喀土穆煉油廠電力接地系統(tǒng)存在問題及解決方案

白濤

摘 要：簡要分析蘇丹喀土穆煉油廠在安裝全補(bǔ)償原理的偏磁式動(dòng)態(tài)自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置后，發(fā)生單相接地故障時(shí)系統(tǒng)特征及存在問題，并在此基礎(chǔ)上分析了幾種接地選線原理，最后給出解決方案。

關(guān)鍵詞：全補(bǔ)償；誤動(dòng)作；問題分析；解決方案

1 引言

早期的接地選線方法，在中性點(diǎn)改為經(jīng)消弧線圈接地后，有的已不能使用，有的雖然能用但有較大的局限性，選線效果不理想。根據(jù)蘇丹喀土穆煉油廠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，要提高小電流接地選線裝置選線的正確率，必須結(jié)合本廠電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，合理選擇小電流接地選線裝置的動(dòng)作原理，做好安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)各環(huán)節(jié)的工作，接地選線裝置選線的正確率才能達(dá)到較高的水平。

2 喀土穆煉油廠電力系統(tǒng)接地故障特點(diǎn)

2.1 煉廠電網(wǎng)的系統(tǒng)接線方式及消弧線圈的運(yùn)行方式

煉廠電力系統(tǒng)為自備電廠供電方式，共有發(fā)電機(jī)6臺(tái)（其中汽輪發(fā)電機(jī)3臺(tái)，燃?xì)廨啓C(jī)2臺(tái)，煙氣輪機(jī)1臺(tái)），裝機(jī)容量80MW，發(fā)電機(jī)出口電壓6.3kV，發(fā)電機(jī)出口直接引入發(fā)電機(jī)母線，然后經(jīng)過母線配出廠用負(fù)荷和各煉油裝置直配線。直配線共15條，均為電纜線路，所以系統(tǒng)電容電流較大，結(jié)合我廠系統(tǒng)接線方式的特點(diǎn)，選用了偏磁式動(dòng)態(tài)自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置。消弧線圈裝設(shè)于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)上，可以省去用于引出系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地變壓器，考慮發(fā)電機(jī)檢修等因素，分別在2號(hào)發(fā)電機(jī)和3號(hào)發(fā)電機(jī)各裝設(shè)一套該消弧線圈成套裝置，兩套裝置一套運(yùn)行，另一套備用。

2.2 消弧線圈的實(shí)際運(yùn)行效果及存在的問題

該消弧線圈成套裝置于2005年安裝，這些年來一直運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，該成套裝置實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)電容電流（全系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，裝置檢測的系統(tǒng)電容電流顯示為40.5A），同時(shí)不施加直流勵(lì)磁電流，讓消弧線圈工作在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的狀態(tài)，這樣有效避免了串聯(lián)諧振過電壓的產(chǎn)生，一旦系統(tǒng)發(fā)生單相接地，裝置瞬間動(dòng)作調(diào)整消弧線圈到全補(bǔ)償狀態(tài)，以控制接地電流到最小值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，期間系統(tǒng)共發(fā)生瞬間接地5次，永久性接地1次，該成套裝置都能夠快速而可靠地動(dòng)作，有效地控制故障的范圍，提高了我廠6kV電網(wǎng)的安全性能。

但在實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)該成套裝置與系統(tǒng)中其他保護(hù)和自動(dòng)裝置的配合可能存在一定問題，具體表現(xiàn)在：（1）煉廠6kV電動(dòng)機(jī)的零序電流保護(hù)一般動(dòng)作于信號(hào)，整定值一般為一次電流5A。在裝設(shè)消弧成套裝置后，一旦電動(dòng)機(jī)發(fā)生單相接地，裝置將瞬間動(dòng)作進(jìn)行全補(bǔ)償，控制接地點(diǎn)的故障電流到很小的值（可能小于5A），使得故障電動(dòng)機(jī)的零序電流保護(hù)達(dá)不到動(dòng)作值，這對(duì)于查找和處理故障變得比較困難。這一問題需要改進(jìn)零序CT和零序電流保護(hù)器的精度，適當(dāng)縮小動(dòng)作整定值來解決。（2）煉廠原有微機(jī)小電流系統(tǒng)接地保護(hù)裝置，在消弧成套裝置投運(yùn)后，系統(tǒng)發(fā)生永久性接地1次，小電流接地選線裝置首次動(dòng)作報(bào)出的接地線路實(shí)際為正常線路，選擇重判后選擇的接地線路方為故障線路。雖然分析樣本比較少，選線裝置的準(zhǔn)確率不能判定，但不能排除選線裝置和消弧成套裝置從原理上配合不好的可能。這一問題需要在運(yùn)行實(shí)踐中繼續(xù)觀察。

3 基于全補(bǔ)償原理的小電流選線方法比較

3.1 反應(yīng)零序電流有功分量的接地選線法

在裝有消弧線圈的接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時(shí)，故障點(diǎn)的殘余電流值較少。為實(shí)現(xiàn)有選擇性的接地保護(hù)，可采用在中性點(diǎn)側(cè)投入電阻的方式。在接入電阻R時(shí)，接地電流中將出現(xiàn)一個(gè)有功分量IOR，IOR與零序電壓UO同相，因此可利用反映有功分量的零序方向元件來判別故障線路。電流IOR流過故障點(diǎn)，電流的有功分量可使接地故障點(diǎn)產(chǎn)生附加的熱量，為此在選擇電阻R的數(shù)值時(shí)，應(yīng)使流過故障點(diǎn)的電流IOR分量不超過5～10A。但這種選線方法在配電網(wǎng)有短路線路時(shí)，由于該線路的零序電流小，功率方向元件在受干擾的情況下，仍存在誤判及多選的可能性。此外，由于要在中性點(diǎn)另多裝一個(gè)斷路器，也限制了該裝置的推廣應(yīng)用。

3.2 反映5次諧波分量的接地選線法

在接地電容電流中除基波分量外，經(jīng)分析與測試得知，還包含有各種高層次諧波分量，其中5次諧波分量的幅值較大。在發(fā)生接地故障時(shí)，在5次諧波零序電壓U05的作用下，5次諧波零序電流I05即構(gòu)成了通路。雖然5次諧波電壓的幅值只有基波的百分之幾，但對(duì)線路的容抗，5次諧波卻為基波時(shí)的五分之一。但用零序電流5次諧波分量大小和方向來判斷接地線路，由于其值較小，選線結(jié)果也不理想。

3.3 有功功率損耗法

在非故障線路上，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，使其電流很小，有功功率也很小。而故障線路一般呈金屬接地，接地電流在消弧內(nèi)部阻抗和線路阻抗存在的情況下，產(chǎn)生較大的有功功率損耗。故本裝置以有功功率損耗的大小來作為接地選線的依據(jù)。

3.4 采用突變量啟動(dòng)的首半波法

在故障的瞬間，接地電容電流中將出現(xiàn)一個(gè)幅值很高的暫態(tài)分量，暫態(tài)零序電流首半波的最大值比流過同一點(diǎn)電容電流的穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍。

各線路所流過的暫態(tài)零序電流首半波寬度均為幾十微秒到幾百微秒。

對(duì)同一系統(tǒng)，不論中性點(diǎn)絕緣或經(jīng)消弧線圈接地，其最初階段暫態(tài)過程完全一樣，消弧線圈可認(rèn)為開路。假定從母線流向線路為零序電流正方向，零序電壓規(guī)定線路對(duì)地電壓為正方向，則在輻射網(wǎng)絡(luò)中，非故障線路靠近母線段所流過的暫態(tài)零序電流首半波與暫態(tài)零序電壓方向相同。而對(duì)故障線路，靠近母線端暫態(tài)零序電流首半波與暫態(tài)零序電壓首半波方向相反。對(duì)于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，則在電容電流分界點(diǎn)落在非故障線路上時(shí)，其兩端暫態(tài)零序電流首半波與暫態(tài)零序電壓方向相同；電容電流分界點(diǎn)不落在非故障線路上，則有一端相同，一端相反。而對(duì)故障線路，暫態(tài)零序電流首半波與暫態(tài)零序電壓的首半波方向均相反。

4 結(jié)束語

綜合喀土穆煉油廠電力接地系統(tǒng)特點(diǎn)及評(píng)估以上小電流接地選線方法，我們?cè)谝壮霈F(xiàn)單相接地故障的兩個(gè)配電室安裝了以暫態(tài)半波法原理為主的接地選線裝置，并選用高精度的零序電流互感器，作為全補(bǔ)償原理的偏磁式動(dòng)態(tài)自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置電力接地系統(tǒng)的解決方案，經(jīng)維護(hù)及廠家技術(shù)人員精心安裝調(diào)試后投入運(yùn)行。運(yùn)行后發(fā)生單相接地故障兩次，此裝置可以準(zhǔn)確的判斷故障線路。大幅度地縮短查找故障線路時(shí)間，使煉廠電力系統(tǒng)在接地故障情況下快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]陳忠仁，李微波，吳維寧.一種新型小電流接地綜合選線裝置[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2007（5）：23-25.

[2]賀家李，宋從矩.電子系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國電力出版社，2007：52-60.

[3]李福壽.中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)的運(yùn)行[M].北京：水利電力出版社，1993.

[4]宋艷芳.小電流接地系統(tǒng)理論分析與小電流選線裝置的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008.