小電流接地選線裝置應(yīng)用探討

譚 華

(國網(wǎng)四川明珠集團有限責(zé)任公司，四川 射洪 629200)

小電流接地選線裝置應(yīng)用探討

譚 華

(國網(wǎng)四川明珠集團有限責(zé)任公司，四川 射洪 629200)

分析了小電流接地系統(tǒng)的特點，介紹了小電流接地選線裝置的原理，提出了零序電流、電壓的采集原則及零序選線裝置的應(yīng)用。

小電流；接地；選線；應(yīng)用；探討

1 概 述

傳統(tǒng)的尋找接地故障線路的方法是：依次逐條斷開每回出線的斷路器，故障線路被斷開后，系統(tǒng)電壓恢復(fù)且接地信號消失，否則將繼續(xù)尋找。雖然這種尋找方法大多可通過重合閘進行補救，但對一些供電要求很高的用電客戶來說，這種方法的弊病是顯而易見的，尤其是對那些負荷較重的線路，這種方法已不滿足安全穩(wěn)定供電的要求。小電流接地選線裝置自問世以來迅速得以普及，經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代，其選線的準確性已在不斷提高。

2 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障具有的特點

圖1為一中性點不接地系統(tǒng)。假定電網(wǎng)的負荷為零并忽略電源和線路上的壓降，電網(wǎng)各相對地電容為C0，這三個電容就相當于一對稱Y形負載，其中性點即為大地。

圖1 中性點不接地系統(tǒng)示意圖

正常運行時，電源中性點對地電壓等于零，即UN=0，各相對地電壓為相電勢，三相電容電流也是對稱的并超前相應(yīng)電壓90°，正常運行時的相量見圖2。

圖2 正常運行時的相量圖

當A相發(fā)生單相接地時，A相對地電壓變?yōu)榱恪４藭r中性點對地電壓就是中性點對A相的電壓，即UN=-EA。各相對地電壓和零序電壓分別為：

U′A= 0

U0=1/3(U′A+U′B+U′C)= -EA

3I0=IB+IC=-j3EAωC0

接地故障時的相量見圖3。

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圖3 接地故障時的相量圖

在圖4所示的中性點不接地系統(tǒng)中，線路1、2和電源的各相對地電容分別為C01、C02、C0g。當線路2的K點發(fā)生A相接地故障時，系統(tǒng)中各元件的A相對地電容均被短接，各元件的A相對地電容電流為零。各元件的B、C相對地電容電流都要通過大地、故障點、電源構(gòu)成回路。

圖4 中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障電容電流分布圖

由圖4可見，非故障線路1保護安裝處流過的零序電容電流為：

3I01=IB1+IC1

電源保護安裝處流過的零序電容電流為：

3I0g=IBg+ICg

故障線路2保護安裝處流過的零序電容電流為3I02。仍以母線流向線路為假定正方向，則：

3I02= (IB2+IC2)-(IB1+IC1)-(IBg+ICg)

-(IB2+IC2)

=j3EAω(C01+C0g)

綜上所述，中性點不接地系統(tǒng)單相接地時具有以下特點：

(1)接地故障相對地電壓降為零，其它兩相對地電壓上升為線電壓，系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，其值等于電網(wǎng)正常運行時的相電壓且處處相等；

(2)非故障線路保護安裝處流過的是該線路的零序電容電流，其值為3EAωC0，方向由母線指向線路，相位超前零序電壓90°；

(3)故障線路保護安裝處流過的是所有非故障元件的零序電容電流之和，其方向由線路指向母線，相位滯后零序電壓90°。

3 小電流接地選線的原理

根據(jù)單相接地時中性點不接地系統(tǒng)的特點，目前小電流接地選線主要是基于零序功率方向、零序電流的幅值等原理。綜合自動化變電所中小電流接地選線功能是由出線保護裝置、開口三角電壓監(jiān)測點和主站共同完成的。當系統(tǒng)發(fā)生接地后，零序電壓抬高，裝置感受到電壓有突變且幅值超整定值時，由集中測量裝置向主站報送，再由主站向出線的保護裝置廣播，并計算當前零序電壓及零序電流向量，再根據(jù)接在該母線上所有線路的零序電流的方向判斷接地點所在線路，從而使裝置判斷出故障所在，并分別向就地監(jiān)控計算機及遠方控制中心報告，通知維護人員及時處理故障點。

單相接地故障的特點是構(gòu)成小電流接地選線的基本原理，選線裝置的判據(jù)一般有兩個。

(1)啟動判據(jù)：一般用零序電壓作裝置啟動判據(jù)。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，發(fā)電廠(或變電站)母線電壓互感器的開口三角繞組將產(chǎn)生零序電壓，當零序電壓大于整定值時(一般整定值為10～20 V)裝置啟動，選線功能主站發(fā)出信號向該段母線上的所有出線保護裝置召喚零序電流的大小方向進行分析判斷。

(2)選線判斷：一般用零序電流的大小和方向構(gòu)成選線判據(jù)。選線裝置根據(jù)采集到的各線路零序電流的大小，初步判出接地的故障線路，再根據(jù)各線路的零序功率方向確認故障線路。

從上述小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時的特點可以看出，故障線路的零序電容電流為所有非故障線路的零序電容電流之和，如果同一母線上的線路條數(shù)足夠多，且各條線路的參數(shù)差異不大，則故障線路的零序電容電流將遠遠大于非故障線路的零序電容電流，利用零序電流的大小即可以判斷出故障線路。同時，故障線路和非故障線路的零序電容電流方向不同是構(gòu)成選線的另一主要判據(jù)，非故障線路的零序功率方向由母線指向線路，而故障線路的零序功率方向則由線路指向母線，利用零序功率方向的不同也可以判斷出故障線路，而且零序功率方向還不存在動作死區(qū)的問題。如果所有線路的零序功率方向均為正向，則判斷母線接地。

4 技術(shù)方案

目前，測量零序電流有兩種方法：一種是在線路上安裝由三相電流互感器構(gòu)成的零序電流濾序器；另一種是在線路上安裝專用的零序電流互感器。筆者認為：最好在同一變電所采用同一種接線方式。如果在同一變電所或者同一條母線上既采用三相電流互感器的接線方式，又采用安裝專用零序電流互感器的方式，那么一定要使零序電流互感器引出的極性相同，否則接地選線裝置是不可能正確工作的。

對于電流互感器采用三相完全星型接線方式時，可以用三相電流的矢量和作為零序電流，其優(yōu)點是接線簡單，不易混淆零序電流的同名端。當電流互感器為兩相不完全星型接線方式時，且出線為電纜，可加裝單獨的零序電流互感器，其優(yōu)點是不平衡電流較小，故障發(fā)生時，反應(yīng)更為靈敏。應(yīng)當特別注意零序電流的方向均應(yīng)以母線流向線路為正，零序電流濾過器或零序電流互感器的同名端接保護裝置的同名端。

大部分微機線路保護裝置零序電壓的選取均

由保護裝置本身計算故障時的三相電壓直接得出，但有的保護裝置則需外加零序電壓。外加零序電壓時應(yīng)注意零序電壓的方向，電壓互感器的開口三角采用正極性接法，但是以反接線接入保護裝置，電壓互感器的開口三角同名端(星號端)接出N并接地，再接微機保護裝置的同名端3U0*；非同名端(不帶星號端)接出L，同時接微機保護裝置的非同名端3U0(圖5)。

圖5 零序電流電壓接線圖

5 經(jīng)濟效益

以射洪110 kV城南站為例：該站共有八回10 kV出線，每回線路的負荷約在1 000～3 000 kW之間，以平均負荷1 500 kW計算。按照傳統(tǒng)的接地故障查找方法逐條拉合線路，如果最后才斷開故障線路(即第八條線路)，設(shè)調(diào)令拉合每條線路的時間為10 min，則為排查接地故障所損失的電量約為：P=7×1 500×(10÷60)=1 750(kW·h)。如果安裝了接地選線裝置，則可以在幾秒時間內(nèi)就能準確選出接地故障線路，不僅提高了系統(tǒng)供電的可靠性，其經(jīng)濟效益也是可觀的。

[1] 李麗嬌.電力系統(tǒng)繼電保護(第一版)[M].北京： 中國電力出版社，2005.

[2] 王維檢.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用(第一版)[M].北京：中國電力出版社，1996.

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1001-2184(2017)06-0097-03

2017-01-10

譚 華(1976-)，女，四川射洪人，技師，注冊安全工程師，從事電力系統(tǒng)及其自動化研究.

李燕輝)