關于新型小電流接地選線裝置在供電系統(tǒng)中的應用研究
摘要：針對型鋼煉鐵廠供電系統(tǒng)小電流選線裝置不準、常發(fā)生誤選和漏選，效果不能令人滿意的問題，在總結各種小電流接地選線方案成功經(jīng)驗和失敗教訓的基礎上，通過一系列產(chǎn)品的性能比對、試驗、篩選，選擇了新型DX06型智能微機小電流選線裝置進行了改造，本裝置率先引入其它領域先進信號處理方法：引入巡航制導的電視地形匹配技術，對故障信號做圖像預識別和分類；根據(jù)預識別結果，運用人工智能領域的模糊推斷方法，對分別適用于不同接地故障類型的每種選線方法，動態(tài)確定最優(yōu)的加權系數(shù)，對各選線方法的結論做加權處理，從而得到最可靠的選線結果。從而達到了供電系統(tǒng)設備金屬性接地選線正確率100%，供電系統(tǒng)設備經(jīng)電弧性閃絡放電選線正確率98%，克服了“選線不準”這一長期困擾型鋼煉鐵廠供電系統(tǒng)的難題，使選線結果在型鋼煉鐵廠供電系統(tǒng)中真正具有了使用價值，提高了供電系統(tǒng)的可靠性。
論文關鍵詞：小電流接地,DX06型智能微機小電流選線裝置,選線方法,故障錄波
企業(yè)技改技措基金資助項目
徐愛萍1，女，工程師，從事電氣技術及維修；王建章2，男，高級工程師，從事電氣技術及維修；李京業(yè)3男，研究生，高級工程師，從事設備管理及維修。
還承擔著球團、焦化、熱電等相關單位的供電任務，作為生命線，它無疑成為型鋼煉鐵廠生產(chǎn)的“心臟”。近幾年以來，雷雨天氣較多，引發(fā)多次供電系統(tǒng)單相接地故障，特別是多次發(fā)生間歇性電弧接地，若不及時處理可能會發(fā)展為非故障相絕緣破壞繼發(fā)相間短路的威脅，及時準確地判定接地回路是快速排除單相接地故障的基礎，實現(xiàn)判定接地故障回路的檢測裝置通常依靠小電流接地選線裝置，但早期型鋼煉鐵供電系統(tǒng)采用的選線裝置為單片機型微機小電流接地選線裝置，信號A/D變換和處理的硬件平臺性能低下；選線算法單一，控制機理落后，可靠性差，在供電系統(tǒng)投運的幾年里，此裝置常發(fā)生誤選和漏選，效果不能令人滿意，給供電系統(tǒng)的運行帶來了不穩(wěn)定因素和威脅。如：2007年3月13日，煉鐵新區(qū)1#1880高爐35kV II段配電系統(tǒng)出現(xiàn)間歇性對地放電時，由于微機小電流選線裝置所報柜號與實際不相符，無法判斷出故障點，因此采用拉路法查找故障，在合上35kV及10kV母聯(lián)，準備倒負荷查故障時，造成10kVⅠ段系統(tǒng)非故障相對地電壓升高，同時由于合閘初期電容電流的重新分配和增加，發(fā)生諧振現(xiàn)象，致使非故障相對地電壓升高，由于1#高爐變絕緣子絕緣存在固有的隱患，造成10kVⅠ段母線上1#高爐變高壓柜相間短路，柜體爆開，造成1#1880高爐10kVⅠ段母線失電，1#、2#1880高爐休風5小時之久，嚴重影響了生產(chǎn)。
1 DX06型智能微機小電流選線裝置改造方案及原理。
在總結各種小電流接地選線方案成功經(jīng)驗和失敗教訓的基礎上，通過一系列產(chǎn)品的性能比對、試驗、篩選，型鋼煉鐵供電系統(tǒng)自2008年4月開始，采用北京英瑞誠科技有限公司生產(chǎn)的DX06型智能小電流接地選線裝置，并逐步進行了系統(tǒng)的全部改造。
1.1 DX06型智能微機小電流選線裝置的試驗
DX06型智能微機小電流選線裝置不僅能對設備金屬性接地選線正確，而且能對設備經(jīng)電弧性閃絡放電選線正確率98%，為保證可靠性，我們做閃絡放電試驗情況如下：
試驗：經(jīng)電弧接地
試驗時間：2008年5月12日15時10分
現(xiàn)場情況：經(jīng)電弧接地，弧光明顯，（閃絡放電圖如圖1）
試驗結果：DX06型智能微機小電流選線裝置正確選線。
分析及結論：DX06型智能微機小電流選線裝置裝置正確動作，選線正確。
圖1閃絡放電圖
圖注：來源于現(xiàn)場設備實際記錄曲線
1.2 DX06型智能微機小電流選線裝置的技術特點：
1.2.1 在運用近年來接地領域提出的多種選線方法基礎上，本裝置率先引入其他領域先進信號處理方法：引入巡航制導的電視地形匹配技術，對故障信號做圖像預識別和分類；根據(jù)預識別結果，運用人工智能領域的模糊推斷方法，對分別適用于不同接地故障類型的每種選線方法，動態(tài)確定最優(yōu)的加權系數(shù)，對各選線方法的結論做加權處理，從而得到最可靠的選線結果。
2.2.3本裝置采用在業(yè)界具有良好口碑的臺灣研華工控機作為硬件平臺，該型工控機采用PIII級32位通用CPU，具有強大的整型和浮點運算能力和數(shù)據(jù)存儲空間。采用高達1Mbps的12bit高分辨率高速數(shù)據(jù)采集卡，以確保精確采集接地瞬間的暫態(tài)過程電流電壓數(shù)據(jù)。裝置成一體的6.4“高亮度真彩液晶屏幕，內置標準鍵盤和鼠標，結構緊湊，操作方便。主界面圖見圖2，查閱故障記錄界見圖3
圖2 選線裝置主界面
圖注：來源于現(xiàn)場設備實際記錄曲線
圖3 查閱故障記錄界面
圖注：來源于現(xiàn)場設備實際記錄
2.2.4本裝置選用高密度電壓.電流互感器，精度：0.2；角誤差：5’。
2.2.5對故障反映迅速，完成1次選線時間小于5個周波（100ms），能夠準確捕捉閃絡放電型接地故障；靈敏度高，零序二次電流達到10mA
2.2.6 硬件自檢智能化，采用硬件看門狗（Watchdog）技術，抗干擾.自檢及自恢復能力強。
2.2.7 具有強大容量的故障錄波能力，錄波數(shù)據(jù)存儲容量大于25萬次，利用隨即配備的波形分析軟件，在本機即可以直觀的波形分析，也可以通過USB接口或以太網(wǎng)接口取出錄波數(shù)據(jù)，進行離線分析。見下圖4中錄波曲線圖
圖4：錄波曲線圖
圖注：來源于現(xiàn)場設備實際記錄
2.3 原理：
采用性能穩(wěn)定，計算能力強大的工業(yè)計算機作為計算平臺，使用制造工藝先進的高精度、高速A/D卡進行數(shù)據(jù)采集，工頻每周波采樣可做到200個點，確保采集到的暫態(tài)信號無失真。
同時采用改進零序功率方向法、五次諧波法、小波法、首半波法、電流抽樣法、零序有功分量法等多種選線方法。運用圖像匹配技術，對故障信號作預識別和分類，依據(jù)分類得到相關系數(shù)，運用人工智能模糊推理方法根據(jù)模糊規(guī)則動態(tài)確定各種方法選線結果的加權系數(shù)，從而得到最優(yōu)的選線結論。
利用工控機海量存儲空間優(yōu)勢，開發(fā)出接地故障錄波功能。當裝置發(fā)生誤選情況時，是用隨裝置提供的錄波數(shù)據(jù)分析軟件進行分析，查明誤選原因。對糾正因管理缺陷造成的誤判，提供有益的參考。
該裝置可記憶瞬間接地信息，能夠區(qū)分母線接地和出線接地，還可配置通信接口把各種故障信息傳送至有關部門。準確率達98%以上，為現(xiàn)場運行人員提供了極大的方便。關鍵是該裝置可正確區(qū)分系統(tǒng)諧振和接地。接地告警信息以圖形方式顯示，告警界面直觀醒目；采用標準部頒通訊協(xié)約，可與各保護廠家的綜自設備接口，從而實現(xiàn)無縫對接。既刪除了冗余設備又避免了改造過程中的無謂浪費，提高了性能。
2.4故障信息的遠程監(jiān)控
利用小電流選線裝置以太網(wǎng)接口把各種故障信息傳送至配電值班室微機上，并制作出報警畫面，對高壓配電系統(tǒng)進行監(jiān)控，配電值班室微機對故障信息進行全面采集，一旦出現(xiàn)了故障，在配電值班室微機上立刻顯示出來，為及時查出故障創(chuàng)造了有利的條件，為生產(chǎn)贏得了寶貴的時間！
2.5安裝及接線注意事項：
2.5.1 應保證所有線路的零序CT二次接線按同名端接入裝置嚴格一致，這樣才能保證選線裝置的正確工作。因此在現(xiàn)場安裝調試時一定要經(jīng)過零序電壓與零序電流的接入極性試驗方可投入正式運行。
2.5.2 出線上接的接地變壓器或消弧線圈的線路零序電流不引入小電流選線裝置，該線路接地時，裝置顯示母線接地。
2.5.3 通過一個斷路器引出兩條以上的電纜時，若末端不連在一起，則作為兩條線路處理；若連在一起可裝大內經(jīng)零序電流互感器作為一條線路對待，必須使用多個零序CT時，該回路所有零序CT應具有相同的電氣參數(shù)（變比、精度等）
2.5.4 所有零序電流互感器安裝的極性要求嚴格一致（以一次電纜的電流從母線流出為準）；一次電纜的接地外皮地線要求穿過零序CT，在線路側接地；電纜的固定夾應和電纜的外皮絕緣。
2.5.5 開口式互感器上下兩部分不可與其他互感器互換。
3、使用效果
微機智能小電流選線裝置自2008年4月在七座配電室投入運行以來，運行穩(wěn)定、可靠�？朔�“選線不準”這一長期困擾我們的難題，使選線結果真正具有了使用價值。減少了故障休風率，提高了高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性。例如：在2008年7月13日1號35KV變電所2段母線發(fā)生單相閃絡弧光接地故障, 圖5是1號35kv變電所13時18分34秒發(fā)生接地故障前14.8ms和其后17.2ms的二段零序電壓和各回路零序電流波形，這次接地故障每周期燃弧時間只有0.4ms，從以往運行經(jīng)驗來看，即使在閃絡接地類型中也極其罕見，由于選線裝置每次能夠捕捉到的接地電流信息非常少，正確選線難度很大。即使在系統(tǒng)存在嚴重的高次諧波分量情況下，選線裝置的選線準確率還是比較高的，選線裝置本次選線結果是二段鏈篦接地，與實際是相符的，能準確快速的判斷故障設備和線路，對事故進行快速處理提供了可靠依據(jù)。
圖5：1#35KV變電所2段母線接地時零序電流波形
圖注：來源于現(xiàn)場設備實際記錄
經(jīng)濟效益：根據(jù)機動部門統(tǒng)計，從2006年4月份至2007年3月份一年中，1#1880高爐有2次單相接地無法準確快速的判斷故障設備和線路導致高爐休風的事故,慢風3次、其中有1次導致高爐風口灌渣。2#1880高爐有3次單相接地無法準確快速的判斷故障設備和線路導致高爐休風的事故,慢風5次、其中有1次導致高爐風口灌渣。僅2007年3月份因接地故障造成兩座高爐各休風5小時。
�、俟�(jié)約休風時間多產(chǎn)鐵效益：
a減少休風處理風口渣鐵時間，增鐵效益計算
每次休風處理風口灌渣每座爐子需30小時，共需60小時，按每座爐子日產(chǎn)鐵5000噸計，每噸利潤按100元計。
增鐵效益=5000/24*60*100=125萬元
b減少造成休風、慢風但高爐沒灌渣的時間，增鐵效效益計算
每次休風按2小時, 每次慢風30分鐘, 2007年3月份13日因接地故障造成兩座高爐各休風5小時。
按每座爐子日產(chǎn)鐵5000噸計，每噸利潤按100元計。
增鐵效益=（5000/24*（2+5）+5000/24*0.5*3*2/3）*100+
（5000/24*（2+5）+5000/24*0.5*5*2/3）*100=34.7萬元
年增鐵效益=125+34.7=159.7萬元
�、谀旯�(jié)焦效益：根據(jù)高爐經(jīng)驗數(shù)據(jù)：休風率每降低1%，焦比降6%，入爐焦比510公斤/噸，焦炭價格900元/噸, 貢獻率按20%計
5000/24*（6%/1%）*{（2+5）*2+0.5*8+30*2）}*（510/1000）*1000*20%=994.5萬元
�、酃�(jié)約備件費用：無法準確快速的判斷單相接地故障設備和線路導致高爐風口灌渣，每座高爐有28個風口，避免損壞風口、直吹管損失，每個風口單價8333.33元，每個直吹管1000元
�。�28*8333.33+28*1000）*2*2=104.53萬元
原小電流選線裝置每兩年就需更換1臺，每臺2.5萬元，年需備件費用
2.5*6/2=7.5萬元
現(xiàn)智能微機小電流選線裝置可靠運行壽命10年，每臺2.8萬元，年需備件費用
2.8*6/10=1.64萬元
節(jié)約備件費用：104.53+（7.5-1.64）=110.39萬元
�、艹杀荆何C小電流選線裝置每臺2.8萬元
年效益：159.7+994.5+110.39-2.8*6=1281.39萬元
參考文獻
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連續(xù)出版物：[2]肖白,束洪春,高峰.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法綜述［ｊ］.繼電器,2001,29(4):16-20。
