难以区分放电和温度异常,测量传感器不能区分故障相及位置。鉴于此,提出了一种基于机器视觉图像识别的接触点状态监测方法并研制了相关装置。设计了基于热敏电阻的温度探测装置,借助机器视觉图像识别系统与温度探测装置构建了开关柜故障在线监测装置。使用电阻、发光二极管、开关柜等元件搭建测试模型进行验证,结果表明所设计的装置能对不同位置的开关柜与手车断路器接触点放电、温度异常升高故障做出正确反应。     

基于改进隐马尔可夫模型的高压断路器健康度评估方法

高压断路器是电网的重要设备,断路器健康状态对于保障电网安全可靠运行具有重要意义.基于对断路器部件健康状态的获取,结合断路器部件关联性矩阵,给出一种基于改进隐马尔可夫模型的断路器整体健康度的评估方法.在时间尺度上预测断路器近期和远期的健康度,进而提出了检修工作的智能量化定级策略,实际算例验证了整体健康度评估方法的有效性.     

大型机组振动故障的早期预警技术

状态检修是电力设备检修方式的未来发展趋势,对特征信息微弱的或处于萌芽状态的早期故障做出判断是状态检修的关键。为此,通过灰色理论和相似性原理对大型机组的实时信息数据(PI数据)进行开发,建立了若干台汽轮发电机组的动态预警模型,研发了设备振动故障的早期预警功能,所开发的超球相似度分析技术,为设备健康状态的智能监测和评估提供了新方法。应用该预警系统发现了机组的异常状态,实际应用验证了所开发的振动故障早期预警技术的有效性。     

智能断路器在线监测系统研究

智能断路器是电力系统中最重要的设备之一,其稳定可靠性对于电网运行有重大意义。在分析智能断路器振动信号检测原理的基础上,提出了一种基于虚拟仪器技术的在线监测与故障诊断系统。该系统利用Labview编程实现人机界面,完成对测量数据的存储、显示和分析处理,由数据信号处理模块和传感器模块构成现场监测单元,完成对断路器机械参数、分合闸电流信号和振动信号的采集、传输。实验结果表明,该系统能实时反映智能断路器机械运行状态,具有人机交互友好、功能齐全和可靠性高等特点,实现了断路器在线监测系统预期的功能。     

基于模型的配电网故障诊断关键问题研究

现有配电网故障诊断方法主要是根据故障后保护装置产生的报警信息,断路器的状态变化信息来推断可能故障位置和类型,属于后验故障诊断方法。基于模型诊断方法(Model-based diagnosis, MBD )则直接利用电压电流等量测量来判断故障元件,可以在保护装置和断路器动作前进行故障定位,具有一定的故障预警功能。给出一个完整的基于模型的配电网诊断方案,采用优化的离散二进制粒子群算法（BPSO, Binary Particle Swarm Optimization）求取冲突集的最小碰集,诊断识别过程中以贝叶斯后验概率形式量化了候选诊断的衡量标准,从而降低诊断过程中的不确定度。最后以某10 kV配电网为诊断实例,通过实际建模、编程和实验,取得了良好的效果。     

智能断路器在线监测系统研究

智能断路器是电力系统中最重要的设备之一,其稳定可靠性对于电网运行有重大意义。在分析智能断路器振动信号检测原理的基础上,提出了一种基于虚拟仪器技术的在线监测与故障诊断系统。该系统利用Lab VIEW编程实现人机界面,完成对测量数据的存储、显示和分析处理,由数据信号处理模块和传感器模块构成现场监测单元,完成对断路器机械参数、分合闸电流信号和振动信号的采集、传输。实验结果表明,该系统能实时反映智能断路器机械运行状态,具有人机交互友好、功能齐全和可靠性高等特点,实现了断路器在线监测系统预期的功能。