診斷信號法高壓漏電保護系統中的應用

摘要:在高壓漏電方面，各科研院所、高校、企業進行了不斷的研究和探索，設計出各種各樣的算法和產品，其效果并不明顯。是這些算法不精確、產品粗制濫造的原因嗎？都不是，而是判據的問題。這些算法和判據都是基于接地時零序電流的故障特征為依據而進行計算和判斷的，而接地時的零序電流的大小受當時的運行方式影響，受系統容量的影響，受接地狀況影響，也受消弧線圈補償的影響，造成了每次單相接地時的零序電流特征不明確，導致了接地保護失靈。

關鍵詞：高壓漏電;保護器;聯網通訊

1.概述

電網高壓供電系統是一個龐大復雜的配電網系統，任一點接地，高壓供電系統的所有電纜容性電流都從不同變電所匯集到接地故障線路，這個電流大小取決于單相接地時的運行方式和接地電阻大小。因漏電引起的大面積停電，一方面是由于漏電保護原理上的缺陷引起的，另一方面是由于連接上下級變電所聯絡開關的漏電保護定值無法確定造成的。

電網高壓供電系統單相接地故障的綜合選漏跳閘一直是一個影響供電安全和困惑機電運行與管理人員的大事。高壓供電系統發生單相接地時，穩態狀態下非接地相對地電壓升高 1.732倍，在弧光接地時，由于電弧多次不斷的熄滅和重燃，導致系統對地電容上的電荷多次不斷的積累和重新再分配，在非故障相的電感—電容回路上引起高頻振蕩過電壓，最高可達5倍以上，在高幅值的弧光接地過電壓的持續作用下，加劇了電纜等固體絕緣的積累性破壞，最終在非故障相的絕緣薄弱環節造成對地擊穿，就會引起電纜擊穿、爆炸等事故，造成大范圍停電，甚至造成人身傷亡事故。

為了排除在發生高壓單相接地時零序電流本身特征不明確的影響，我們采取了接地時施加外部診斷信號的措施，使施加的外部診斷信號不受零序電流的影響而獨立作用，我們分散安裝在各高壓開關中的保護器捕捉施加的信號，接地線路可以捕捉到施加信號，非接地線路捕捉不到施加的信號，捕捉到施加信號的保護出口跳閘，來切除故障線路。這樣可大大提高高壓系統漏電保護的準確度，提高供電的安全性。

2.系統構成

系統由 SY3601 消弧與信號注入柜、分散式智能選漏綜合保護器（ZBT-11C(N)防越級綜合保護器，以下簡稱保護器）構成，保護器之間以及保護器與注入柜之間無需通訊連線，在地面任一變電所母線上接入一臺消弧與信號注入柜（該注入柜即可以在變電所室內安裝的，也可以在變電所戶外安裝的），配合智能選漏綜合保護器實現漏電保護。如果高壓供電系統是分列運行的，每個分列供電系統需安裝一臺 SY3601 消弧與信號注入柜。

智能選漏綜合保護器有兩種，一種是 ZBT-11C（N）防越級綜合保護器，一種是 SY3603 高開智能選漏保護終端。ZBT-11C（N）防越級綜合保護器內置了信號捕捉模塊和算法，可以在實現防越級保護的同時，配合消弧與信號注入柜實現基于外部信號的高壓智能選漏保護系統。

3.工作原理

當高壓供電系統發生單相接地時，消弧與信號注入柜與智能選漏綜合保護器配合實現高壓智能選漏保護系統。

3.1.消弧與信號注入柜的工作原理

SY3601 消弧與信號注入柜由接地變壓器、信號控制器、真空接觸器、信號發生器等部分構成。接地變構建了一個中性點。當系統出現單相接地時，信號控制器能夠立刻探測到系統發生了接地故障并控制真空接觸器投入信號發生器，在中性點與地之間投入消弧與信號注入部件（信號發生器），既是向系統注入診斷信號，也是一種消弧和過電壓抑制措施。當綜合保護器判斷出接地線路，切除接地故障線路后或延時時間到（該時間可整定，一般為 1秒），信號控制器控制真空接觸器斷開信號發生器。如果由于某種原因，綜合保護器沒有切除接地故障線路，信號控制器最長讓信號發生器投入 1 秒鐘自動斷開真空接觸器，斷開信號發生器。

3.2.漏電保護

智能選漏綜合保護器也一直在檢測系統是否有接地發生，當檢測到有單相接地發生時，保護器立即啟動信號檢測和相應算法，計算出的信號結果與設定定值比較，接地線路的計算值大于定值，非接地線路的計算值遠遠小于定值。當計算值大于整定值時，保護器動作切除接地線路，系統恢復正常。

4.SY3601 消弧與信號注入柜主要技術指標

1) 額定工作電壓 6kv（10kv）

2) 接地變額定功率：15kva

3) 診斷信號大小：5A（10A）

4) 診斷信號注入最大時間：1~3 秒（可整定）

5.ZBT-11C(N)防越級綜合保護器的主要功能

5.1. 保護功能

1) 防越級保護（級聯縱差、母線差動、智能后備）/速斷保護

2) 三段式過電流保護（短路保護、過流保護、過載保護）

3) 三種國際標準反時限過流保護

4) 三段式常規漏電保護/診斷信號法漏電保護（可設置）

5) 過電壓保護

6) 低電壓保護

7) 兩段式負序過流保護（斷相、不平衡、反轉保護）

8) 風瓦電遠程斷電保護

9) 電纜絕緣完好性監視保護

10) 保護動作閉鎖合閘

5.2. 測量功能

1) Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca、U0、 Ia、Ic、I0、 P、Q、Cos￠

2) 有功電量、無功電量（0.5 級）、分時段峰平谷電度的高精度計量

5.3. 信號功能

1) 開關分合位置、小車位置信號、彈簧儲能監視

2) 各類保護動作信號

5.4. 自動化功能

1) 聯網通訊

2) 事件記錄

3) 故障錄波

4) 開關遠控

5) 定值遠控

5.5. 技術參數及指標

1) 工作電源

額定電壓： 三相交流 100 V；

允許偏差： －20％～＋20％；

功 耗： < 20 W。

2) 電流保護元件

電流定值：0.2In～10In；

延時定值：0.01～60S；

定值誤差：不超過±5%。

3) 漏電保護元件

電流定值：0.02In～6In；

延時定值：0.01～60S；

定值誤差：不超過±5%。

4) 過(低)電壓保護元件

電壓定值：2～150V；

延時定值：0.01～20S；

定值誤差：不超過±5%。

5) 動作時間準確度

當延時在 0～2s 時，動作誤差不超過±0.05s；

當延時在 2～60s 時，動作誤差不超過±5％。

6) 測量精度

電壓：±1%；

電流：±1%；

有功及無功功率：±1%；

功率因數：±1%；

頻率：±0.01Hz；

遙信分辨率：≤ 2 ms。

6.SY3603 高開智能選漏保護終端

6.1. 保護功能

1) 診斷信號漏電 I 段保護

2) 診斷信號漏電 II 段保護

3) 診斷信號漏電 III 段保護

6.2. 自動化功能

1) 聯網通訊

2) 事件記錄

3) 保護信號指示與上傳

4) 故障錄波

5) 定值遠控

6.3. SY3603 技術參數及指標

1) 工作電源：

額定電壓：交流 100 V 或者交流 220V；

允許偏差：－20％～＋20％；

功 耗：< 15 W；

2) 保護整定范圍

漏電電流值：0.02In～4In；

零序電壓整定范圍：1V~120V；

時間整定范圍：0~60s.

3) 動作指標

保護動作時間：<30mS;

電流定值誤差：<±5%；

電壓定值誤差：<±5%；

時間定值誤差小于±5%。

4) 測量技術指標

電壓、電流：0.5 級；

7結束語

在施加診斷信號的同時，在接地回路中加入了短暫的消弧與電壓抑制措施，抑制弧光過電壓水平，降低弧光重燃的可能，保護電纜不被擊穿，同時，分散式漏電保護器通過對診斷信號的捕捉判斷，快速切除接地線路，恢復系統的正常運行。

作者簡介：曲春杰(1977- )，男，山東省東營市人，2002年畢業于山東科技大學機電一體化專業，大學本科，高級工程師，2006年主要從事于山東華星石油化工集團有限公司機電設備潤滑管理、維修工作。

參考文獻：

[1]陳振宇.考慮用戶偏好和設備特性的自動需求響應策略[J].南方電網技術，2017.

[2]盛萬興.自儲能型能量路由器研究[J].電網技術，2017.

[3]劉欣.基于諧波源注入的SAPF補償容量確定方法[J].電力系統保護與控制，2017.

[4]彭海平.智能變電站間隔層設備智能定檢作業系統的研究[J].電力系統保護與控制，2017.

[5]徐曉春.智能變電站二次設備檢修安措規則數據庫設計與實現[J].電力系統保護與控制，2017.