Page 26 - 电力与能源2021年第五期

5 1 8 陈超杰, 等: 基于高压直流恒流源的线路故障定位方案研究

电流大, 现有产品采用交流信号注入, 如果信号电 短故障处置时间带来极大的好处。
压强度过大, 检测装置将承担极大的电容无功功 现有技术不具备直流电流的钳表检测功能,
率, 这在技术上极难达到。因此, 下游产品信号电 要实现直流信号注入比较困难。采用新型双重化
压一般仅几百伏, 对于高阻接地或间歇性接地无 屏蔽霍尔电流传感器, 具备极佳的外部电磁场屏
法击穿故障点绝缘, 这导致检测高阻或间歇性接 蔽能力, 通过该技术登杆检测线路中的直流信号
地效果不佳 [ 5-6 ] 。 电流, 就能非常灵敏地确认故障方位。
1.2 容易受干扰 2.2 高压直流恒流源的结构设计
配网系统的日益电缆化, 使系统对地电容阻 本文将逆变器与斩控交流调压电路结合, 采
抗日益降低, 现有方案采用交流信号注入在无故 用漏磁变压器升压, 同时利用其电流稳定特性, 达
障的电缆分支线上也产生感应回流, 从而对检测 到恒流效果, 规避了高压恒流电源控制上的复杂
形成干扰甚至误导。 性, 实现无极可调、 不怕短路近似恒流的高压、 小
1.3 无法验证线路绝缘水平 电流直流电源的设计, 易于现场使用, 其基本结构
部分单相接地并非永久性故障, 很可能在跳 如图 1 所示。
闸后故障点已经自动消除, 具备送电条件。为确
保安全, 有时必须对线路进行绝缘测试, 但现有设
备的交流信号源电压低, 无法直接测试系统绝缘
水平, 还必须使用其他仪器来检测线路绝缘。随
着供电可靠性要求的日益提升, 用户希望故障停
电时间尽可能短, 这就需要接地查找装置本身具 图 1 高压直流恒流源结构图
备绝缘验证能力 [ 7-8 ] 。 高压直流恒流源主要由 4 个部分组成。
当信号源无法构成回路, 通过提升信号电压 ( 1 ) 12~220V 逆变器。选取适当容量的蓄
来直接验证线路绝缘, 将能极大提升单相接地故 电池, 通过振荡电路, 将直流电逆变为交流电, 由
障的处置效率。 变压器升压至 220V 。
1.4 安全性差 ( 2 ) 斩控交流调压器。通过控制脉冲的占空
现有信号注入方案的检测仪器、 操作杆均无 比, 利用高频周期矩形波函数对正弦波进行调制。
防误操作保护, 一旦检测时误接入运行线路, 将导 假设 12~220V 逆变器输出值表示为
致线路跳闸、 人员伤亡的严重事故发生。检测设 u it =Um si n ( ωt ) ( 1 )
()
备的现场应用安全性也需要提升。 τ
设脉冲宽度为τ , 占空比 D= , 则其开关函
T s
2 检测用高压直流恒流源的设计 数的傅里叶展开式表示为
∞
2.1 利用直流信号源检测故障点的特点 S ( t ) D + 2 ∑ sin φ n cos ( nω c t- φ n ) ( 2 )
=
现有技术的信号电源采用交流, 在高阻值接 π n + 1 n
地时, 电容电流影响对故障点的准确判断, 占据了 其中: 2π 为基波频率。
φ n=nπD , ω c=
T c
装置的容量。在高阻值的接地故障点查找时, 花 输出电压的傅里叶展开式:
费时间较长, 难以准确判断故障点甚至无法查找, ∞
()
因此故障查找性能受到限制。 u 0 t = DUm sinωt+ Um ∑ sin φ n
π n + 1 n
本文电源采用直流方案, 直流方案的优点在 ] ]}
{ sin [( nω c+ω ) t- φ n -sin [( nω c-ω ) t- φ n
于: 首先直流信号无电容效应, 具备先天的电缆电 ( 3 )
容电流屏蔽能力, 因此具有很强的抗干扰能力; 其 输出电压由基波和高次谐波所组成, 利用低
次直流信号因为不产生电容电流, 对于电容量很 通滤波器, 可 完 全 滤 除 高 次 谐 波, 使 得 u 0 t =
()
大的线路元件, 可直接用较小的功率产生较高的 DU m sinωt , 改变占空比即可调节电压。
电压, 从而类似于兆欧表对线路直接进行绝缘检 ( 3 ) 漏磁升压变压器。漏磁变压器具有电流
测, 可实现在线的线路绝缘水平的同步检测, 对缩 稳定的特性, 当变压器开始工作时, 负载电压趋近