10kV線路接地故障消弧選線裝置選線失效事故分析

摘 要：某巡維中心所轄變電站曾經多次發生10kV線路單相接地故障，而消弧選線裝置無法準確選出接地線路的事件，調度只能采取輪切的方式查找故障線路，顯然不利于故障的及時發現與隔離。本文結合一起實際案例，詳細分析消弧選線裝置選線失效的原因，并提出了有效的改進措施。

關鍵詞：小電流接地;消弧選線;選線失效

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.162

0 前言

根據《交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合》的要求，3～10 kV架空線路構成的系統，當單相接地故障電流大于10 A時，以及3～10 kV電纜線路構成的系統，當單相接地故障電流大于30 A時，中性點應裝設消弧線圈[1]。對于中性點裝設消弧線圈的10kV電網，當發生單相接地時，消弧線圈產生的感性電流補償了故障點的電容電流，從而使故障點的殘流變小以達到自然熄弧的目的。

目前，對于10 kV系統當發生單相接地時，保護通常是不動作于跳閘的，而是根據消弧裝置的選線結果人工切除故障線路，當選線失效無法選出故障線路時，調度就只能采取逐條線路輪切的方式來確定故障線路，有時需要較長時間，而且對于非環網線路，直接切除正常運行的線路會造成負荷損失，降低了供電可靠性。此外，每一次開關的分合閘操作都會對電網造成沖擊，也會縮減開關的使用壽命。因此有必要對消弧線圈的選線失效做出分析，并提出可行的措施。

1 消弧選線裝置原理

以廣州智光電氣消弧選線裝置為例，說明其選線原理，其選線判據有零序電流的大小和方向兩個，具體如下[2]。

（1）Io大小判別。因為接地時候故障線路的故障零序電流為全系統的電容電流之和減去本線路電容電流，而非故障線路的零序電流為本線路之電容電流，故由零序電流的大小，選取全部線路中零序電流最大的幾條線路作為接地線路選擇的對象;（2）Io方向判斷。故障線路零序電流的相位滯后于零序電壓約90°;非故障線路零序電流的相超前于零序電壓約90°。選線裝置以零序無功功率方向的方式判斷：對接地線路（零序電流滯后于零序電壓約90°）：Qo>0 ，選出該線路; 未接地線路（零序電流領先于零序電壓約90°）：Qo<0;如果所有（零序電流均領先于零序電壓約90°）Qo<0，則判別為母線接地。

2 故障簡述

某日06時49分，某110kV變電站10kV 713線路發生單相接地，后臺監控機和調度只收到“#2接地故障”信號，但未收到具體接地線路信息，運行人員到站檢查后發現選線裝置報母線接地，并按從小到大的順序列出5條線路的接地電流，其中713線路的接地電流最大，將情況告知調度后，調度將713線路切除，接地故障消失，當調度合上713線路之后過段時間在此發生線路接地，此時選線裝置能正確選出713線路。

3 現場檢查情況

3.1 消弧系統裝置參數

消弧線圈接地系統為KD-XH型配電網智能化快速消弧系統，配套DDS-02型高性能小電流接地選線裝置，廣州智光電氣有限公司生產。

3.2 后臺監控機的報文情況（圖1、圖2、圖3）

從報文看出，06時49分，在首次接地故障的時候，所有連接在#2M母線上的線路都發接地報警信號，#2主變變低552A、552B發零序過電壓報警信號。說明消弧裝置沒能正確識別出故障接地線路。07時58分，調度切除713，接地告警信號返回，7時59分，調度合上713開關，故障消失，8時53分，再次發生接地故障，此時消弧選線裝置正確選出故障線路。

4 接地選線裝置試驗情況

利用繼保測試儀對接地選線裝置進行了加量試驗，選取發生接地故障的10kV713線路間隔進行試驗，模擬故障時刻的零序電流、電壓，選線裝置在故障量明顯時能正確選出故障線路，說明選線裝置本身是良好的。測試情況如表1所示。

5 原因分析

智光電氣生產的DDS-01型接地選線裝置與KD-XH型配電網智能化快速消弧系統配合使用。消弧系統在投入補償后造出一個小擾動，并通知選線裝置進行選線，選線裝置根據小擾動前后零序電流的變化量的大小，即小擾動值，并綜合功率方向等判據進行選線，小擾動門檻值為30mA，發生接地線路的擾動量是最大的。初次故障時消弧選線裝置未能正確選出713線路，裝置報母線接地，其數據如表2。

第二次故障時，消弧選線裝置能正常選出713線路接地，裝置報713接地，其數據如表3。

根據接地選線裝置的記錄信息，發現初次故障時713線路的擾動量為10mA，小于消弧裝置正確選線的門檻值30mA，同時零序電流超前零序電壓，即Qo<0 ，所以接地選線裝置無法選出713線路接地，故報母線接地。當第二次故障時，713擾動量為137mA，大于消弧裝置正確選線的門檻值30mA，且零序電流滯后零序電壓，即Qo>0 ，所以消弧裝置能正確將713線路選出，第二次故障時能正確選線說明消弧裝置不存在問題。第一次713線路接地時，消弧裝置沒有正確選出接地線路的原因在于此處故障特征量不明顯，未達到消弧選線裝置的門檻值。

6 改進措施及建議

中山局目前使用的消弧選線裝置廠家多為廣州智光電氣和上海思源電氣，兩個廠家的設備都曾出現選線失效現象。智光電氣采用的接地選線和消弧線圈一體化配合法——在消弧系統投入補償時先造出一個小擾動，根據消弧線圈補償先后各線路的零序電流變化進行判斷，但是故障線路零序電流變化量的大小與接地點的過渡電阻大小有關。過渡電阻越大， 則殘流增量越小， 因此它對于高阻接地的判別還是比較困難的。思源電氣采用的五次諧波法，理論上認為消弧線圈所提供的零序五次諧波電流遠小于線路電容電流的五次諧波，因此采用零序五次諧波的幅值和相位進行比較，將零序五次諧波電流幅值最大，相位與其它線路相位相反的判別為故障線路。但是在電力系統中，由于鐵芯設備非線性的影響，必然包含一系列高次諧波分量，主要為五次諧波，此外零序五次諧波電流的幅值很小，易受干擾，因此存在選線失效的情況[3]。

建議采用消弧線圈并聯中電阻的接地方式。并聯中電阻選線法是采用接地時在消弧線圈兩端瞬間投切并聯電阻的方法，瞬時向接地點注入電流有功分量，使接地點的電流幅值和相位都有很明顯的變化，采用獨特的DK選線法，可以克服殘流增量法接地后調整消弧線圈以及對高阻接地選線不準的缺點，能對金屬接地、高阻接地和母線接地進行準確選線，選線準確性達到100%[4]。

參考文獻：

[1]交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合 DL/T 620-1997[S].中華人民共和國電力行業標，1997：6-7.

[2]廣州智光電氣有限公司.DDS-02E型配電網接地故障智能檢測裝置技術說明書[M].2003：6-7.

[3]消弧線圈自動調諧及接地選線的原理與分析[J].水利水電工程，2014，36（04）：99-103.

[4]上海思源電氣股份有限公司.XHK-II-ZP型消弧選線自動調諧及成套裝置使用說明書[M].2007：14-15.

作者簡介：盧鍇（1986-），男，研究生，主要從事：變電運行工作。endprint