启动元件（精选四篇）
启动元件 篇1
担负故障检测与启动任务的行波启动元件是超高速保护方案中必不可少的组成部分, 要想实现整套暂态量保护装置超高速动作 (5ms以内) , 需要对启动元件提出更高的要求:必须在1ms内做出正确判断, 故障发生时能可靠灵敏地启动、正常运行或噪声干扰下不误动[1]。
具有时频局部化性能的小波变换非常适合突变信号的检测, 所以在行波信号检测、构成启动元件等方面受到了关注和应用。文献[2]提出利用小波变换模极大值 (WTMM) 随分解尺度的变化规律来识别故障行波和噪声干扰, 概念清晰, 不过会出现近距离故障但拒动的现象。在总结拒动原因后, 文献[3]提出了基于小波变换模之和 (WTMS) 的启动元件, 但该算法增加了计算量, 且由于整定值小而易受到强噪声干扰, 仍会出现拒动现象。
本文在总结前人研究的基础上, 对行波启动元件进行了相应的改进, 提出基于最小二乘法的Lipschitz系数估算新方案 (LSEM) , ATP-EMTP仿真试验证明了该启动算法的可靠性。
1 二进小波在故障信号检测中的应用
1.1 Lipschitz系数α
在数学上, Lipschitz系数 (L.E.α) 是表征函数局部正则性的一种度量[4]。函数在某一点的L.E.α表征了该点的奇异性大小, 该点的光滑度随α的增大而提高, 但奇异性却随α的减小而变大。
定义令0≤α<1, 如存在一个常数C, 使得
则称函数在点x0处的L.E.为α。如果f (x) 是n次可微的, 但n阶导数不连续, 那么n≤α≤n+1时, 还有∫f (x) dx的L.E.为α+1。据此可以算出某些特殊函数在局部点的Lipschitz系数, 如表1所示。
1.2 二进小波变换
信号f (x) 的小波变换表示为:
式 (2) 中, 小波ψs, b (x) 是基小波ψ (x) 经尺度因子s、平移因子b变换后得到的, 其表达式如下:
当尺度因子s=2j (j=1, 2…, J) 时, J为最大尺度, ψ2j, b (x) 称为二进小波, 而Wf (2j, b) (或记Wf (j, b) ) 则称为二进小波变换。
二进小波变换只是对尺度因子进行离散, 而变量x仍保持连续性, 因此可以使计算量大幅度减小, 且由于具有时移不变性常用于信号检测和模式识别。与傅里叶变换相比, 它最关键的性质是在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。
从上图可知, 由于FFT将信号变成纯频域中的信号, 使它不具备时间分辨率, 故对信号的奇异点根本无法检测出来, 因此二进小波变换是检测暂态故障信号的理想工具, 常用的小波函数为B样条函数的导数。
2 现有行波启动元件的算法研究
2.1 WTMM法
假设 (s, xmax) 是影响锥|x-x0|≤cs (如图2) 内的小波变换模极大值点, 则有
若上式取等号, 可得:
根据计算出的L.E.α值可以判断信号的局部奇异性:α>0时, 小波变换模极大值|Wf (2j, xmax) |随尺度j的增大而增大;α<0时, |Wf (2j, xmax) |则随j的增大反而减小;α=0时, |Wf (2j, xmax) |保持不变。
据此, 对于保护安装处检测到的信号, 文献[2]认为若小波变换模极大值增大或不变, 即Ij+1, max≥Ij, max, 且Ij, max>Izd时, 则判定为故障行波, 启动元件应动作, 否则反之。此方法虽然简易, 但成立的首要前提是:小波的影响锥内只有一个奇异点。特别是输电线路近距离故障时, 由于反射波紧邻初始故障行波而造成多个奇异点落入影响锥, 造成波头奇异度下降, 甚至会使L.E.α<0而出现拒动现象。
2.2 WTMS法
文献[3]分析了故障初始行波 (包括非孤立奇异点) 的Lipschitz系数为-0.5≤α≤1, 这样, WTMM法可能会造成启动元件拒动, 于是定义了算子N, 计算x0影响锥内|x-x0|≤cs的小波变换模之和 (简记为WTMS) 为:
进一步推出,
式中, A'为常数。式 (7) 还可以表示为:
二进小波变换时, 可得:
因此, 当时, 判断该信号为故障行波, 启动元件动作;否则不动作。虽然WTMS法解决了WTMM法的问题, 但它需要对影响锥|x-x0|≤cs内全部小波变换值进行积分, 大大增加了计算量, 且整定值小而易受到强噪声干扰。
3 基于最小二乘法的启动元件算法研究
3.1 LSEM法的提出
上述两种算法都是利用相邻尺度的WTMM或积分值之比来定性地表述暂态信号的Lipschitz系数, 但色散作用使得行波在传输时波头发生畸变, 其L.E.α也差别较大, 很难通过定性分析就能将故障行波和与干扰信号区分开, 因此本文提出了一种基于最小二乘法的Lipschitz系数估算方案。
式 (4) 在奇异点时取等号, 相当于以log2s为自变量、log2|Wf (s, xmax) |为因变量的一次函数表达式, α代表斜率。但由于噪声干扰 (如TA、TV和测量仪噪声) 以及各种误差等影响, 各尺度的WTMM不可能在同一直线上, 则不同相邻尺度的比值差别较大, 因此斜率α需要数据进一步拟合才能准确获得, 本文用最小二乘法进行直线拟合[5]。
计算出的数据组为 (xi, yi) , i=1, 2, …, m, 设一次函数表达式为:
式中a和b为待求系数。记:
二元函数Φ (a, b) 的驻点就是最小值点, 即 (a, b) 应满足以下方程组:
求解上述方程组便得 (a, b) 的值, 其中b就是信号在奇异点的Lipschitz系数。
3.2基于最小二乘法的行波故障启动算法实现
本文采用文献[6]提出的三阶中心B样条小波对信号做奇异性检测, 在尺度空间 (s, x) 将所有小波变换模极大值点连接起来就得到了模极大线, 奇异点对应的时刻可以通过WTMM在细尺度时收敛的坐标找到。但文献[7]已证明, 出现模极大线的点不一定都是奇异点, 所以必须通过WTMM的衰减来计算Lipschitz系数。
基于最小二乘法的Lipschitz系数估算的步骤如下:
1) 利用克拉克矩阵对三相故障分量做相模变换而获得1模分量, 然后对模量暂态信号进行J层小波分解, 分解层数按采样率和所研究的暂态信号频率而定。本文对暂态电压行波信号进行了6层小波分解。
2) 求出每个尺度上的小波变换模极大值, 以各尺度最大值的10%做为浮动门槛εj, 对模极大值进行消噪处理, 小于该门槛的模极大值清零, 大于该门槛的模极大值保留。
3) 在最大尺度J上搜寻模极大值点, 并搜寻此点在其它尺度上的模极大值传播点, 其在第一尺度上的模极大值点即为奇异点。根据各尺度上的模极大值可以利用上述的最小二乘法来估算信号的Lipschitz系数, 从而判断该奇异点的奇异性, 以确定启动元件是否动作。该算法的具体实现流程如图3所示。
从上表可知, 用最小二乘法拟合的结果, 其奇异性略大于零, 和实际情况相吻合, 具有较高的精度, 提高了启动元件的动作性能。另外对其他故障类型 (如相间短路) 和不同故障点都进行了仿真 (限于篇幅, 仅给出A相接地故障的仿真结果) , 结果都表明基于LSEM的启动算法可靠。
4 ATP-EMTP仿真验证
图4为500kV超高压输电系统, 考查线路MN上M端启动元件的工作性能。电源参数E1=500kV, E2=500kV, d=25˚;此系统采用分布参数的线路模型加以仿真, 单位长度电阻[0.027 0.1948]Ω, 单位长度电感[0.2782 0.6491]Ω, 单位长度电容[0.0127 0.009]μF;线路PM、MN、NQ的长度分别为100、260、190km;母线对地等效系统电容值Cs=0.01μF, 采样频率为200kHz。以A相接地短路为例, 故障发生在距离M侧母线10km处 (即在启动元件近端) , 故障初始角为45˚, 过渡电阻为100Ω。为了方便分析, 本文仅以电压量来验证判据的正确性。仿真运行后所得的波形如图6所示, 经相模变换得到1模分量, 再进行小波变换, 结果如图7所示。
对1模故障电压的波头部分放大后可以看出, 其上升坡度比阶跃信号缓很多, 其波头的Lipschitz系数也应略大于零。下面利用原有的两种方法和本文所提方法对此故障信号的Lipschitz系数估算的精度进行了对比。Matlab编程计算故障行波波头部分在尺度1～6上的小波变换模极大值 (WTMM) 和小波变换模之和 (WTMS) , 结果见表2。
从上表可以看出, 各不同尺度结果差别较大, 有些大于零, 有些小于零, 在这种情况下, 信号的奇异性难以确定, 因此启动元件就有可能拒动或误动。使用本文所提的基于最小二乘法的行波故障启动新算法对故障信号重新分析, 拟合的结果如表3所示。
5 结论
分析了现有的基于WTMM和WTMS这两种行波故障启动算法, 并指出这两种算法各自存在的问题。基于此, 提出了一种基于最小二乘法的Lipschitz系数估算新方案, 更准确地判断了信号奇异点的奇异性, 确定出启动元件是否动作, 并为更深入地挖掘故障暂态数据提供基础。
摘要：文章提出了利用小波变换进行故障暂态信号奇异性检测的新方法, 分析了目前的基于Lipschitz系数的行波启动元件算法, 指出其最主要的缺点是只利用相邻尺度的WTMM或WTMS比值来确定Lipschitz系数。而通过拟合各尺度的数据, 采用基于最小二乘法的Lipschitz系数进行估算。ATP-EMTP仿真结果表明, 改进算法能够更精确的分析故障信号的奇异性。
关键词：超高速保护,启动元件,小波变换模极大值,奇异性检测,最小二乘法
参考文献
[1]葛耀中.新型继电保护和故障测距的原理与技术 (第2版) [M].西安:西安交通大学出版社, 2007.
[2]董新洲, 贺家李, 葛耀中.小波变换在行波故障检测中的应用[J].继电器, 1998, 26 (5) :1-4.
[3]段建东, 张保会.行波启动元件的算法研究[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (9) :30-36.
[4]杨福生.小波变换的工程分析与应用[M].北京:科学出版社, 2000.
[5]张帆, 潘贞存, 张慧芬, 等.树型配电网单相接地故障行波测距新算法[J].电机工程学报, 2007, 28 (3) :46-52.
[6]Mallat S.A Wavelet Tour of Signal Processing[M].AcademicPress, San Diego, CA, 1998.
启动元件 篇2
1整定范围
a.额定电流5A的为0.5～2A;
b.额定电流1A的为0.1～0.4A，
2准确度
在基准条件下，电流元件的整定值误差为不大于±5%。当温度在正常工作的极限温度内变化时，由于温度变化而引起的变差(即过去的“附加误差”)不大于±5%，
3返回系数
电流元件的返回系数应不小于0.8。
4动作时间及返回时间
在2倍动作值下电流元件的动作时间应不大于25ms，返回时间应不大于50ms，对零序电流元件，除符合上面规定外，在1.1倍动作值下，其动作时间不大于50ms。
5对反应高次谐波动作电流值的要求
对于相电流元件而言，元件反应激励量中第2、3、5、7次谐波的动作电流值应大于反应基波的动作电流值。
启动元件 篇3
启动元件担负着故障检测与启动的任务,在超高速暂态量保护中,对其提出了更高的要求——必须在极短时间(如1 ms)内做出正确判断:故障时可靠灵敏启动;无故障和干扰情况下不误启动或尽可能降低其误启动率[1]。行波启动元件可以通过小波变换检测故障行波波头的奇异性来构造[2]。文献[3利用小波变换模极大(WTMM)随尺度的变化规律来识别故障行波与噪声干扰,但存在故障时拒动的现象。文献[4]在分析基于WTMM行波启动元件拒动原因的基础上,提出了基于小波变换模之和(WTMS)的启动元件,但该方法因其整定门槛很小而使在伴有强噪声或干扰时有可能误启动。
本文在前人研究的基础上[5],对行波启动元件进行了相应改进,构造了基于小波变换模之和的奇异性检测启动元件。ATP仿真和实测故障暂态数据验证表明该启动元件满足故障启动的要求。
1 小波变换模之和的奇异性检测原理
在二进小波变换中,尺度因子a取二进序列即{2 j}j∈z,若(a,x0)为孤立奇异点,且为影响锥|x-x0|≤ca内的模极大点,则有:
上式若取等号,进一步得到:
式(2)就是小波变换模极大随尺度的传播规律,利用此规律便可区分故障行波和噪声等干扰信号。
上述规律仅适用于孤立奇异点,对于影响锥内含有多个奇异点的情况却不适用[4]。当输电线路近距离故障或对端母线附近故障时,由于各种反射波紧邻初始故障行波,可能会造成多个奇异点落入其相应的影响锥内(如图1所示),其后果是造成故障行波波头奇异度的下降,甚至使L.E.α<0。因此,基于小波变换模极大的奇异性检测方法不能准确检测输电线路近距离故障时故障行波波头的奇异度。
为解决此问题,定义算子N,计算x0点在|x-x0|≤ca内的小波变换模之和(WTMS)[4]为:
进一步有
式中:A'>0,取二进小波变换时,可推出
信号在x0点的L.E.α也可以用小波变换模之和随尺度变化的规律来度量,与小波变换模极大值随尺度变化的规律相比,其适用范围更广,不仅适用于孤立奇异点,也适用于非孤立奇异点的度量,因此该方法更适合构造行波启动元件。
2 基于小波变换模之和的奇异性检测启动元件算法
由此,可以构造基于小波变换模之和的奇异性检测启动元件。具体步骤如下:
1)初步检测信号奇异性,区分正常情况和故障情况。具体方法是利用三阶中心样条小波对故障模电流进行第一尺度离散二进小波变换时,采用改进梯度算法[5]来计算改进梯度的模极大值,即式(6)。
2)根据奇异点k0影响锥内的小波系数,计算k0点影响锥内小波变换模之和Ni(2j,k 0),j=1,2,3。
3)确定小波变换模之和随尺度的传播特性。前文已经讨论过,故障行波的局部奇异度范围是-0.5
若式(7)成立,则判别该电流为故障电流,启动元件动作;否则启动元件不动作。这里将式(6)、式(7)分别称为启动元件的约束(1)和约束(2)。
如图2所示为某“弱故障”下原梯度算法(第一尺度小波系数)及改进梯度算法的梯度值。由图2可知,原梯度算法的模极大值为14.65,在有效的门槛值下是不会可靠动作的;而改进梯度算法的梯度模极大值为141.89,从而显著提高了该约束的灵敏度。
基于小波变换模之和的奇异性检测启动元件算法的具体实现流程如图3所示。
3 ATP仿真与故障暂态数据验证
3.1 ATP仿真
如图4为一500 k V超高压输电系统,线路参数与结构取自华中电网平武线,仿真模型采用J.Marti频率相关模型。设被保护线路为MN,考察M侧启动元件的动作性能。由于线路故障中有70%以上都是单相接地短路,且其它类型的故障大都是由单相接地引起的,因此在确定约束(1)门槛值ε0时,均以单相接地短路为依据。
表1给出了故障初始角为3°发生单相接地故障时,启动元件中原梯度算法Wi(1,k0)和改进梯度算法Grad(k0)计算值(二者的模极大值取两线模量中的大者)。由表1可知,约束(1)的改进梯度算法比原算法小波变换模极大值基本上提高了一个数量级。
在对约束(1)门槛值ε0进行整定时,应遵循以下原则:故障时应可靠地启动,尤其是在区内“弱故障”条件下要可靠灵敏地启动。由此,门槛值ε0应以区内末端“弱故障”为整定依据。用公式表示为:
其中:krel为可靠系数;[Grad(k0)]为区内末端“弱故障”时改进梯度模极大值中的最小者。在本仿真测试中,取krel=0.8,[Grad(k0)]=70.66,由此可以确定门槛值的大小为ε0=56.5。
为验证约束(1)门槛值整定原则的正确性,对其进行各种故障条件下的仿真。表2给出了在过渡电阻为200Ω,不同位置、不同初始角的情况下发生各种类型短路故障时,启动元件约束(1)计算值。
由表3给出的整个启动元件算法的仿真结果可以看出:该启动元件在区内故障(尤其是弱故障、区内近距离和对端母线附近故障)时均能够可靠启动。
3.2 故障暂态数据验证
利用山东科汇电气股份有限公司提供的实测故障暂态数据对启动元件的原理算法进行验证。
图5示出了重庆电网长万变某一线路发生B相接地故障时的暂态模电流波形,同时给出了1模暂态电流行波小波变换模极大值沿尺度传播的波形图,如图6所示。
由启动元件算法得到Grad(k0)=5473.0,RS=3.5025,启动元件能够可靠启动。
综合以上启动元件的原理算法及其仿真、数据验证结果,总结出基于小波变换模之和的奇异性检测启动元件算法具有以下特点:
1)约束(1)由于采用改进梯度算法,使梯度模极大值增大,提高了启动元件区内故障时的动作灵敏度,同时也提高了无故障时约束(1)的抗干扰性能。
2)约束(2)采用基于WTMS的奇异性检测,避免了以往基于WTMM的奇异性检测方法在近距离或对端母线附近故障可能出现拒动的情况。
3)奇异性检测对象是故障行波波头,同时采用支集长度较短的三阶中心样条小波,计算复杂度较低,因此该启动元件具有超高速的动作特点。
需要说明,实际应用中应根据具体输电网络对约束(1)的门槛通过数字仿真和现场校验加以确定,而启动元件应满足的要求便是门槛值确定的原则。
对于电压过零点故障时无行波过程而造成的启动元件启动失败,文献[5]指出可采用突变量启动原理解决其在此类故障时无法启动的问题。
4 结论
本文对启动元件的两个约束进行了改进,分别采用了改进梯度算法和小波变换模之和算法,使启动元件进一步满足故障时不拒动、无故障时可靠不误动的要求。ATP仿真及故障暂态数据验证表明该启动元件具有可靠的动作性能,是正确和实用的。
摘要：利用小波变换的奇异性检测原理,准确检测和定位故障行波波头的到来,进而构造了基于小波变换模之和的奇异性检测启动元件,并给出实用元件算法。ATP仿真和实测故障暂态数据验证表明,该启动元件满足故障启动的要求——故障时可靠不拒动,无故障时可靠不误动,可用于行波保护或暂态量保护的故障检测与启动。
关键词：奇异性检测,小波变换模之和,启动元件,ATP仿真,数据验证
参考文献
[1]葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术[M].西安:西安交通大学出版社,1996.
[2]Mallat S,Hwang W L.Singularity Detection and Processing with Wavelets[J].IEEE Trans on Information Theory,1992,38(2):617-643.
[3]董新洲,贺家李,葛耀中.小波变换在行波故障检测中的应用[J].继电器,1998,26(5):1-4.DONG Xin-zhou,HE Jia-li,GE Yao-zhong.Application of Wavelet Transform in Detection of Fault Traveling Waves[J].Relay,1998,26(5):1-4.
[4]段建东,张保会.行波启动元件的算法研究[J].中国电机工程学报,2004,24(9):30-36.DUAN Jian-dong,ZHANG Bao-hui.Study on Starting Algorithm Using Traveling-waves[J].Proceedings of the CSEE,2004,24(9):30-36.
贴片元件的焊接技术 篇4
第一部分：焊粘片元件
安装之前请不要急于动手，应先查阅相关的技术资料以及本说明，然后对照原理图，了解印刷电路板、元件清单，并分清各元件，了解各元件的特点、作用、功能，同时核对元件数量。准备好电烙铁、万用表、剪钳和镊子等必备工具，按照从低到高顺序，依次安装并焊接元件到电路板。
贴片元件的总体焊接方法是：先固定，后焊接。由于贴片元件没有固定孔，如果不先固定的话，焊接的时候容易导致元件移位，所以焊接前需要先将元件固定。
一、贴片IC1404焊接
1、先用烙铁在元件一个引脚的焊盘上镀锡，用镊子夹住元件，摆正位置，然后固定元件。（一般是在四角的其中一个引脚上镀锡，然后固定。）
2、一手拿着焊锡丝，另一只手拿着烙铁，分别固定剩余的4角的3个脚，焊接的时候注意焊接力度，千万不要让元件移位，四个角都固定后，再焊接的时候，元件就不会发生移位了。（如果担心自己摆不正元件，可以先用松香固定元件的四个角，方法是：用镊子夹住元件，放在焊盘上，确认焊盘对整齐后，用镊子夹住一小块松香，轻轻放到引脚上，用烙铁加热松香使其溶化，然后移开烙铁，让松香凝固，这样芯片就被固定住了，同样的方法固定好全部4个角，然后再次检查元件是否摆正，确认元件摆正后，用烙铁熔化焊锡重新固定元件的4个角。）
3、元件固定好后，一手拿焊锡，一手拿烙铁，烙铁尖放在元件的一角上，焊锡放在烙铁尖上，让焊锡融化，等焊锡融化成一个比较大的圆球后，向没有焊接焊锡的引脚方向慢慢移动烙铁（这时候可以使板子稍微向烙铁移动的方向倾斜一下，以便焊锡更好的流动），注意移动速度要慢，每移动到一个引脚处时要让焊锡在这个引脚处充分融化，这样才能确保该引脚不会被虚焊，移动的时候力度一定要轻，力度过大会损坏元件的引脚，这个过程需要多多练习才能够熟练操作，当烙铁拖过一边后，这一边的引脚就焊好了，通常一边焊接后，最后的几个引脚会被多余的焊锡连在一起，这时候可以甩掉烙铁头上多余的焊锡，将烙铁头在松香里面蘸一下，然后小心的用烙铁头在引脚之间划过，以去除多余焊锡，也可以将烙铁头放在连在一起的引脚处，拿起板子，待焊锡溶化后，用力把板子砸在桌子上，这样就能磕掉多余的焊锡，不过这样容易让锡渣流到板子的其他地方，注意把溅出的锡渣清理掉。
4、用同样的方法焊接所有的引脚。
二、贴片电阻、电容等两脚贴片元件的焊接
1、贴片电阻、电容等两脚贴片元件焊接前，先用烙铁在电路板上电阻等两脚元件的一个焊盘上焊一点锡（在哪一个焊盘上焊锡依据个人焊接习惯，我比较喜欢先在右边焊盘镀锡，这样比较符合焊接习惯），也可以将板子上所有的两脚贴片元件的一个焊盘镀锡，这样比较省事；
2、在一个焊盘上镀完锡后，用镊子夹住电阻等两脚元件在对应的焊盘上摆正位置，用烙铁将元件的一端焊接到焊盘的镀锡一端，然后拿着焊锡丝将另一端焊住。一种比较省时省力的方法是：先将所有两脚元件的一端固定在相应位置的镀锡焊盘上，然后在同一焊接另一端引脚；
3、焊接时候要注意时间和力度，用力过大或者焊接时间过长会让对面的焊锡也融化了，这样容易导致元件移位。