關(guān)于小電流接地選線裝置原理及其應(yīng)用的探究

摘 要：小電流接地系統(tǒng)（也即中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)）是指中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)，我國110kV以下系統(tǒng)大部分采用這種接地方式，小電流接地選線裝置通過綜合選線的算法，可以快速查找到接地故障回路，輔以繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)快速消除故障的目的。其廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、水電廠、變電所及大型廠礦企業(yè)的供電系統(tǒng)，尤其是在煤炭行業(yè)，井下礦用電纜比較多，環(huán)境復(fù)雜，發(fā)生單相接地的頻次較高，此裝置主要作為線路和母線單相接地故障報(bào)警或用于線路接地跳閘保護(hù)的功能，避免因外部故障發(fā)生單相接地而造成事故的擴(kuò)大化。文中分析了小電流接地選線裝置的工作原理以及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：小電流系統(tǒng)；接地選線裝置；原理及應(yīng)用；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-09-00-02

煤礦用變電站一般采用有人值守的方式，小電流接地選線裝置是一種有效檢測系統(tǒng)是否單相接地的設(shè)備，采用了綜合選線技術(shù)，其將多種選線方法有機(jī)地融為一體，充分發(fā)揮各種方法的互補(bǔ)優(yōu)勢，能適應(yīng)變化多端的單相接地故障。克服了以往小電流選線產(chǎn)品存在的選線方法單一、不能適應(yīng)各種復(fù)雜的接地故障類型的問題，主要用于變電站單相接地線路的故障排查和消除。可以迅速準(zhǔn)確的判斷故障回路，以便工作人員及時的排除接地故障，從而保障變電站的正常運(yùn)行。

一、小電流接地選線裝置的運(yùn)行原理

系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，能夠帶故障運(yùn)行一段時間（規(guī)程允許帶故障運(yùn)行2小時），但是電氣量會發(fā)生明顯變化，接地相故障電流變小，接地相電壓急劇下降或?yàn)榱悖Ｏ嚯妷簳仙秊榫€電壓。此時裝置通過電氣一次設(shè)備，如電壓互感器（PT），零序電流互感器（CT）采集的電壓電流信號，通過裝置內(nèi)部算法進(jìn)行綜合選線，在短時間內(nèi)查找到故障回路，并提醒值班人員及時切除故障回路電源。

根據(jù)煤礦變電站小電流接地選線裝置的實(shí)際使用情況與積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了該裝置的運(yùn)行原理。

（一）智能型比幅比相法原理

對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，比較母線的零序電壓和所有線路零序電流的幅值和相位，故障線路零序電流相位應(yīng)滯后零序電壓90°并與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。傳統(tǒng)比幅比相方法在信號處理、抗干擾和有效域方面存在一定的缺陷，智能型的比幅比相方法采用高性能數(shù)字濾波器，對信號進(jìn)行有效的數(shù)字濾波處理，提取出了更可靠的信號成分，提高了選線正確性。

（二）諧波電流原理

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障的時候，所有線路中都存在著零序諧波電流。感抗效應(yīng)隨著諧波次數(shù)增加而增加；容抗效應(yīng)隨著諧波次數(shù)的增加而減小，所以可以找到一個諧波次數(shù)x，故障線路和正常線路在x次諧波的時候具有相反方向的電流。基于諧波電流原理構(gòu)造的小電流選線裝置可以免受系統(tǒng)運(yùn)行變化以及電阻的影響，同時諧波電流的相位關(guān)系不受幅值的制約，只要做到能被計(jì)算機(jī)識別就可以。如果相位超過90度則被認(rèn)為相反，反之相位低于90度則被認(rèn)為相同。

（三）暫態(tài)信號原理

單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流和諧波電流可作為選線判斷的依據(jù)。小電流接地電網(wǎng)單相接地故障等值電路是一個容性通路，故障的突然作用在電路中產(chǎn)生的暫態(tài)電流通常很大。特別是發(fā)生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下，暫態(tài)電流含量更豐富，持續(xù)時間更長。利用在特定頻段（SFB）范圍0～ω′內(nèi)，零序電流存在下述分布規(guī)律：①故障線路零序電流幅值最大；②所有健全線路零序電流極性相同，而故障線路與之相反。對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，可利用零序電流上述分布規(guī)律進(jìn)行選線。一般配電網(wǎng)絡(luò)其ω′遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工頻，因此SFB 既包含部分暫態(tài)分量，也包含工頻分量和部分諧波分量，但暫態(tài)分量將占主要成分。對于消弧線圈接地系統(tǒng)，在SFB 頻帶內(nèi)，消弧線圈的影響可以忽略。即故障線路與健全線路零序電流的幅值和極性分布規(guī)律①和②仍然成立。因此，可與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)使用相同的檢測方法。暫態(tài)電流滿足在故障線路上的數(shù)值等于在非故障線路上數(shù)值之和且方向相反的關(guān)系，可以用來選線。

（四）首半波原理

首半波原理是建立在接地故障線路的信號在相電壓接近最大值假設(shè)的基礎(chǔ)上的，電壓接近最大值的時候發(fā)生的接地故障，那么故障相的電容電荷會向故障點(diǎn)放電。故障線路的分布電感以及電容賦予了電流衰減振蕩特性，此電流不通過消弧線圈從而免受其影響。由于首半波原理制作的選線裝置無法檢測電壓較低時的故障，受到系統(tǒng)運(yùn)行模式以及接地電阻影響，因而在運(yùn)行中存在死區(qū)[4]。

（五）有效域技術(shù)原理

對于不同的故障信號特征，各種選線方法都有一定的適用條件。當(dāng)適用條件滿足時，該選線方法選線結(jié)果一定正確，否則，選線結(jié)果可能出現(xiàn)錯誤。我們稱選線方法能夠可靠選線的適用條件為該方法的有效條件，滿足有效條件的故障區(qū)域，稱為該選線方法的有效域。我們對每一種選線方法都界定了有效域，當(dāng)一個故障落在某方法的有效域內(nèi)時，該方法對該故障的選線結(jié)果一定是正確的，否則給這種方法的選線結(jié)果乘以一個系數(shù)n（0

（六）連續(xù)選線技術(shù)原理

連續(xù)判斷技術(shù)是針對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障中故障信號微弱、容易受干擾的特點(diǎn)而采取的技術(shù)措施。該技術(shù)不完全依賴于一次判斷的結(jié)果，而是綜合考慮全過程的情況。裝置在故障沒有消失的情況下每隔1 秒鐘重復(fù)進(jìn)行選線計(jì)算，直至故障消失，這樣可以有效地排除少數(shù)幾次誤判。

二、小電流接地選線裝置應(yīng)用

現(xiàn)階段，小電流接地選線裝置在3-66KV配電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，其優(yōu)勢表現(xiàn)在：如果電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)單向接地線路故障不會發(fā)生短路電流，可保障電力系統(tǒng)的對稱性和正常運(yùn)行，并且確保故障線路產(chǎn)生的電流較小，從而避免了對供電設(shè)備造成危害。此裝置的問題是在單相接地線路發(fā)生故障時，正常運(yùn)行部分的電路電壓會升高到線電壓，電力設(shè)備絕緣性差的部位容易出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象而造成短路，擴(kuò)大故障的破壞范圍，對于電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性以及安全性造成威脅。所以，在單相接地故障出現(xiàn)后，要迅速的排查出故障線路的回路，采取有效措施消除故障。為了提高小電流接地裝置選線的質(zhì)量和效率，要加大對小電流接地選線裝置的研究和開發(fā)力度。但是在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)存在的一些外在因素，直接影響到了小電流接地選線裝置選線的準(zhǔn)確性和可靠性，所以在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)該避免此類問題以提高裝置的實(shí)際應(yīng)用能力和效果。

（一）零序CT的選擇

為提高小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線準(zhǔn)確率，采購零序CT時盡量選用同一廠家同一批次同一型號同一變比的產(chǎn)品。因?yàn)椴煌瑥S家的零序CT參數(shù)性能會略有差異，對裝置選線的準(zhǔn)確性會造成影響。如果是變電站進(jìn)行技改工程時，在選用時盡量選擇與以往相同的零序CT，對于外觀不完好的零序CT應(yīng)進(jìn)行更換，以免影響裝置選線的準(zhǔn)確性。

（二）電纜屏蔽接地線的連接

1、電纜外皮接地點(diǎn)在零序CT上部時，接地線必須穿過零序CT后，在線路側(cè)接地，同時應(yīng)注意固定卡子與電纜鋼鎧之間必須絕緣，接地線也必須與固定卡子絕緣；見下圖

2、電纜外皮接地點(diǎn)在零序CT下部時，接地線無需再穿過零序CT；應(yīng)直接接地。

3、零序CT至選線控制屏的連接電纜，應(yīng)選用KVVPR22-4*2.5mm2型鎧裝屏蔽控制軟電纜（兩備兩用）。控制電纜兩端屏蔽層和鎧裝層需接地。

（三）保證零序電流互感器的極性一致

所有零序CT極性必須嚴(yán)格一致，尤其要注意零序CT和三相CT混用的現(xiàn)場。對于有兩段以上母線的系統(tǒng)，必須保證所有引入裝置的CT極性一致。

三、結(jié)束語

隨著電力系統(tǒng)發(fā)展，過去的單一選線模式的小電流選線裝置已經(jīng)不適應(yīng)電力系統(tǒng)工作要求，在新形勢下電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活、接地故障復(fù)雜，需要綜合多種選線方式，建立小電流裝置選線管理系統(tǒng)，適時改進(jìn)選線方案。上文中介紹的多種智能選線判據(jù)的選線方式實(shí)現(xiàn)了各種選線模式間的優(yōu)勢互補(bǔ)，通過信息管理技術(shù)的引入了全新的選線方案，大幅度提升了選線技術(shù)的水平和準(zhǔn)確性。