消弧線圈接地系統(tǒng)小電流接地選線

1、消弧線圈接地系統(tǒng)小電流接地選線    摘要：該文在消弧線圈接地系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，指出了不能用傳統(tǒng)的零序電流、零序功率方向選線原理來判別故障線路，同時(shí)介紹了消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地的幾種選線方法，并從運(yùn)行維護(hù)的角度提出了需注意的問題。 關(guān)鍵詞：消弧線圈 接地選線 1 選線原理 絕緣監(jiān)察裝置。絕緣監(jiān)察裝置利用接于公用母線的三相五柱式電壓互感器，其一次線圈均接成星形，附加二次線圈接成開口三角形。接成星形的二次線圈供給絕緣監(jiān)察用的電壓表、保護(hù)及測(cè)量?jī)x表。接成開口三角形的二次線圈供給絕緣監(jiān)察繼電器。系統(tǒng)正常時(shí)，三相電壓正常，三相電壓之和為零，開口三角形的二

2、次線圈電壓為零，絕緣監(jiān)察繼電器不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，開口三角形的二次端出現(xiàn)零序電壓，電壓繼電器動(dòng)作，發(fā)出系統(tǒng)接地故障的預(yù)告信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是投資小，接線簡(jiǎn)單、操作及維護(hù)方便。其缺點(diǎn)是只發(fā)出系統(tǒng)接地的無選擇預(yù)告信號(hào)，不能準(zhǔn)確判斷發(fā)生接地的故障線路，運(yùn)行人員需要通過推拉分割電網(wǎng)的試驗(yàn)方法才能進(jìn)一步判定故障線路，影響了非故障線路的連續(xù)供電。 零序電流原理。在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障線路零序電流的大小等于本線路的接地電容電流。故障線路零序電流的大小等于所有非故障線路的零序電流之和，也就是所有非故障線路的接地電容電流之和。通常故障線路的零序電流比非故障線路零序電流大得多，利用這

3、一原則，可以采用電流元件區(qū)分出接地故障線路。 零序功率原理。在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障線路的零序電流超前零序電壓90°，故障線路的零序電流滯后零序電壓90°，故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流相位相差180°。根據(jù)這一原則，可以利用零序方向元件區(qū)分出接地故障線路。 2 消弧線圈接地系統(tǒng)的特點(diǎn) 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，配網(wǎng)規(guī)模日漸擴(kuò)大，電纜出線日漸增多，系統(tǒng)對(duì)地電容電流急劇增加，接地弧光不易自動(dòng)熄滅，容易產(chǎn)生間隙弧光過電壓，進(jìn)而造成相間短路，使事故擴(kuò)大。為了防止這種事故，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣

4、配合規(guī)定；310 kV架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35 kV、66 kV電網(wǎng)，當(dāng)單相接地故障電流大于10 A時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈，310 kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流大于30 A時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。根據(jù)這一規(guī)定，潮州供電分公司對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，采取中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，但是造成了采用零序電流原理、零序功率方向原理的接地選線裝置的選線正確率急劇下降。其原因是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，電容電流分布的情況與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)不一樣了，如圖1所示。 由圖1可知，中性點(diǎn)接入消弧線圈后，發(fā)生單相接地時(shí)，非故障線路電容電流的大小和方向與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)是一樣的；但對(duì)故障線

5、路而言，接地點(diǎn)增加了一個(gè)電感分量的電流ILo從接地點(diǎn)流回的總電流為： 由于與的相位相差180埃 將隨消弧圈的補(bǔ)償程度而變，因此，故障線路零序電流的大小及方向也隨之改變。 當(dāng)全補(bǔ)償時(shí)，即，接地電流接近于零，故障線路零序電流等于線路本身的電容電流，方向由母線流向線路，零序功率方向與非故障線路完全相同。 全補(bǔ)償時(shí)，wL = 1/3wC，正是工頻串聯(lián)諧振的條件，如果由于系統(tǒng)三相對(duì)地電容不對(duì)稱或者斷路器三相不同期合閘時(shí)出現(xiàn)零序電壓，串接于L及3C之間，串聯(lián)諧振將導(dǎo)致電源中性點(diǎn)對(duì)地低壓升高及系統(tǒng)過電壓，因而不采用這種補(bǔ)償方式。 當(dāng)欠補(bǔ)償時(shí)，即分兩種情況： 如果補(bǔ)償以后的接地電流大于本身線路電容電流，且方向

6、由線路流向母線，故障線路零序電流將減少。 如果補(bǔ)償以后的接地電流小于本身線路電容電流，故障線路零序電流不但大小變化，且方向也變?yōu)橛赡妇€流向線路。 上述情況表明，在欠補(bǔ)償方式下，故障線路零序電流(功率)的方向是不固定的。同時(shí)，考慮到因運(yùn)行方式變化，系統(tǒng)電容電流IC減少時(shí)，有可能又出現(xiàn)串聯(lián)諧振。因此，這種補(bǔ)償方式很少采用。 當(dāng)過補(bǔ)償時(shí)，即，這種補(bǔ)償方式?jīng)]有發(fā)生過電壓的危險(xiǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用，采用過補(bǔ)償后，通過故障線路保護(hù)安裝處的電流為補(bǔ)償以后的感性電流，它與零序電壓的相位關(guān)系和非故障線路電容電流與零序電壓的相位關(guān)系相同，數(shù)值也和非故障線路的容性電流相差無幾，因此不接地系統(tǒng)中常用的零序電流選線原

7、理和零序功率方向選線原理已不能采用。 3 接地選線原理比較 (1) 插入有效電阻法。發(fā)生接地故障時(shí)，在消弧線圈上短時(shí)并上一個(gè)有效電阻，使接地點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)有功分量電流，再利用此有功分量電流作為選線依據(jù)，經(jīng)一定延時(shí)后，再把電阻切除。只要電阻選擇合適，就能使接地點(diǎn)的有功分量電流足夠大，從而達(dá)到選線的目的。 (2) 5次諧波原理。在電力系統(tǒng)中，電源感應(yīng)電勢(shì)中本身就存在高次諧波分量，此外由于變壓器、電壓互感器等設(shè)備鐵心非線性的影響，電網(wǎng)中必然包含一系列高次諧波分量，其中主要為5次諧波分量。對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，由于消弧線圈對(duì)5次諧波呈現(xiàn)的感抗為基波的5倍，而線路容抗為基波1/5，和線路容抗相比，消

8、弧線圈近似于開路狀態(tài)。因此，5次諧波感性電流可以忽略，系統(tǒng)單相接地時(shí)，5次諧波容性電流分布與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中基波容性電流幾乎相同，籍此可進(jìn)行故障選線。 (3) 首半波原理。該原理是基于接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值這一假設(shè)，利用單相接地瞬間，故障線路暫態(tài)零序電流第1個(gè)周期的首半波與非故障線路相反的特點(diǎn)構(gòu)成。暫態(tài)電容電流中包括自由分量和強(qiáng)制分量，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 在相電壓接近最大值瞬間單相接地過程中，暫態(tài)電容電流比流過消弧線圈的暫態(tài)電感電流大很多，暫態(tài)電感電流可忽略不計(jì)。因此，在同一電網(wǎng)中，即使中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，其過渡過程與中性點(diǎn)不接地情況下近似相同。 故障線路暫態(tài)零序電流和暫態(tài)零序電

9、壓首半波方向相反。非故障線路暫態(tài)零序電流和暫態(tài)零序電壓首半波方向相同。 首半波電容電流幅值比穩(wěn)態(tài)電容電流大幾倍到幾十倍，對(duì)總線路長(zhǎng)度較短的系統(tǒng)，暫態(tài)過程更加明顯。 由上述特點(diǎn)可知，對(duì)短線路而言，其穩(wěn)態(tài)電容電流小，暫態(tài)電容電流大，該原理比其它各類反映接地穩(wěn)態(tài)量的原理靈敏度高，對(duì)單相接地反應(yīng)迅速。 (4) 注入信號(hào)尋蹤法。該原理是通過運(yùn)行中的電壓互感器向接地線注入信號(hào)，利用信號(hào)尋蹤原理，實(shí)現(xiàn)故障探測(cè)。該裝置由主機(jī)和信號(hào)電流探測(cè)器兩部分構(gòu)成，主機(jī)發(fā)出的信號(hào)通過電壓互感器副邊二次端子接入，并由故障線路接地點(diǎn)流回。信號(hào)探測(cè)器插在主機(jī)內(nèi)部或安裝在各條出線絕緣距離以外探測(cè)選線。由于故障選線是通過注入信號(hào)實(shí)現(xiàn)

10、，無需使用零序電流互感器，也與電流互感器的接線方式無關(guān)。裝置還具有測(cè)距定位功能，尋蹤選線以后，必要時(shí)可停電進(jìn)行測(cè)距定位。 4 接地選線裝置現(xiàn)場(chǎng)注意事項(xiàng) (1) 零序電流互感器穿過電力電纜和接地線時(shí)的接法問題。不論零序電流互感器與電纜頭接地線的相對(duì)位置如何，零序電流互感器與接地線的關(guān)系應(yīng)掌握一個(gè)原則：電纜兩端端部接地線與電纜金屬護(hù)層、大地形成的閉合回路不得與零序電流互感器匝鏈。即當(dāng)電纜接地點(diǎn)在零序電流互感器以下時(shí)，接地線應(yīng)直接接地；接地點(diǎn)在零序電流互感器以上時(shí)，接地線應(yīng)穿過零序電流互感器接地。同時(shí)，由電纜頭至零序電流互感器的一段電纜金屬護(hù)層和接地線應(yīng)對(duì)地絕緣，對(duì)地絕緣電阻值應(yīng)不低于50k。以上做

11、法是為了防止電纜接地時(shí)的零序電流在零序電流互感器前面泄漏，造成誤判斷；經(jīng)電纜金屬護(hù)層流動(dòng)的雜散電流由接地線流入大地，也不與零序電流互感器匝鏈，雜散電流也不會(huì)影響正確判斷。 (2) 接入選線裝置的線路數(shù)量問題。一般來說，線路路數(shù)至少不少于3路才能保證正確判斷，一般變電所都能滿足此要求。當(dāng)出線路數(shù)少，母線有防止電壓互感器鐵磁諧振或防止過電壓的接地電容時(shí)，接地選線判斷比較準(zhǔn)確。另外，凡是接在母線上的各饋電線路包括補(bǔ)償無功功率的電容器等的電纜都必須經(jīng)過零序電流互感器接入選線裝置，否則未接入選線裝置的線路接地時(shí)采用幅值比較法的裝置可能誤判斷，采用方向比較法的則可能判為母線接地。 (3) 零序電流互感器型

12、號(hào)統(tǒng)一問題。幅值比較的前提是變電所各出線的零序電流互感器的特性必須一致，否則可能因特性不一致而造成誤判斷，這一點(diǎn)，尤其在變電所擴(kuò)容新增加配電線路時(shí)一定要注意。新增線路的零序電流互感器必須與原有其它線路的零序電流互感器型號(hào)、生產(chǎn)廠家保持一致。對(duì)于開合式零序電流互感器，開合接觸面應(yīng)無灰塵，確保面接觸。對(duì)有架空出線的線路，雖然可以用三只測(cè)量用電流互感器濾出零序電流，但由于與電纜出線零序電流互感器特性不一致，架空出線也應(yīng)改為一段電纜出線，以便于用同型號(hào)零序互感器。 (4) 零序電流互感器的極性問題。各配電線路的零序電流互感器的極性必須一致，并滿足廠家要求（一般沿配電盤柜向線路方向流出為正）。 (5) 某些線路出線為雙電纜時(shí)。為保證線路零序電流的準(zhǔn)確測(cè)量，每條出線電纜應(yīng)盡可能采用一根電纜，對(duì)負(fù)荷較大的線路可采用大截面銅心電纜，不得不采用雙電纜并列時(shí)，應(yīng)盡可能選用內(nèi)徑較大的零序電流互感器，將兩根電纜同時(shí)穿入零序互感器。 5 系統(tǒng)調(diào)試 施工完畢，必須做好系統(tǒng)調(diào)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，具體調(diào)試的方法如下：解開TV開口三角的零序電壓引入線，用調(diào)壓器模擬零序電壓，加入裝置，此時(shí)加入的電壓應(yīng)與裝置顯示的電壓一致，同時(shí)用升流器在TA一次側(cè)模擬系統(tǒng)單相接地電流，穿過TA一次時(shí)，一條線路反穿，其余線路正穿，所加