消弧系統(tǒng)引起10kV母線接地故障分析

張寶倉

【摘 要】電氣系統(tǒng)中最常見和最危險(xiǎn)的故障是各種短路。短路類型包括三相短路、兩相短路、接地兩相短路和接地單相短路。短路的概率因類型而異，許多統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，地面單相短路的數(shù)量占電力系統(tǒng)短路總數(shù)的75%以上。如果10kV母線因電弧抑制系統(tǒng)而發(fā)生接地故障，將嚴(yán)重影響變電站和配電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】消弧裝置;10 kV母線接地;諧振過電壓

2016年3月11日，某變電站新增10kv 916斷路器后，變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)頻繁接地10kv母線信號(hào)。信號(hào)每次持續(xù)約1秒后，系統(tǒng)恢復(fù)，監(jiān)測系統(tǒng)檢測到故障信息。916斷路器斷開后，10kv系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。檢查小電流接地選線裝置記錄的接地故障信息，發(fā)現(xiàn)只有10kv母線接地信息，沒有916線接地信息。

一、瞬間暫態(tài)特征的接地選線原理

當(dāng)消弧線圈處于臨界補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，故障線零序接地電流最終降至零。當(dāng)消弧線圈處于過補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，故障線零序接地電流補(bǔ)償后最終變?yōu)榉€(wěn)態(tài)值，故障線零序接地電流由流向總線變?yōu)榱飨蚓€。從上面的分析，可以看出目前滅弧線圈接地系統(tǒng)單相接地的，最重要的故障特征，斷層線的零序電流對線路的零序電流，和斷層線的零序電流近似等于線路的零序電流的總和。只要通過不同的方法可靠地獲得單相接地力矩的上述故障特征，就可以判斷故障線。

二、案例分析

1.現(xiàn)場調(diào)查。經(jīng)檢查，10kv母線的接地信號(hào)由安裝在10kv一段母線電視機(jī)柜二次室內(nèi)的電壓監(jiān)測繼電器發(fā)出。信號(hào)原理圖如圖1所示。該繼電器與10kv第一節(jié)母線電視的開式三角形繞組相連接，根據(jù)本條例的要求設(shè)置為15v。測量發(fā)現(xiàn)10kv第一段母線開孔處的三角電壓一直波動(dòng)，最高電壓約為35v。判斷電壓監(jiān)控繼電器動(dòng)作正確，10kv母線接地信號(hào)電路正確。10kv母線的接地信號(hào)不是監(jiān)控系統(tǒng)的誤發(fā)，而是10kv系統(tǒng)的電壓波動(dòng)。

在調(diào)度應(yīng)用中，10kV消弧控制裝置停運(yùn)后，經(jīng)過l h觀測，10kV母線三相電壓和開VI三角電壓正常，不再發(fā)出10kV母線接地信號(hào)。

2.原因分析。變電站10kv系統(tǒng)配備廣州智能燈kd-xh消弧控制裝置。消弧線圈容量1000 kvar，最大補(bǔ)償電流165 A。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控測量10kv系統(tǒng)的電容電流。當(dāng)10kv系統(tǒng)對地電容變化時(shí)，即消弧控制裝置檢測到接地變壓器中性點(diǎn)電壓波動(dòng) 有變化，立即測量10kv系統(tǒng)測量完成后，10kv系統(tǒng)對地電容電流將自動(dòng)顯示在設(shè)備面板上，為10kv系統(tǒng)接地補(bǔ)償做好準(zhǔn)備。（1）KD-XH消弧控制裝置測量系統(tǒng)工作原理。KD-XH型消弧控制裝置測量系統(tǒng)如圖2所示，消弧線圈高短路阻抗變壓器式可控消弧線圈，控制器通過控制兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通角，從而控制消弧線圈電感0到額定阻抗之間的無級變化，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流從零到額定補(bǔ)償電流不同。

KD-XH型消弧控制裝置根據(jù)分銷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)零序回路圖，使用消弧線圈電感變化前后的中性點(diǎn)電流、電壓值，計(jì)算lO kV系統(tǒng)電容電流。等效零序環(huán)圖基爾霍夫方程：

（1）

該消弧裝置由可控硅導(dǎo)通角控制，改變消弧線圈的電抗值，然后改變滅弧線圈兩端的電壓Ju。與更改之前和之后兩個(gè)狀態(tài)方程，獲得五個(gè)分別通過中性接地變壓器安裝在電視和TA的消弧線圈結(jié)束測量（見圖2），以確保測量的準(zhǔn)確性，并考慮影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，控制在25—75 V之間（值）。

（2）

（3）

消弧控制裝置根據(jù)式（2）、式（3）在1 S內(nèi)計(jì)算出10 kV系統(tǒng)對地容抗。

（4）

當(dāng)KD—XH型消弧控制裝置檢測到接地變壓器中性點(diǎn)電壓波動(dòng)時(shí)，立即復(fù)歸裝置，然后測量電容電流。裝置的工作過程為：發(fā)送可控硅導(dǎo)通角 ，使消弧線圈的感抗與濾波回路的容抗相抵消，系統(tǒng)對外電抗為無窮大;測量 ，判斷其是否大于25 V，如果不是，則重新發(fā)送 ;發(fā)送第2個(gè)可控硅導(dǎo)通角 （ 的值是 的值減去測量步長設(shè)定值）;測量 ，判斷其是否大于25 V，如果不是，則再次循環(huán)這個(gè)步驟;直到 、 ：均大于25 v時(shí)，測量結(jié)束，根據(jù)得到的2個(gè)狀態(tài)方程，計(jì)算出10 kV系統(tǒng)電容電流值。零序電壓隨導(dǎo)通角變化波形如圖3所示。

（2）原因分析。①10kv 916斷路器運(yùn)行前，10kv系統(tǒng)的電容電流約為75a。消弧控制裝置的電容電流測試時(shí)，剛好錯(cuò)過了系統(tǒng)的諧振點(diǎn)，所以監(jiān)控系統(tǒng)沒有發(fā)送10kv母線的接地信號(hào)。②10kv 916斷路器投入運(yùn)行，消弧控制裝置在測量電容電流過程中，通過改變晶閘管導(dǎo)通角，逐步降低消弧線圈電抗值，以獲取滿足電容電流計(jì)算所需的以 、 。如果此時(shí)測量得到的 大于75 V，不滿足消弧控制裝置計(jì)算系統(tǒng)容抗的要求，裝置會(huì)繼續(xù)減小可控硅導(dǎo)通角，使消弧線圈電抗減小，并逐步偏離系統(tǒng)諧振點(diǎn)，直到測出符合要求的 測試結(jié)束，裝置自動(dòng)計(jì)算出系統(tǒng)電容電流。③10 kV YJV22—3x300型電纜的額定電流約為2.33 A/km，該變電站10 kV系統(tǒng)電容電流估算值為34.149x2.33=79.57 A，現(xiàn)場實(shí)測值為83.2 A，而消弧控制裝置顯示值為82.5 A，3個(gè)數(shù)據(jù)接近，證明消弧控制裝置測試的電容電流值正確。根據(jù)以上分析認(rèn)為，由于KD—XH消弧控制裝置的測量步長設(shè)置不合理，使改變后的消弧線圈感抗值接近或等于10 kV系統(tǒng)容抗值，引起10 kV系統(tǒng)發(fā)生諧振，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)頻發(fā)10 kV母線接地信號(hào)。

3.現(xiàn)場改進(jìn)措施。調(diào)整裝置內(nèi)部參數(shù)設(shè)置后，經(jīng)觀察，0.5 h內(nèi)系統(tǒng)監(jiān)測電壓3玩波動(dòng)9次，每次裝置均能計(jì)算出10 kV系統(tǒng)電容電流，未發(fā)生10 kv系統(tǒng)3 大幅度波動(dòng)情況，監(jiān)控系統(tǒng)也未再發(fā)10 kV母線接地告警信號(hào)。

KD—XH型消弧控制裝置測量步長定值的調(diào)整功能設(shè)置在裝置內(nèi)部，需要生產(chǎn)廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行修改，由此造成故障消除時(shí)間長，且浪費(fèi)生產(chǎn)廠家人力資源。由于該故障處理方法比較簡單，建議生產(chǎn)廠家改進(jìn)裝置程序，將測量步長值的調(diào)整功能放人人機(jī)操作界面，由繼電保護(hù)維護(hù)人員根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式和現(xiàn)場實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行修改，從而達(dá)到縮短故障消除時(shí)間和節(jié)約人力資源的目的。

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（作者單位：陜西有色榆林新材料集團(tuán)有限責(zé)任公司）