智能接地系統(tǒng)的設(shè)計

宣俊楠，陳 益，楊鵬杰

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

0 引 言

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，單相接地導(dǎo)致的配電線路故障為總故障數(shù)的70%左右，其中故障大多由瞬時性單相接地引起。但是，在中性點非有效接地的情況下，上述的接地故障在滅弧后便可自動消失。如果是永久性單相接地、中性點非有效接地，系統(tǒng)同樣可以保證線電壓處于正常狀態(tài)，持續(xù)為用戶提供安全、穩(wěn)定的電能。但是，中性點非有效接地存在一定問題，且消弧線圈只能彌補工頻電容產(chǎn)生的電流。而經(jīng)過接地點的高頻電流和阻性電流較多，消弧線圈只能把電流彌補至5 A左右，保證形成的電弧繼續(xù)燃燒，繼續(xù)供電則會擴大供電事故的范圍，甚至引起火災(zāi)，危及生命。此外，如果中性點非有效接地配電系統(tǒng)中發(fā)生單相接地事故，故障信號微弱，將難以準(zhǔn)確定位故障位置。

1 智能接地配電系統(tǒng)基本原理

1.1 智能接地配電系統(tǒng)的構(gòu)成

應(yīng)用過程中，可以在變配電站每段10 kV的母線中安裝一臺智能接地設(shè)施，并設(shè)置在配電網(wǎng)的可接入位置。智能接地設(shè)施的構(gòu)成如圖1所示，電阻分級接地開關(guān)裝置由K1、K2接地開關(guān)和電阻R組合而成，智能接地設(shè)施由接入斷路器D、接地變壓器JDB、脈沖消弧保護線圈XHXQ等電氣元件組成[1]。其中，接地變壓器和脈沖消弧保護線圈不是必選設(shè)備；如果變電站有接地變壓器和脈沖線圈可以直接應(yīng)用，不需在智能接地裝置中再次設(shè)置；接入斷路器為可選裝置，如果智能接地設(shè)施出現(xiàn)問題，利用它可以及時斷開智能接地設(shè)施。

圖1 智能接地裝置的構(gòu)成

1.2 智能接地配電系統(tǒng)工作邏輯

如果監(jiān)測到零序電壓大于閾值，則智能接地配電系統(tǒng)中出現(xiàn)了單相接地。智能接地設(shè)施可快速識別接地故障的相線，操控故障相電阻分級接地保護開關(guān)使故障相接地，從而安全、可靠地熄滅電弧，防止危害擴大。此外，經(jīng)過1～3 s的短時間延時后，智能接地保護裝置可以操作故障相接地開關(guān)，使智能接地配電系統(tǒng)處于斷開狀態(tài)，同時監(jiān)測零序電壓值是否超過閾值。如果沒超過，說明只是瞬時性的單相接地故障，處理完成后就可正常恢復(fù)供電；如果超過閾值，則說明為永久性的單相接地故障，需要進一步處理[2]。

針對永久性的單相接地故障，智能接地保護裝置可在較短時間內(nèi)經(jīng)中性點投入中電阻，提高接地點線路的零序電流數(shù)值，而饋線上裝設(shè)的有零序保護作用的配電設(shè)施和故障顯示儀表可以進行單相故障接地選線、定位和隔離。完成一系列步驟后，智能接地設(shè)施便讓中性點投入的中電阻退出保護系統(tǒng)即可。

2 智能接地裝置單相接線選相防誤措施和校正

智能接地設(shè)施在保護故障相金屬性接地時，如果單相接地選擇的相線產(chǎn)生錯誤，將會引起相間出現(xiàn)短路接地故障。接地故障相的電阻分級接地保護開關(guān)可避免選相錯誤并進行校正。電阻分級接地保護開關(guān)裝置的構(gòu)成如圖2所示。K1、K2為保護開關(guān)裝置，R是電阻值為50～100 Ω的過渡電阻。

圖2 接地軟保護開關(guān)組成圖

根據(jù)實際情況需要X相金屬性接地保護時，首先應(yīng)控制開關(guān)裝置K1閉合，其次利用過渡電阻R將相線接地，最后控制開關(guān)K2閉合，完成金屬性接地保護。如果X相金屬性接地保護處于斷開狀態(tài)，首先應(yīng)控制開關(guān)K2斷開，其次利用過渡電阻R將相線接地，最后控制開關(guān)裝置K1，使相線與地完全斷開。如果把B相單相接地錯認(rèn)為A相接地故障，需操控智能接地設(shè)施的A相實現(xiàn)軟導(dǎo)通接地保護。此時，應(yīng)控制A相的開關(guān)K1閉合，利用過渡電阻R實現(xiàn)相線接地。此外，A、B兩相之間通過電阻R會產(chǎn)生短路接地現(xiàn)象，但電阻R具有限制電流的功能，電流值為100～200 A的電流可被有效檢測出來，因此短路電流不會產(chǎn)生較大破壞。另外，智能控制接地設(shè)施監(jiān)測到A相的開關(guān)K1閉合引起相間短路接地后，會及時控制A相的開關(guān)K1斷開，并實施安全防護。只有在控制開關(guān)K1閉合后沒有監(jiān)測出相間短路接地的情況時，才會將A相的開關(guān)K2閉合，完成A相金屬性保護接地。但是，如果監(jiān)測A相線的開關(guān)K1閉合為錯相，可及時控制A相線的開關(guān)K1閉開，繼續(xù)上述控制流程，并把接地相實現(xiàn)金屬性保護接地。

3 智能接地設(shè)施保護動作引起的系統(tǒng)暫態(tài)過程分析

3.1 接地開關(guān)閉合條件下的系統(tǒng)暫態(tài)分析

智能接地設(shè)施識別出接地故障的相線后，如果把接地相保護開關(guān)接地，會導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)過程產(chǎn)生高頻電流，給予配電網(wǎng)暫態(tài)沖擊而干擾二次設(shè)備。通過接地相保護開關(guān)直接接地形成的高頻電流，可有效說明直接接地的實際使用情況，全面解釋接地瞬時引起的保護動作問題。此外，利用電阻分級接地開關(guān)實施保護后，可導(dǎo)通接地造成的系統(tǒng)暫態(tài)，有效抑制經(jīng)過接地控制開關(guān)K1的高頻電流。

3.2 接地開關(guān)閉合后的系統(tǒng)暫態(tài)過程解析

智能接地設(shè)施保護故障相金屬接地后將再次斷開，如果控制接地相線保護開關(guān)從金屬接地處完全斷開，會造成配電網(wǎng)系統(tǒng)的中性點產(chǎn)生低頻振蕩，引起全相過電壓和電流互感器的一次繞組側(cè)形成低頻涌流現(xiàn)象，從而損壞電流互感器和互感器保護熔斷器。此外，通過電流互感器中性點的低頻涌流數(shù)值可達到20 A左右，而且會形成多次低頻涌流現(xiàn)象，燒壞額定保護電流為0.5 A的電流互感器熔斷器或破壞其一次繞組側(cè)[3]。

有效結(jié)合電阻分級保護接地開關(guān)和隨調(diào)式消弧線圈，在電阻分級接地保護開關(guān)產(chǎn)生動作前，消弧線圈可彌補經(jīng)過電阻分級接地保護開關(guān)形成的工頻電容電流，控制電阻分級接地保護開關(guān)斷開。當(dāng)電阻分級接地保護開關(guān)處于斷開狀態(tài)時，首先控制開關(guān)K2斷開，其次通過電阻R進行接地保護，最后控制開關(guān)K1斷開，進而完全斷開出現(xiàn)故障的相。

4 結(jié) 論

智能接地配電系統(tǒng)可利用安裝在變配電站的智能接地保護設(shè)施和安設(shè)在饋線分段位置的配電設(shè)施、故障指示儀表，提升配電系統(tǒng)的可靠性。此外，智能接地設(shè)施應(yīng)用的電阻分級接地保護開關(guān)技術(shù)，可有效防止相線選擇錯誤時兩相短路接地引起的電氣故障，并可避免保護開關(guān)操控過程中產(chǎn)生的系統(tǒng)暫態(tài)過程。