主動(dòng)干預(yù)保安消弧裝置故障選線及消除方法

國(guó)網(wǎng)舟山供電公司 楊海波 姜 鵬 李士國(guó) 王 維

隨著電網(wǎng)電纜化率的提高，系統(tǒng)電容電流和諧波電流不斷增大，發(fā)生單相接地故障時(shí)消弧線圈往往不能有效熄滅電弧，可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大，引發(fā)火災(zāi)和人身傷害等災(zāi)難性后果。另外小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的故障信號(hào)小且接地故障點(diǎn)狀態(tài)復(fù)雜，故障選線準(zhǔn)確率低和故障定位困難，難以利用現(xiàn)有配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單相接故障地區(qū)域的自動(dòng)快速隔離和恢復(fù)供電。

針對(duì)3～35kV 小電流接地配電系統(tǒng)存在的這些問(wèn)題，主動(dòng)干預(yù)保安消弧裝置綜合使用了多種單相接地故障處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種復(fù)雜單相接地故障的智能化處理，可自動(dòng)快速清除臨時(shí)性單相接地故障，使系統(tǒng)恢復(fù)正常；在配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，可將復(fù)雜且不穩(wěn)定的單相接地故障狀態(tài)安全、平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換成無(wú)電弧金屬性單相接地方式繼續(xù)安全供電一段時(shí)間，將突發(fā)性停電事故轉(zhuǎn)換成用戶可預(yù)期的停電。由于能準(zhǔn)確完成單相接地故障選線和定位并將故障相電位固定在地電位上，對(duì)一些易處理的故障甚至可不停電完成修復(fù)，這樣就可充分發(fā)揮出小電流接地配電系統(tǒng)供電可靠性高的優(yōu)越性。即便是希望對(duì)永久性單相接地故障實(shí)現(xiàn)快速跳閘、隔離故障支路，主動(dòng)干預(yù)保安消弧裝置也能提供足夠啟動(dòng)配網(wǎng)自動(dòng)化的零序電流信號(hào)，與處理短路事故一樣來(lái)實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離和恢復(fù)供電[1]。

1 裝置功能介紹

1.1 技術(shù)參數(shù)

本裝置適用于3～35kV 中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的配網(wǎng)系統(tǒng)，型號(hào)ZNJD-12，額定電壓12kV，額定電流630A，額定頻率50Hz，出廠日期2018年6月，安徽一天電氣技術(shù)股份有限公司、國(guó)網(wǎng)陜西電力科學(xué)研究院制造。

1.2 裝置功能

線路發(fā)生瞬時(shí)性單相接地，裝置會(huì)自動(dòng)復(fù)歸并記錄相關(guān)接地信息，如發(fā)生永久性單相接地裝置會(huì)告知接地的線路，由配網(wǎng)監(jiān)控進(jìn)行試?yán)⒃谶h(yuǎn)方分別對(duì)消弧裝置控制器和消弧裝置選線控制器進(jìn)行復(fù)歸，如試?yán)徽_消弧裝置將不再動(dòng)作，依據(jù)別的方式對(duì)接地線路進(jìn)行判斷試?yán)?，待母線電壓恢復(fù)正常3秒后，消弧裝置會(huì)自動(dòng)判別并再次投入工作[2]。

故障識(shí)別：系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，裝置根據(jù)采集到的相對(duì)地電壓、零序電壓變化范圍快速準(zhǔn)確地識(shí)別故障相；故障處理：系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，裝置能在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)軟開(kāi)關(guān)將故障相直接接地，熄滅接地電弧，限制弧光接地過(guò)電壓，并根據(jù)故障點(diǎn)的性質(zhì)判定并以不同的方式處理瞬時(shí)性接地故障和永久性接地故障，同時(shí)輸出信號(hào)供用戶使用。

選線和定位：采用瞬時(shí)零序電流倍增選線原理放大接地故障支路的零序電流信號(hào)，可快速準(zhǔn)確地選出故障線路并在面板上給出故障信號(hào)。有利于沿線配置的常規(guī)FTU、DTU 和故障指示器實(shí)現(xiàn)單相接地故障定位。要實(shí)現(xiàn)高阻接地故障時(shí)的故障定位需用在沿線配置的常規(guī)FTU，DTU 和故障指示器中加裝能識(shí)別高阻接地選線信號(hào)的智能接地預(yù)處理器。

暫態(tài)電壓在線監(jiān)測(cè)：可選配暫態(tài)電壓在線監(jiān)測(cè)功能。由于采用不同于傳統(tǒng)電磁式電壓互感器的寬頻電子電壓傳感器和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并采用無(wú)間斷數(shù)據(jù)采集、事件觸發(fā)記錄的“黑匣子”運(yùn)行方式，可對(duì)系統(tǒng)電壓及其諧波、電壓閃變、弧光過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓、操作過(guò)電壓等暫態(tài)和瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、定時(shí)記錄、報(bào)警，供用戶分析系統(tǒng)的工作狀態(tài)及判斷故障原因[3]；其他功能：運(yùn)行監(jiān)測(cè)、越限告警、事件記憶、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)處等。

2 裝置工作以原理

2.1 基本原理

主動(dòng)干預(yù)消弧裝置柜內(nèi)配置分相合閘開(kāi)關(guān)，主動(dòng)消弧裝置控制器可自動(dòng)判別出線接地相別，在變電站內(nèi)進(jìn)行同相別主動(dòng)接地，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)移接地點(diǎn)，從而使接地故障點(diǎn)電流幾乎消失，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)滅弧目的。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，智能接地裝置進(jìn)行自動(dòng)消弧、選線，彈出故障報(bào)告，記錄故障信息并上傳給監(jiān)控后臺(tái)。故障信息包括故障發(fā)生時(shí)間、故障時(shí)三相電壓、零序電壓、故障支路編號(hào)、系統(tǒng)電容電流等。智能接地裝置為全自動(dòng)控制，用戶無(wú)需手動(dòng)干預(yù)。對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障，裝置處理完成后系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；對(duì)于永久性單相接地故障裝置進(jìn)行選線、處理，故障排除后，需進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程復(fù)歸裝置。智能接地裝置的復(fù)歸控制、投退控制、位置信號(hào)、測(cè)量信號(hào)、故障信息、裝置故障、裝置失電等，均通過(guò)軟報(bào)文通訊或硬遙信方式傳到變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2 動(dòng)作流程

智能接地裝置由下列主要元件構(gòu)成：消弧軟開(kāi)關(guān)（由故障相接地開(kāi)關(guān)K1、K2、K3和接地軟開(kāi)關(guān)K4、過(guò)渡電阻R 構(gòu)成），帶阻抗接地變壓器JDB 及其投切三相一體式接觸器K5、主控制器等（圖1）。

圖1 智能接地裝置一次接線原理圖

智能接地裝置的控制器通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)母線三相電壓和零序電壓，可迅速發(fā)現(xiàn)智能接地裝置覆蓋的零序系統(tǒng)范圍內(nèi)發(fā)生的單相接地故障并判明故障相別。為盡快熄滅電弧以避免危害升級(jí)，智能接地裝置控制故障相開(kāi)關(guān)（K1或K2或K3）經(jīng)過(guò)渡電阻R合后再通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)K4將故障相金屬性接地（通過(guò)對(duì)流過(guò)過(guò)渡電阻R 的電流和相關(guān)量的監(jiān)測(cè)，確認(rèn)選相正確后閉合開(kāi)關(guān)K4將故障相金屬接地；若選相錯(cuò)誤，則打開(kāi)已閉合的相別開(kāi)關(guān)，重新選相并完成動(dòng)作），熄滅接地電弧并轉(zhuǎn)移故障點(diǎn)電流，保護(hù)故障點(diǎn)防止出現(xiàn)事故擴(kuò)大化。

經(jīng)短暫延時(shí)后（預(yù)設(shè)時(shí)間為10秒，用戶可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)改設(shè)），三相一體式接觸器K5閉合，投入接地變壓器JDB，延時(shí)50毫秒后，先開(kāi)關(guān)K4斷開(kāi)投入過(guò)渡電R 再斷開(kāi)故障相接地開(kāi)關(guān)（K1或K2或K3），并判斷是否再次出現(xiàn)單相接地故障，如若沒(méi)有出現(xiàn)則表明這是一次瞬時(shí)性單相接地故障，記錄事件，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；若是單相接地故障再現(xiàn)則表明這是一次永久性單相接地故障。同時(shí)智能接地裝置發(fā)出瞬時(shí)選線零序電流，完成選線后接地故障相軟開(kāi)關(guān)重新閉合，進(jìn)入單相接地安全供電模式持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間或與常規(guī)繼電保護(hù)配合實(shí)現(xiàn)單相接地故障的快速隔離和轉(zhuǎn)供電[3]。

2.3 裝置特點(diǎn)

選相的容錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。通過(guò)檢測(cè)流過(guò)過(guò)渡電阻R 的電流和相關(guān)量，可快速判明單相接地故障選相動(dòng)作的正確性。如若出現(xiàn)選相錯(cuò)誤，由于過(guò)渡電阻R 的限流作用，線間電流小于200安培會(huì)造成母線相間短路，即具有選相容錯(cuò)能力；此后可將合錯(cuò)相別的接地開(kāi)關(guān)分?jǐn)嘀匦逻x相，即為選相糾錯(cuò)能力?？杀苊庖蜻x相錯(cuò)誤而造成的系統(tǒng)母線相間短路事故。

快速準(zhǔn)確的故障選線和定位。主控器采用DSP處理技術(shù)、交流模擬信號(hào)數(shù)字傳輸技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，通過(guò)短時(shí)投入帶阻抗接地變壓器的方式增大故障點(diǎn)接地電流信號(hào)，與智能接地預(yù)處理器配合，可準(zhǔn)確選出1500歐姆以下的高過(guò)渡電阻接地的故障線路。同時(shí)可幫助配置在沿線的FTU、DTU 和故障指示器提高單相接地故障定位能力。

有效的故障處理。消弧軟開(kāi)關(guān)的過(guò)渡電阻對(duì)高頻弧光電流的幅值限制和衰減，避免了高頻電流對(duì)故障點(diǎn)的進(jìn)一步破壞和對(duì)二次設(shè)備的電磁干擾，可實(shí)現(xiàn)快速有效消弧；過(guò)渡電阻和帶阻抗接地變壓器的短時(shí)投入，為系統(tǒng)提供了低阻抗零序電流通道，解決了在接地故障恢復(fù)，故障相接地開(kāi)關(guān)斷開(kāi)過(guò)程中造成的系統(tǒng)中性點(diǎn)低頻振蕩。

3 設(shè)備運(yùn)行方式及操作

3.1 運(yùn)行方式

智能接地裝置內(nèi)無(wú)單獨(dú)電壓互感器，裝置采用原系統(tǒng)母線PT 信號(hào)且不需對(duì)原有母線PT 進(jìn)線改造，故障開(kāi)始和恢復(fù)時(shí)，智能接地裝置通過(guò)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和接地變的投切有效抑制PT 勵(lì)磁涌流，從而起到有效保護(hù)母線PT 作用；10kV 段母線并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，只要母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置接到了其中的一臺(tái)智能接地裝置，兩套裝置可并聯(lián)運(yùn)行、也可退出一套裝置。

智能接地裝置設(shè)置“復(fù)歸”、“復(fù)位”控制，“復(fù)歸”控制使合上的接地開(kāi)關(guān)分開(kāi)，“復(fù)位”控制裝置控制重新啟動(dòng)；智能接地裝置投運(yùn)后老消弧線圈系統(tǒng)可以不退出運(yùn)行，智能接地裝置可和站內(nèi)原有消弧線圈并列運(yùn)行，消弧線圈不僅不會(huì)影響智能接地裝置判相和選線，還有助于智能接地裝置高阻的識(shí)別能力；選用接地線纜絕緣應(yīng)滿足10kV 輸電纜絕緣水平及電流載流能力，接地連接點(diǎn)用接地箱，用金屬網(wǎng)圍欄包圍并標(biāo)注文字“消弧接地，嚴(yán)禁斷開(kāi)”。

3.2 運(yùn)行操作

兩套智能接地裝置既隨母線單獨(dú)運(yùn)行也可并列運(yùn)行，兩段母線經(jīng)分段開(kāi)關(guān)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其中一臺(tái)智能接地裝置收到母聯(lián)閉合位置時(shí)自動(dòng)閉鎖本臺(tái)裝置；10kV 統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)3U0告警信號(hào)后，由于本主動(dòng)干預(yù)型消弧裝置采用主動(dòng)接地旁路原理，故在試?yán)_(kāi)關(guān)查找接地點(diǎn)過(guò)程中不管是否正確隔離了接地點(diǎn)3U0并不自動(dòng)消失，需手動(dòng)或遙控復(fù)歸主動(dòng)接地消弧裝置，使主動(dòng)接地的分相開(kāi)關(guān)斷開(kāi)以檢查3U0告警是否消失，但如故障點(diǎn)依存在，本裝置又會(huì)主動(dòng)選相動(dòng)作接地，在試?yán)^(guò)程中操作復(fù)雜且存在故障點(diǎn)電弧重燃、熄滅等反復(fù)出現(xiàn)。對(duì)于裝置的“復(fù)歸”，執(zhí)行誰(shuí)拉路、誰(shuí)復(fù)歸原則；主動(dòng)干預(yù)型消弧裝置動(dòng)作，系統(tǒng)恢復(fù)正常后3日內(nèi)檢修單位調(diào)取、記錄、整理現(xiàn)場(chǎng)裝置動(dòng)作報(bào)告。

4 故障處置

4.1 系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，智能接地裝置進(jìn)行自動(dòng)消弧、選線，彈出故障報(bào)告，記錄故障信息并上傳給監(jiān)控后臺(tái)。故障信息包括故障發(fā)生時(shí)間、故障時(shí)三相電壓、零序電壓、故障支路編號(hào)、系統(tǒng)電容電流、選線脈沖電流等。智能接地裝置為全自動(dòng)控制，用戶無(wú)需手動(dòng)干預(yù)。對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障，裝置處理完成后系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；對(duì)于永久性單相接地故障裝置進(jìn)行選線、處理。故障排除后可進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程復(fù)歸。

4.2 發(fā)生接地故障后調(diào)度、運(yùn)檢等專業(yè)處置

調(diào)控中心：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時(shí)，故障相真空斷路器動(dòng)作合閘，5s（可設(shè)）后自動(dòng)打開(kāi)重新判斷，若故障消失，系統(tǒng)恢復(fù)正常；若接地故障還在，故障相真空斷路器再次動(dòng)作合閘；等待人工處理故障后手動(dòng)復(fù)歸裝置。發(fā)生接地故障后調(diào)度根據(jù)選線結(jié)果拉路查找接地點(diǎn)，拉路過(guò)程中根據(jù)主動(dòng)干預(yù)型消弧裝置特點(diǎn)順序復(fù)歸主動(dòng)干預(yù)型消弧裝置，檢查3U0告警是否消失，復(fù)歸成功，系統(tǒng)恢復(fù)正常。若接地故障還在（選線錯(cuò)誤），接地相真空斷路器繼續(xù)合閘，復(fù)歸失敗，則需人工依次拉路選線后并復(fù)歸消弧柜，直至找到故障線路并復(fù)歸成功[4]。

10千伏線路設(shè)備主人單位：根據(jù)調(diào)控指令完成相關(guān)故障線路故障點(diǎn)查找并匯報(bào)調(diào)控；變電運(yùn)檢中心：如設(shè)備工作正常則無(wú)需操作與巡視，否則將異常的主動(dòng)干預(yù)型消弧裝置轉(zhuǎn)檢修狀態(tài)并做好檢修安全措施，待電網(wǎng)接地消失系統(tǒng)恢復(fù)正常后，3日內(nèi)去現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取裝置內(nèi)部報(bào)告、錄波文件及后臺(tái)機(jī)有關(guān)序列報(bào)文。

5 結(jié)語(yǔ)

主動(dòng)干預(yù)保安消弧裝置是一種新型的智能選線裝置，該裝置綜合使用了多種單相接地故障處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種復(fù)雜單相接地故障的智能化處理，并能自動(dòng)快速地消除瞬時(shí)性單相接地故障，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了單相接故障地區(qū)域的自動(dòng)快速隔離和恢復(fù)供電。