小電流接地故障管理系統(tǒng)及其應用

王勇 邢柳

摘 要：隨著經(jīng)濟和科技水平的快速發(fā)展，為維持供電系統(tǒng)的可靠性，大都采用中性點經(jīng)消弧線圈或高電阻接地的形式，這種接地方式稱之為小電流接地。在小電流接地形式下，若發(fā)生單相接地，系統(tǒng)線電壓仍然可以三相對稱運行而不影響下側用戶各設備的正常工作，其供電方式的可靠性優(yōu)于中性點直接接地供電系統(tǒng)，但這種非直接接地的方式也會給系統(tǒng)的安全運行帶來一定的威脅。為此，以下筆者據(jù)多年從事電氣運行和檢修維護作業(yè)的經(jīng)驗，談談小電流接地系統(tǒng)的常見故障、故障處理以及其固有缺陷，并對小電流接地故障管理系統(tǒng)及其應用簡介。

關鍵詞：小電流接地;常見故障;固有缺陷;單相接地故障管理系統(tǒng)

引言

小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理技術早已備受廣大學者關注，近年來其技術發(fā)展快速。首先論述了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障問題及其快速處理的必要性。為了研究小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線問題，本文提出了基于暫態(tài)量的小波分析法。故障電流中暫態(tài)信息量可被利用的有效成分較多，利用小波變換對信號的精確分析，通過比較各條線路故障零序電流經(jīng)小波變換后信號的模極大值大小以及極性來實現(xiàn)故障選線。

1小電流接地系統(tǒng)常見故障

1）發(fā)生一相（如A相）完全接地，接地相電壓降至0，正常相電壓升高，電壓互感器開口三角處出現(xiàn)100V的電壓值，選線系統(tǒng)發(fā)出報警信號，實際生產(chǎn)中這種情況較為少見。絕大部分接地為不完全接地（如高電阻、電弧等），若發(fā)生這類接地故障，故障相電壓值會據(jù)接地情況不同而發(fā)生變化，非故障相電壓也會依據(jù)情況而變，此時系統(tǒng)中消弧線圈會產(chǎn)生容性電流進行補償，若電纜絕緣不能恢復，則會被再次擊穿，如此反復，甚至引起相間短路，導致事故擴大化。2）測量元件故障所引起的接地故障，多見于電壓互感器斷線或熔斷件熔斷等，此時故障相電壓有所降低，其他相的電壓為相電壓，電壓互感器三角處會有一個35V的電壓值去啟動繼電器，發(fā)出接地報警，此時只要對測量用互感器進行檢修或更換熔斷件即可處理。3）溫度高環(huán)境溫度過高導致小電流故障定位裝置過熱，造成故障定位功能失敗，裝置無法定位出故障區(qū)段。為保險起見，小組對裝置在現(xiàn)有最高溫度下進行小電流故障定位功能驗證。試驗溫度取35℃，使裝置XHK-II與XJ-200在此溫度下連續(xù)運行72h，驗證小電流接地故障能否正確動作。每臺裝置進行25次試驗，隨機選取5個通流間隔，每個間隔接連進行5次重復，促使小電流接地故障定位的裝置發(fā)熱。經(jīng)試驗，高溫環(huán)境下，小電流故障定位的裝置可正常識別故障間隔，故障定位正確。因此，小組確認環(huán)境溫度過高為非要因。

2小電流接地故障的處理

2.1利用接地選線裝置自動選線技術

該技術的基本原理是在變電站高壓配電網(wǎng)母線側安裝專門的小電流接地選線裝置，出線側配置零序TA，當配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障時，小電流接地選線裝置利用判別算法檢測故障信息，一般情況下只發(fā)出單相接地故障信號，不會跳閘;選出接地線路后由調控值班員通知運維人員查線排除故障。理論上講，若小電流接地選線裝置能100%準確選出接地線路，那么采用此項技術處理單相接地故障準確率也是100%，而且具有對用戶不停電的特點。當前接地選線技術的發(fā)展主要集中在單相接地故障檢測方法研究上。基于單相接地時故障的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)信號特征，選線算法可分為穩(wěn)態(tài)選線法、暫態(tài)選線法，隨著先進技術的發(fā)展，近些年來又出現(xiàn)了綜合選線法等，穩(wěn)態(tài)選線法主要有：零序電流幅值比較法、零序電流方向法、諧波法、零序電流有功方向法、負序電流法、注入信號法;暫態(tài)信號法主要有：暫態(tài)零模電流幅值與極性比較法、暫態(tài)零模電流方向法、暫態(tài)行波法、小波法、暫態(tài)能量法等。受接地方式及單相接地故障類型的影響，各種選線技術均具有各自特點。①由于行業(yè)缺乏相應的檢測規(guī)程及有關運維規(guī)范標準，導致市場上選線裝置生產(chǎn)廠家參差不齊，產(chǎn)品質量難以得到有效保障。②零序TA選型、極性錯誤，電纜屏蔽線未穿過零序TA等安裝調試過程中存在的問題。③供電部門對選線裝置重視程度及運維管理缺乏重視性，以至于選線裝置成為了變電站“設備擺設”。指出小電流接地故障選線問題目前從技術上已經(jīng)得到了解決，中電阻法與暫態(tài)法的故障選線成功率能達到90%甚至95%以上，能滿足現(xiàn)場實際要求，但仍有許多工作要做。

2.2小波的奇異性檢測原理與選線判據(jù)

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相故障時，故障電流會突然發(fā)生改變，故障電流的突變應成為奇異性。對于突變的信號，小波變換能敏銳的捕捉到信號劇烈變化的特征信息，將信號中的奇異點投影在小波域中，經(jīng)分析變換得小波變換系數(shù)的模極值點。因此，原始信號的突變的強弱程度也能根據(jù)模極大值的大小反應出來，即在奇異點處系數(shù)擁有模極大值，就暫態(tài)故障分析而言，故障發(fā)生的時間點處就是該極大值出現(xiàn)的時間。小波變換的模極大值點與原始信號突變點相對應，本文選線的基本原理就是基于此。故障發(fā)生瞬間電流會突然發(fā)生改變，此時所有非故障線路暫態(tài)零序電流突變的極性相同且與故障線路相反。利用小波奇異性檢測理論對各條線路故障信號進行小波變換，然后將經(jīng)小波變換后信號的模極大值大小和極性進行比較和分析。

2.3單相接地故障管理系統(tǒng)的特點及功能

MXJD單相接地故障管理系統(tǒng)綜合了中性點不接地系統(tǒng)和中性點有效接地系統(tǒng)兩者的優(yōu)點，既具備中性點不接地系統(tǒng)的用電可靠性，又解決了弧光過電壓對系統(tǒng)帶來的安全隱患。另外，MXJD單相接地故障管理系統(tǒng)主控制器采用DSP技術，反應速度可提至20ms以內，可控硅的導通時間僅為工頻的半個周波，采用的相控原理對供電系統(tǒng)毫無影響，且其使用簡單、安全可靠性高，可以從站內直流系統(tǒng)直接接220V、110V、48V、24V電源使用;對于不同用戶，可以采取不同的工作方式，讓觸點消弧和消弧線圈互相配合，有效提高供電質量;另外，由于其能瞬時放大接地電流信號，其自身準確率也得到大幅提升，且在系統(tǒng)有故障發(fā)生時可以對電壓值進行全過程監(jiān)測。MXJD單相接地故障管理系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能較為全面，其主要功能有金屬接地告警、弧光接地動作、低電壓告警、過電壓告警、電壓不平衡告警、PT斷線自診斷、控制器異常管理等;此外，其自身具有的記錄追憶功能還可以保存32個動作、32個事件、16個錄波，并不會因掉電或復位而消失，從而可很好地滿足用戶定位查找事故原因的需要。

結語

如果能找到一種中性點接地方式，既能發(fā)揮中性點不接地方式和諧振接地的優(yōu)勢，又能解決弧光接地過電壓和單相接地故障選線技術帶來的難題，這大大有利于提高配電網(wǎng)運行的安全性和可靠性。因此，以開關投切控制系統(tǒng)中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地之間的切換為基礎，對系統(tǒng)在靈活接地方式下的運行性能和單相接地故障處理及控制方法進行研究和探討。選線方法準確性高，實現(xiàn)簡便，成本可控，實用性好，不影響現(xiàn)場運行的可靠性和安全性;接入消弧線圈后能夠充分發(fā)揮消弧線圈的補償效果，減少接地故障電流，熄滅接地弧光。通過對小電流靈活接地系統(tǒng)進行仿真和分析，結果表明，基于小電流靈活接地的單相接地故障處理方法是切實可行的。

參考文獻：

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