间歇性单相接地

间歇性单相接地（精选7篇）

间歇性单相接地 第1篇

1.电压互感器的概念及特点

电压互感器是连接一次系统与二次系统的电气设备。当在线路上施加对应的电压时, 在电压互感器的铁芯中心会产生电磁场, 根据电磁场的感应反应可知会产生对应的二次电压。改变二次电压的数值或者线路的匝数, 就会产生不同的电磁电压, 从而形成不同的电压值。根据电压互感器的电压比例可将其分为电子式、光电式、测量仪表类电压互感器等等。在电压互感器运行过程中, 因其小而恒定的空载状态使其阻抗很小。在电网发生单相接地的情况时, 如果接地稳定会使系统的电网设备产生稳定的电压, 没有接地的三相电压会出现升高情况。当单相接地发生时, 因为电网和电压互感器串联关系, 将会加大破坏电力系统的程度。

在电压互感器的内部构造中, 由于铁芯属于不能感应的原件, 因此电网相对地而言有着很大的电容量, 促使线路的电压急剧上升熔断电压互感器的保险熔丝, 极有可能造成变电站全站停电事故。

2.电压互感器的电流原理

如图所示, 在图中利用暂态分析来寻找电压互感器内部故障情况。

图为3 个不同电压变电器的电路图, 其中包含三个电源电势, 简称三相电源电势, LA, LB, LC是不同电压状态下的电容量, O点处是中性点电压的电容, 以此相对应的是电压互感器的电感和电抗。在图1 中, 中性点O2 处于接地状态而O1 起到对电容接地的桥梁作用。在不同电压的线路特别是较低电压的线路中, 电网系统的线路绝缘层相比电压较高的线路要低些, 因此极易在单相线路发生接地时产生系统温度升高从而故障频发。根据电压互感器的多数事件发生的情况是在电网单相接地的情况下产生的, 由此对于接地暂态过程的分析电流显得尤为重要。

3.电压互感器的励磁特性与涌流实验

利用实验室的输配电设备对电压互感器的励磁特性进行分析, 并在此基础上进行了涌流实验。当电压逐渐增加时, 电流会相应的增加, 但是在一定范围内没有呈现线性增长。在电压达到111V时, 电流的增长相比于前一部分的增速而言有了急剧的变化。在此基础上, 笔者利用励磁涌流和并联模型分析出了暂态过程, 在不同电压状态下。电压互感器的涌流数据是不同的, 图中曲线分别表示电压互感器的电压和电流的数据变化趋势, 相对应的涌流数值为240V和190A。

通过实验数据可知电波的变化周期为2.3 秒, 在这一时期内的常数值为0.02 秒。当电压互感器达到饱和区间值即111V时, 励磁涌流的数据以指数级增大。结合相关资料中的并联模型可知, 对电压互感器发生故障的研究应采取暂态分析方法。

4.举例分析

2015 年3 月公司某变电站设备中的两条母线并联发电, 因电压过高导致线路温度上升, 将电压互感器的保险丝熔断。在保险丝熔断之后, 电压互感器的电压检测仪发现了数值异常, 自动开启录波记录仪记录了电压的变化情况。在不同的录波曲线中, 对应的是不同的电压数据及三相开口电流。当第一段的电压在实现第二各个周期转换过程中突变为零, 并且另外两相电压出现数值异常, 说明第一相电压接地。随后电压及电流的不稳定导致整体线路的电阻出现异常。

在暂态分析过程中, 另外两相电压的值相比于1 相电压接地之前增加了5 倍, 峰值达到了330V。在这个区间的电压必然会使电压互感器的铁芯达到其熔点值, 从而产生饱和的励磁涌流。产生的励磁涌流相比于正常电流而言, 会经过高压互感器和熔断器, 并且很难测量出实际的数值。由此笔者按照电压互感器的励磁特性计算出了在异常冲击波出现时的电流值。在电力系统正常运行过程中, 电压互感器的有效电压值为3V, 以此对应的电流的有效值为0.4A, 到达峰值可以为0.5A。

在数据分析中, 以电压120V为起点进行计算, 其对应的电压峰值可以达到140V, 按照励磁特性的电流末端数值来进行推理, 可知在电压变化率达到0.75 倍时电流的峰值可以高达50A, 是正常标准电流的100 倍。

因此在不连续的单相接地电压时, 电压的反复变化和冲击可以使电压互感器的铁芯达到饱和状态从而产生不可逆转的变化。在一相电压发生变化时, 对应的灵位两相电压已经熔断。经由实例分析表明, 在电网的单相电压发生接地故障时, 没有发生故障的线路上的电压会超过发生故障的电压线路, 从而使故障线路内的电压互感器保险丝熔断产生涌流热效应。

5.结论

本文在分析了电压互感器的特性及励磁特性和实例说明后, 得出了这样几点结论:第一, 电压互感器的损坏一般的伴随着不间断的电压变化和电流异常现象, 因此通过线路的并联模型可以形成对电感和电容的暂态分析过程, 从而发现电网发生间歇性单相接地时电压互感器的故障机理;第二, 在对线路中的电压互感器进行励磁特性的分析时, 特别在线路系统的电压互感器的末端进行电压切换时, 需要通过电压互感器的铁芯的磁场效应才能使线路的电压或者是电流达到峰值, 甚至是峰值的数倍, 产生巨大的热量从而产生熔断反应, 在单相线路不接地的过程中, 一旦中性点的变化处于不稳定状态时, 电压互感器的内部电压因频繁的变动, 承受了过多的暂歇电流的冲击可能会导致线路设备的零件产生异常, 发生设备故障;第三本文提出了电力系统中在面对中性点单相接地情况下发生的故障时, 对电压互感器提出了新的看法和设计模型, 以此来提高设备在线路不稳定情况下的热平衡状态。

摘要：本文从电网单相接地及电压互感器的概念及特点入手, 分析了单相接地的具体情况。在此基础上, 设计出了电压互感器的并联模型, 并进一步分析了电压互感器的励磁特性及实施了涌流实验, 从而得出了电压互感器在故障发生时的一些情况。

关键词：电网,单相接地,电压互感器

参考文献

间歇性单相接地 第2篇

中性点接地是一个涉及电力系统各个方面的综合性问题, 它对电力系统的设计和运行有着重大影响。接地方式不同将直接影响电压的过电压值、电气设备绝缘水平、电网运行可靠性、继保的选择性和灵敏度, 以及对通信线路的干扰等等。

上海电网中性点单独经一小电阻接地的方式开始于20世纪二三十年代, 当时23 k V及6 k V采用电阻接地系统。到了20世纪五六十年代, 上海电网在35 k V系统主要采用消弧线圈接地、10 k V系统主要采用不接地系统。随着城市规模的不断发展, 电缆线路越来越多, 消弧线圈补偿容量也越来越不够。从1986年开始, 上海供电局率先在天宝220 k V变电站和35 k V系统上采用电阻接地, 接地故障电流限制在2 000 A以内。近几年, 上海市区供电公司管辖内10 k V系统大部分为小电阻接地系统, 接地电阻 (5.7±0.1) Ω。

然而多年的运行过程中发生了一些问题, 尤其是其中的间歇性电弧接地问题, 由于以前对其重视度不够造成了多处变电站小电阻烧毁事件, 同时由于电阻烧毁后配网变成了不接地系统, 间歇性电弧接地产生了较大的过电压, 加大了事故的影响。

2 中性点接地系统研究的意义

在小电阻接地配网系统中, 发生单相接地后, 通过增大故障点的电流, 使电弧能够稳定燃烧, 减小了发生间歇性接地的可能性, 但是不能排除间歇性接地发生。当发生间歇性接地故障, 由于接地电流较小, 并且具有瞬时性的特点, 传统的继电保护装置对此种现象没有针对性的措施, 造成出线零流保护不动作, 不能快速切除故障线路, 使配电网长期处于故障状态。同时中性点小电阻长期处于工作状态, 会出现发热严重的现象, 甚至烧毁烧断。有分析显示现场工作的部分电阻由于各种原因发生了损伤, 但是在平时未工作的情况下, 并不能检测出电阻故障, 一旦发生电阻长期工作发热以后, 对于丧失了热稳定性电阻的电阻值升高。那么此时小电阻抑制间歇性接地过电压的优势将会失去, 甚至电阻烧毁后配网成为不接地系统, 那么由此产生的弧光过电压将对整个电网产生极大危害。

随着城市电网中电力电缆广泛使用, 电缆间歇性接地越来越频繁。因此研究分析小电阻接地配网系统中由于电缆间歇性接地所引起的故障现象对电网的安全可靠运行是非常有意义的。

3 基于P S CAD/EMTDC的小电阻接地系统仿真

PSCAD/EMTDC是目前世界上被广泛使用的一种电力系统仿真分析软件。它能有效地计算电力系统遭受扰动或参数变化时, 电网参数随时间变化的规律。本文采用PSCAD/EMTDC来构建10 k V配电网仿真平台。

3.1 仿真平台建模

本项目选取上海某一典型35 k V变电站进行仿真分析。35 k V采用线路变压器组接线方式;10 k V为单母线分段接线方式, 10 k V分段带自切装置。10 k V为经小电阻接地系统。

(1) 电源:该站属于35 k V变电站, 因此采用35 k V电源元件模拟入线, 通过降压变压器得到10 k V电压。参数设置如下:

1) 变压器:站内有2台三相二绕组有载调压油浸电力变压器, 其铭牌是SZ7-20000/35;Dyn11;短路阻抗 (铭牌) 12.64%, (实测) 12.56%。

2) 接地电阻:变压器10 k V, 低压绕组中性点采用经小电阻接地方式运行, 小电阻数值为5.7Ω, 型号ZX1-1/5, 接地电阻下安装LZJC-10 400/5流变, 供10 k V零流保护用, 接地电流限制在1 000 A。

(2) 接地模块:在PSCAD/EMTDC的元件库中有一种故障模块, 如图1所示。该模块认为接地故障时过渡电阻为线性电阻, 可以从库中直接调用。在本文的仿真中, 使用电弧接地模型来模拟弧光接地故障。该模型建立弧道电阻的非线性模型, 能够比较精确的模拟间歇性接地。

(3) 线路模型:该站有一、二2段母线, 2段母线通过母联开关连接, 主要出线共24条。24条线路主要是电缆线路, 其型号主要是YJV22, 只是导体标称截面积不同。通过查找厂家资料以及关于电力电缆的标准, 可以建立关于线路的仿真模型。

3.2 小电阻接地电网异常情况间歇性电弧接地仿真

以往文献, 往往把电弧电阻近似为线性电阻, 但在该仿真中认为其是非线性电阻。根据工频熄弧理论, 使用4组开关来模拟间歇性电弧。同样, 假设一段母线一侧支路的A相发生单相弧光接地故障。

开关K在0.205 s闭合, A相接地, 产生电弧 (即燃弧) , 在0.215 s开关K断开, 电弧熄灭 (即熄弧) ;半个工频周期 (即10 ms) 后, 开关K闭合, 电弧重燃, 同样经过半个工频周期之后, 开关K断开, 电弧熄灭。这样的“燃弧熄弧”过程, 反复出现4次。开关K的控制顺序是:

(1) 第一次“燃弧熄弧”:0.205 s开关K闭合, 0.215 s开关断开;

(2) 第二次“燃弧熄弧”:0.225 s开关K闭合, 0.235 s开关断开;

(3) 第三次“燃弧熄弧”:0.245 s开关K闭合, 0.255 s开关断开;

(4) 第四次“燃弧”:0.265 s开关K闭合, 电弧稳定燃烧至0.405 s接地故障消失。

从图1可知, 在中性点经小电阻接地系统电阻异常的情况下, 依然会发生间歇性电弧接地过电压。由于接地故障电流在几安至几百安的范围内都有可能发生弧光接地过电压, 并且中性点经小电阻接地系统的立即跳闸也需要零点几秒的时间, 由于较大的接地电流, 电弧稳定燃烧的概率增大, 造成小电阻设备的烧毁。

4 改进建议

间歇性电弧接地故障是一个非常复杂的物理化学过程, 因此对其进行精确的描述十分困难。本文对小电阻接地电网单相电弧接地故障进行了详细地分析及仿真研究。总结本文, 设想在接地电阻设备处安装接地电阻在线监测装置的改进建议。

当电网发生单相接地中性点电压升高的情况下, 通过监测通过电阻的电流来判断电阻是否工作正常, 一旦监测出电阻值发生了较大的变化, 变压器就需要退出运行。在线监测最直接的方法就是实时监控阻柜的电阻值。具体测量方法就是从变电站PT开口三角中获取中性点电压值U0, 在电阻柜接地出串入T, 测量得电阻通过电流I0, 可以计算电阻值为:, 通过估计出系统对地的三相电容, 当实测电阻值, 可以通过RTU报警上报至调度中心进行处理, 或者直接通过通信的方式连接到各个出线开关柜内作为保护启动信号条件之一。当然当测得的电阻电流非常小的时候可以认为电阻柜烧断, 在排除PT断线的故障以后也可以作为保护信号的闭锁条件。

参考文献

[1]林良真, 叶林.电磁暂态分析软件包PSCAD/EMTDC[J].电网技术, 2000, 24 (1) :65～66

[2]李福寿.中性点非有效接地电网的运行.北京:水利电力出版社, 1993

[3]顾荣斌, 蔡旭, 陈海昆, 等.非有效接地电网单相电弧接地故障的建模及仿真[J].电力系统自动化, 2009, 33 (13) :63～67

间歇性单相接地 第3篇

我国3~66 k V中压电网的中性点一般采用非有效接地方式, 当发生单相接地故障时流过故障点的电流很小, 所以称为小电流接地电网, 具体包括3种:中性点不接地系统NUS;中性点经消弧线圈接地系统, 也称谐振接地系统NES;中性点经电阻接地系统NRS。单相接地故障时线电压仍保持对称, 且故障电流很小, 不影响对负荷连续供电, 故一般情况下不必立即跳闸, 规程规定可继续运行l~2 h。尽管小电流接地故障不影响电网的正常运行, 但由此引起的过电压会危害电网绝缘, 长时间运行就易使故障扩大成两点或多点接地短路, 弧光接地还会引起全系统过电压, 进而损坏设备, 危害系统安全运行, 所以必须及时找到故障线路并予以切除。

小电流接地系统, 特别是谐振接地系统故障信号小, 不易辨别, 给继电保护和故障选线带来了很大的困难。近年来, 随着电力系统自动化系统的深入应用, 相继出现了一些微机型接地选线装置和适合微机实现的选线理论。到目前为止, 基于不同选线理论的产品已经很多。但在实际应用中, 现有的故障选线原理其效果并不十分理想。本文较为全面地对现有的选线方法进行了总结并分析其利弊。

1 小电流接地系统故障信号特征分析

1.1 故障稳态信号特征分析

小电流接地系统中的中性点不接地系统发生单相接地故障时, 假设线路电阻为零, 则负荷电流在线路上没有压降, 故障相电压为0, 非故障相电压升高为倍, 每条线路的三相对地电容相等, 分别为C0Ⅰ和C0Ⅱ;母线及电源对地电容为C0G。当线路Ⅱ的A相发生金属性接地故障时, 系统稳态的电容电流分布和零序等效网络分别如图1和图2所示。

由图1和图2可以看出, 小电流接地故障的稳态电气量还具有以下特征: (1) 流过故障点的电流数值是正常运行状态下电网三相对地电容电流之和。 (2) 母线处非故障相线路零序电流为线路本身对地电容电流, 其方向由母线流向线路。 (3) 母线处故障相中故障线路的零序电流为电网所有非故障元件对地电容电流之和, 幅值一般远大于非故障线路, 其方向由线路流向母线。

对于谐振接地系统的单相接地故障, 系统容性电流的分布与不接地电网单相接地故障分布是一样的;不同的是在系统的中性点处, 通过消弧线圈接地点注入一个感性电流来抵消接地点的容性电流。根据补偿度的不同可分为全补偿、欠补偿和过补偿。为了防止线路发生串联谐振, 在电力系统中普遍采用过补偿, 采用过补偿方式时, 一方面, 补偿后的残余电流呈感性, 这时母线处故障线路的零序电流是本身对地电容电流和接地点残余电流之和, 其方向是由母线流向线路, 与非故障线路的零序电流方向一致。因此, 难以根据电流的方向来判别故障线路。另一方面, 由于过补偿度不大, 残余电流比较小, 甚至小于非故障相的零序电流, 所以很难根据零序电流的幅值来判别故障线路。

1.2 故障暂态信号特征分析

小电流接地系统发生单相接地故障时, 会发生很强烈的振荡过程, 这些丰富的暂态信号幅值大、频谱范围广, 为识别接地线路提供了丰富的信息, 所以如何有效地提取故障特征分量是进行暂态分析的目的。

在一般情况下, 电网绝缘击穿接地是在相电压最大时发生的, 此时可以将暂态电容电流看成是两个电容电流之和:由于故障相电压突然降低而引起放电电容电流, 电流由母线流向故障点, 放电衰减很快, 其振荡频率高达数千赫兹, 振荡的频率主要决定于线路的参数、故障点的位置及过渡电阻的大小;由于非故障相电压升高而引起充电电容电流, 此电流通过电源形成回路。由于整个回路的电感较大, 因此充电电流衰减较缓慢, 振荡也低, 仅为数百赫兹。中性点经消弧线圈接地的电网, 由于暂态电感电流的最大值出现在相电压过零瞬间, 而当故障发生在相电压接近最大值瞬间时, 电感电流几乎为0, 因此暂态电容电流较暂态电感电流大很多, 所以在同一电网中, 不论中性点是绝缘还是经消弧线圈接地, 相电压接近最大值发生故障瞬间, 其过渡过程是相似的。

综上所述, 利用暂态信号幅值的特点作为选线判据, 存在一点不足, 对于相电压不是接近最大值时发生的故障有可能发生误判。

2 稳态信号的单相接地故障选线方法

2.1 零序电流幅值比较法

零序电流幅值比较法简称幅值法, 其原理是通过比较零序电流幅值的大小, 零序电流最大的线路为故障线路。现在常见的是群体比幅法, 基于微机技术采集并比较接地母线上所有出线零序电流, 将幅值最大的线路选为故障线路。群体比幅法提高了检测可靠性和灵敏度, 但在系统某条线路电容电流大于其他各线路电容电流之和的情况下, 会出现误判断。此外当接地电阻较大时, 各条线路的零序电流趋于一致, 以及受CT不平衡的影响, 选线也很困难。小电流接地故障往往伴随有间歇性拉弧现象, 由于没有一个稳定的接地电流, 因此也可能造成选线失败。一些装置在试验室模拟试验, 甚至在现场进行人工接地试验时选线结果很准确, 但实际应用效果却并不好, 这是因为模拟试验时线路导体与地之间是金属性接触, 与实际运行中的绝缘击穿现象并不完全相同。由于该电网中消弧线圈补偿电流的存在, 往往使故障线路电流幅值小于非故障线路, 因此幅值法不适用于谐振接地电网。

2.2 零序电流有功分量法

零序电流有功分量是基于消弧线圈只能补偿故障点的容性无功电流而不能补偿有功电流这一特点提出来的。一般来说, 在谐振接地系统中, 当发生单相接地时, 同正常线路相比, 故障线路中零序电流所含有功分量较大。这一有功分量主要来自消弧线圈本身的电阻损耗和接地点电弧的有功功率损耗。根据有功分量的分布特点, 选线装置可以采集系统中性点位移电压和各线路的零序电流计算并比较各线路零序有功功率的大小与方向来确定故障线路。

有功分量法的优点是不受消弧线圈的影响, 且与零序电压、零序电流的极性无关, 一般故障线与非故障线有功分量大小差别较大。但是它受电网结构影响较大, 当电网出线较少, 各线路零序阻抗差异较大时, 检测灵敏度低, 可靠性得不到保障;有功分量也存在幅值太小的问题, 而且受CT不平衡电流影响很大。

2.3 零序电流方向法

零序电流方向法简称方向法或相位法, 它利用故障线路零序电流与非故障线路方向相反的特点选择故障线路。一种实现方法是检测零序功率方向, 如果某线路的零序无功功率方向为正, 即零序电压超前零序电流90°, 则说明零序电容电流的方向是由线路流向母线, 该线路被选为故障线路;另一种方法是群体比相法, 选择3个以上幅值最大的线路零序电流, 比较它们之间的相位, 相位与其他线路相反的线路被选为故障线路。与幅值法相比, 方向法有较高的检测灵敏度, 但仍然存在不适用于谐振接地电网的缺点。因为在过补偿或完全补偿状态下, 故障线路零序电流的方向与非故障线路相同;对间歇性接地故障来说, 零序电流波形畸变严重, 难以计算其相位, 方向法比幅值法更容易出现误判断。

2.4 5次谐波法

由于NES系统电感值是针对基波频率设定的, 且基波电抗和电网对地基波总容抗近似相等。因此对于高次谐波而言, 电抗值远大于电网对地容抗值, 消弧线圈对于高次谐波电流的补偿作用很小, 对高次谐波回路可近似看做中性点不接地系统, 此时可以利用谐波电流比幅比相原理作为选线判据。配电网中5次谐波的含量最为丰富, 实际应用中多以5次谐波分量为选线依据。

5次谐波法选线装置在我国应用较多, 但效果并不好, 主要有以下几点原因: (1) 电网中的谐波分量较之基波分量要小很多, 对于高阻接地或线路较短情况, 谐波分量的检测和提取更为困难; (2) 受接地过程中产生的谐波含量的影响较大, 灵敏度低。这些固有缺陷不易改善, 限制了其应用。

2.5 负序电流法

利用负序电流的通路特征来判断故障线路的方法, 突破了以零序电流的分布及特征差异构造选线判据的传统方法。但是负序电流法相对零序电流法存在的最大问题是:由于用户配电变压器高压侧中性点不接地, 低压侧中性点直接接地, 这使得负载不平衡产生的负序电流可以在高压侧流通, 但是零序电流不会在高压侧流通。因此无论系统带何种类型的负载, 基于零序电流的相关判据均不会受到影响。由于我国低压用户广泛存在着单相负荷, 负载不平衡现象比较严重, 所以负序电流法的实际应用效果并不理想。

2.6 零序导纳法

零序导纳法的基本原理是利用故障线路的零序导纳在接地时发生变化实现选线的。不论是中性点不接地系统、中性点谐振接地系统, 故障期间测得的非故障线路零序导纳为该线路的实际导纳 (由泄漏电导和线路的对地电容电纳组成) ;测得的故障线路零序导纳的大小和方向发生与其实际零序导纳相比将发生变化。利用此特点, 将各条线路实际零序导纳的大小、相位记忆下来, 与故障时测得的各线路的零序导纳进行比较, 导纳大小或相位发生变化的线路即为故障线路。

2.7 S注入法

S注入法是通过在电压互感器的二次侧接地相注入信号, 该信号感应到系统一次侧, 并通过接地点构成回路, 可以在配电网出线端检测注入信号的强弱判断故障线路。

S注入法选线对金属性接地和低阻接地取得了较好的选线效果, 但是辨识高阻接地的能力较弱。原因在于:注入信号不仅可以通过接地点对地构成回路, 还可以通过线路对地分布电容、中性点消弧线圈回流, 如果接地电阻远大于电容容抗和消弧线圈感抗, 那么大部分注入信号均被后两者分流, 流入接地点的信号电流很小, 并且故障线路的信号电流并不一定是最大值。

2.8 注入变频信号法

注入变频信号的接地故障辨识和选线方法通过从中性点电压互感器注入电网谐振频率信号, 并测量零序信号电压, 计算接地电阻, 进行高阻接地故障辨识;通过测量各出线零序信号功角来计算线路阻尼率, 进行故障选线。注入电网谐振频率信号的优点是:理论上电网的等效阻抗为纯阻性, 仅需要判断电阻值的变化即可确定是否发生接地故障, 并可以计算故障电阻大小。该方法存在的问题是:由于注入信号的电流幅值很小, 能检测到的信号较微弱对测量装置的精度要求很高。

3 暂态信号的单相接地故障选线方法

3.1 首半波法

首半波法原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设, 发生接地后第一个半周期内, 故障线路暂态零序电流和电压首半波的幅值和方向均与正常情况不同的特点, 即可实现选线但故障发生在相电压过零值附近时, 首半波电流暂态分量值较小, 以及过渡电阻的影响, 易引起方向误判。

3.2 暂态电流方向法

暂态电流方向法实质上也是一种极性比较法。被比较的两个量分别是选定的频带滤波后零模电流与零模电压的导数。对故障线路来说, 暂态电流方向法的两个被比较量在任何时间上都极性相反, 而传统的“首半波法”直接比较零模电流与零模电压的极性, 仅在故障后一个短暂且不确定的时间内极性相反。因此, 暂态电流方向法的可靠性大为提高, 是对“首半波法”的重大改进。

3.3 小波法

小波法是基于小波变换理论, 提取故障暂态信号的特征量进行故障选线。由于小波分析在时域和频域上同时具有良好的局部化性质和多分辨率特性, 特别适用于分析奇异信号, 可以在不同频域考察信号时域与频域特征。选用合适的小波基对暂态零序电流的特征分量进行小波变换后, 易看出故障线路上暂态零序电流分量的幅值包络线高于非故障线路, 且其特征分量的相位也与非故障线路相反, 这样就能构造出利用暂态信号的选线判据。合适的小波基函数和小波分解尺度的选取是该方法的重点和难点。

4 基于人工智能的选线方法

小电流接地故障选线是一种利用弱信号作出辨识的技术。仅利用传统的电流幅值大小与相位相反等信息的常规方法难以取得令人满意的结果, 所以研究者开始把现代信号处理技术与人工智能应用于这一课题的研究分析。

在小电流接地系统单相接地故障选线时, 故障特征和故障选线结果之间有着比较复杂的非线性关系, 很难建立精确的数学模型, 而神经网络则可以根据电气量与故障间的映射作出判断;基于模糊理论的小电流单相接地选线, 是利用模糊理论对各种算法进行智能融合, 利用各种算法的互补性, 扩大能够正确选线的故障范围, 提高选线结果的可靠性;基于粗糙集理论的小电流单相接地选线, 是应用粗糙集理论对故障样本集进行数据挖掘和知识发现来确定小电流接地系统故障选线方法的有效域, 以决策表为主要工具, 对故障样本数据进行离散化处理, 对冗余信息进行知识约简, 最终获得故障信号特征与选线方法间的决策规则, 通过概率的表达形式, 对不协调决策规则进行有效处理。

5 结语

小电流接地系统单相接地故障的判别 第4篇

1 单相接地故障的危害

(1) 由于非故障相对地电压升高 (全接地时升至线电压值) , 系统的绝缘薄弱点可能击穿, 造成短路故障。

(2) 故障点产生电弧, 会烧坏设备并可能发展成相间短路故障。

(3) 故障点产生间歇性电弧时, 在一定条件下会产生串联谐振过电压, 其值可达到相电压的2.5～3.0倍, 对系统绝缘危害很大。

2 单相接地故障时的征象

(1) 预告音响, 后台报出“某某千伏母线接地”或“某某千伏母线零序过压”信号。

(2) 电压指示:故障相降低或等于零, 另两相升高或为线电压。稳定性接地故障时指示仪表不摆动, 若指示仪表不停地摆动则为间歇性接地。

(3) 中性点经消弧线圈接地系统, 有中性点位移电压显示时, 可看到有一定指示数 (不完全接地) 或指示数为相电压值 (完全接地) 。

(4) 消弧线圈接地告警灯亮。

(5) 发生弧光接地, 产生过电压时, 非故障相电压很高 (对地电压指示仪表示数忽高忽低) 。电压互感器高压熔断器可能熔断 (甚至可能烧坏电压互感器) 。

3 接地故障的判断

在某些情况下, 系统绝缘未损坏, 而系统中产生某些不对称状态, 如:Y, d接线变压器高压侧一相断线、用变压器对空载母线合闸充电, 使中性点发生位移;电压互感器一相高压熔断器熔断等, 都可能报出接地信号。所以, 应注意认真判断。

(1) 电压互感器一相高压熔断器熔断, 有时报出母线接地信号。区分依据:接地故障时, 故障相对地电压降低, 另两相升高;而熔断器熔断一相时, 一相降低, 另两相不会升高, 同时可能报出“电压回路断线”信号。

(2) 对空载母线充电时, 由于三相对地电容不平衡, 中性点位移, 三相对地电压不对称, 报出母线接地信号。

(3) 系统三相参数不对称, 消弧线圈分接头调整不当过补偿时 (补偿电流IL太大) , 报出母线接地信号。此情况多发生在系统中有倒运行方式的操作时, 在与调度联系时可以了解到。可暂时复原运行方式后, 消弧线圈退出后重新调整分接头。

(4) 在合空载母线等情况下, 有可能激发超铁磁谐振 (电压互感器的非线性电感与系统的对地电容构成谐振电路) , 报出接地信号, 中性点电压 (零序电压) 可能是基波 (50 Hz) , 也可能是分频 (25 Hz) , 甚至可能是高频 (如100 Hz或150 Hz) 。

4 查找单相接地故障的方法

当小电流接地系统发生单相接地故障时, 应汇报调度, 将有关现象做好记录。根据信号、表计指示、天气、运行方式、系统操作情况等判断故障。

线路装有接地信号装置的变电站, 若报出母线接地信号的同时, 某线路报出有接地信号, 则故障多在该线路;若只报出母线接地信号, 则故障点可能在母线及连接设备上。

4.1 母线和某线路接地信号都报

母线和某线路接地信号都报出时, 应检查故障线路的站内设备有无问题。

4.2 只报出母线接地信号

只报出母线接地信号时, 应检查母线及连接设备 (包括变压器) 有无异常。若站内设备检查无问题, 有可能是线路故障而该线路接地信号装置未动作, 应用“瞬停法”等查明故障线路。

(1) 根据信号、绝缘监察表指示、天气、运行方式、操作情况判明故障性质和相别。汇报调度, 了解系统中有无并环等倒运行方式的操作, 判明是否属操作引起的系统参数变化、消弧线圈补偿不合适等, 使三相电压严重不对称。判明故障性质后, 采取措施查找处理接地故障。

(2) 分网运行, 缩小查找范围。为了缩小检查范围和故障影响面, 可以先分网。对于变电站, 可使母线分段运行, 只对分段后有接地信号的一段母线范围检查处理。分网还包括系统分网, 系统分网应在调度统一指挥下进行, 须考虑功率的平衡、继电保护的配合、消弧线圈补偿度。

间歇性单相接地 第5篇

计算机技术已在电力系统中得到了广泛的应用, 因而继电保护以及对故障检测方法的研究也受到人们越来越多的重视。特高压电网的建设与运行、无人值班变电站的应用、数字化变电站的推广也给继电保护和故障检测方法带来了新的挑战。在我国, 绝大多数的低压配电系统都是小电流接地系统。中性点接地方式一般有3种:不接地、高阻接地以及经消弧线圈接地。其中多数故障都是单相接地故障。当发生单相接地短路故障的时候, 由于在大地和中性点之间没有直接串接电抗器或者电气连接, 接地短路电流就很小, 所以被称作小电流接地系统。小电流接地系统在故障发生时, 它的保护装置不必立即动作跳闸, 而是提高系统运行的可靠性, 然而, 若没有完成对故障线路处理, 就会扩大成两相对地短路, 甚至是三相短路, 进而对电力系统的安全运行造成威胁, 所以, 必须及时地排除单相故障, 由此便产生了单相接地故障选线问题。

1 单相接地故障特性分析

在配电网中单相接地故障是最常见的故障。在中性点不接地系统中, 因三相对地电容是一样的, 系统对地回路就为三相对称的, 在正常运行的情况下, 三条导线的对地电容均处在正弦交流电状态, 线路与地之间维持一定的电压。由于有三相平衡的充电电流流过线地电容, 所以就不会有零序电流流过。

在发生单相接地故障时, 可以用消弧线圈来对电网中的接地电容和电流进行补偿, 接地电弧就会自动在瞬间熄灭。假设线路K发生了A相接地故障, 则电网中电容电流分布情况如图1所示。

2 常用的小电流接地系统的故障选线方法

当前已有各种各样的基于不同原理的小电流接地系统故障选线方法, 每一种选线方法都有各自的优点以及局限性, 下面将简要分析一下目前普遍采用的一些选线方案。

2.1 注入信号寻迹法

注入信号寻迹法是将一定幅度和频率的信号电流人为注入系统。它的原理是利用在单相接地时原边会被短接, 接地相将暂时处于不工作的状态, 同时不要将由接地故障产生的零序电流和电压作为检测信号, 而是利用寻迹原理, 也就是通过检测及跟踪对外加诊断信号电流来实现接地故障选线、定位。采用这种方法, 其性能与零序电流的方向以及大小、能否取出零序电流等没有关系, 所以它对不同接线的小电流接地系统都有广泛的适应性。其原理如图2所示。在注入电流信号时通常从PT二次测, 为避免被高次谐波分量和工频分量干扰, 频率数值一般取在各次谐波之间。注入电流信号沿着接地线路的接地相流动并经过接地点入地。对每条出线都用信号探测装置来进行探测, 若线路探测到有注入信号, 则为故障线路。

长期以来, 故障选线一般都使用故障产生信号来进行选线, 信号注入法突破了这一框架, 通过向系统注入外部信号来进行选线, 从根本上解决了因两相CT架空而产生的单相接地选线问题。该方法的缺点是仪器界限比较复杂, 需增加信号注入的设备, 同时注入信号强度会受到PT容量限制;对于间歇性和高阻接地故障, 注入信号微弱, 检测效果不佳。

2.2 基于小波变换的选线方法

小波分析作为一种现代信号处理的理论及方法, 能对随机信号进行精确的分析, 尤其是对微弱信号以及暂态突变信号的变化比较敏感, 可以从中提取出有效的故障特征。根据小波变换的模极大值理论, 当出现噪声及故障的时候, 就会造成信号奇异, 而小波变换的模极大值点与采样数据的奇异点相对应, 因伴随尺度的增加, 噪声的模极大值会逐渐的衰减, 因而经过一定的尺度分解之后, 就可以忽略噪声所产生的影响, 从而得到比较理想的暂态短路信号。小波变换就是将一个信号分解为不同位置及尺度的小波的和, 在选用合适的小波及小波基变换暂态零序电流特征分量之后, 不难发现, 对于暂态零序电流特征分量的幅值包络线而言, 故障线路上的要比非故障线路的高, 且两者有相反的极性, 从而就可以构造出运用瞬时电流信号的选线判据。小波分解尺度和小波基函数的选取是小波分析法的难点所在。由于实际运行过程中出现的状况复杂多变, 也许会有暂态分量低于稳态分量的情形, 此时应当提取各出线零序电流及母线零序电压基波的小波系数, 然后运用类似的方法来构造选线判据。

2.3 能量法

能量法原理是根据利用非故障线路上的用接地后零序电流及电压构成的能量函数均大于零, 非故障线路极性和消弧线圈能量函数相同, 网络上的能量均由故障线路传送给非故障线路, 所以故障线路的能量函数总是小于零, 并且它的绝对值等于包括消弧线圈在内的其他线路能量函数的总和的特征, 从而提出了大小及方向判别这两种接地选线的方法。

2.4 综合法

2.4.1 证据理论法

证据理论法的原理是将在电网中单相接地故障表现出的多种特征, 构造多个选线判据, 然后将这些判据给出的故障信息进行融合, 从而得到一个较为准确的选线结果。这是一种将多重故障信息进行融合的选线案, 它不是简单的根据每个判据给出选线结果, 而通过提取各个故障量的特征, 并按照一定的算法进行计算, 最终给出每条线路具有故障征兆的程度即故障测度, 最终对这些判据提供的故障信息进行综合与决策, 得出选线结果。

2.4.2 神经网络法

目前已有的各种接地选线方法有着不同的选线精度, 但采用某一选线方法不能达到理想的效果, 然而不同的选线方法之间是有一定互补性的, 因而就有了基于神经网络的综合智能选线方法, 它提供了一条有效提高选线准确率的新思路。神经网络可以用来解决建模困难的问题, 同时能够提高模型的精度。在小电流接地系统单相接地故障的选线中, 故障选线结果与提取出故障特征之间存在非常复杂的非线性关系, 很难建立准确的数学模型, 因而可以用神经网络对选线模型进行描述。

神经网络选线方法的原理是采用现有的多种基地选线方法, 利用神经网络来动态修改它们各自的权值, 从而保证选线的精确性。根据神经网络算法, 在初期时用现有的被公认的准确率比较高的选线方法, 按实际情况设定相应的权重, 如果经神经网络计算出的结果比设定的阈值大时, 才给出选线的结果, 在后期, 利用该方法则会自动选取算法和调整权重。当有较为可靠的数据样本后, 利用动态修改权的方式选用新的选线方法, 并进行系统评价, 如果评价结果较好, 则留做备用, 将选线率低的方法淘汰, 将准确率高的方法的权重调高。

最后, 会进入该系统自动处理的智能化阶段, 按照各种方法的准确性来调整各种方法的权重, 同时将阈值调整到一个较为合适的值, 构成一个开放式自适应系统。因为神经网络方法是基于一些准确率叫高的选线方法, 所以它的选线准确率会比单一的选线方法高并且能自动适应不同的环境从而达到理想的效果。

3 选线系统应用中应注意的问题

1) 如果小电流接地系统发生了单相接地, 如果线路对地有电容则都会有零序电流通过。

2) 若母线与某一线路均报出接地信号, 则须检查故障线路的系统设备是否有异常情况发生。若单独报出母线接地信号, 则须检查母线以及母线连接设备和变压器是否有异常, 如无异常, 则可能是某一线路发生了故障且接地故障失灵, 可以采用瞬停的方法来找出故障的线路。如果是重要用户的线路, 可以采用转移负荷或者停电来找出故障点。

3) 在寻找及处理单相接地故障的时候, 必须做好相应的安全措施来保证工作人员的人身安全。在设备发生接地情况的时候, 在室内障碍点4m以内不能靠近, 室外障碍点8m以内不得接近, 工作人员若要进入上述范围, 则须戴绝缘手套并穿绝缘靴。

4 结语

在中、低配电网中运用小电流接地运行方式, 提高了供电的可靠性。现有的选线技术大部分是利用了部分故障有用信息, 所以都具有一定的局限性, 不能适用于所有的故障情况。为了进一步提高选线的精确性和准确性, 应当充分地发挥各选线方法之间的优势互补性, 实现多种选线方法的融合, 从而能够更加迅速地消除故障情况, 提高智能化、自动化水平。

参考文献

[1]张海.小电流接地系统接地故障的判断和处理[J].机电信息, 2011 (21) .

[2]刘建.小电流接地系统选线[J].科技创新导报, 2011 (14) .

[3]曹欣.小电流接地系统继电保护[J].中国新技术新产品, 2011 (3) .

[4]张小桃, 乔小梅.小电流接地系统故障选线分析[J].华北水利水电学报, 2010 (6) .

间歇性单相接地 第6篇

我国10-35kv电网中, 普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式。根据规程规定, 当系统发生单相接地故障时, 对35kv电网, 流过故障点的零序电容电流超过10A时, 10kv电网大于10A;3-6kv电网大于30A时, 则电源中性点应采用经消弧线圈接地方式。这两种接地方式统称为小电流接地系统。

小电流接地系统发生单相接地故障时, 一般允许继续运行1-2h, 但必须尽快地寻找接地点, 以防事故扩大。对于单相接地故障的检测, 传统的方法是采用二次侧接成开口三角形的三相五芯电压互感器进行检测。当系统发生单相接地故障时, 开口三角形端将出现将近10v的零序电压, 使过电压继电器动作, 启动中央信号回路的电铃和光字牌, 即反映出电网上发生了单相接地故障。一般值班员通常还需要通过“顺序拉闸法”寻找故障线路。这不仅操作复杂, 对开关寿命有影响, 而且会造成不必要的停电损失。

2 应用微机进行接地故障检测

应用微机进行接地故障检测, 同样可以采用顺序拉合闸的办法。微机平时监视零序电压, 当发生单相接地故障, 零序电压升高时, 用微机发出命令将一回线路开关跳开;若零序电压未消失, 则重新合上开关, 接着再跳开另一回线路开关, 若零序电压消失, 就可以判断该回线路为接地线路。这种方法实质上是把手动切除线路的操作让微机去完成, 虽然自动化程度有所提高, 但用户短时停电及影响开关寿命的问题仍未得到解决, 故仍不够理想。

下面介绍目前常用的微机单相接地选线方案, 可以在不对线路拉闸停电的情况下找到接地故障。值得一提的是, 有些变电站, 不单独设置接地选线装置, 而是在保护模块中完成接地选线功能。

a.故障和对地电压为零, 非故障和对地电压为电网的线电压;电网出现零序电压, 其大小等于电网正常的相电压;b.非故障线路的保护安装处通过的零序电流等于本身非故障和对地电容电流之和, 方向从母线流向线路, 其相位超前于零序电压;c.故障线路保护通过的零序电流等于全部非故障线路充电电流的总和, 其方向从线路指向母线, 相位落后于零序电压;e.接地故障处电流的大小等于全部线路接地充电电流的总和, 其相位超前于零序电压90°。

根据上述结论可以构成两种接地检测方案, 一种是根据零序电流的大小, 另一种是根据零序功率的方向。前一种方案当线路比较多时是可以的, 但当线路比较少时就很难区别。比较可靠的方案是采用零序功率的方案, 它的灵敏度和选择性比前一种方案要高 (见图1) 。

采用零序功率方向的接地检测原理时, 微机检测母线的零序电压和各回路的零序电流。当零序电压小于定值, 表明系统工作正常;反之, 表明系统发生了单相接地故障。微机一方面发出接地信号, 另一方面计算各回出线的零序无功功率, 从中找出零序无功功率滞后的线路, 此线路即为故障线路。另外, 也可利用下列判据进行检测, 即将某条线路上基波零序电流幅值增量与其他所有线路上的基波零序电流幅值增量之和进行比较, 若相等, 则这条线路便是故障线路。

3 中性点经消弧线圈接地的单相接地故障检测

3.1 单相接地时零序电压、电流的特点

当电网实际的电容电流超过限值时, 系统中性点须经消弧线圈接地, 否则接地点易形成不稳定的电弧, 从而在电网中产生电弧接地过电压。老式的手动调匝式的消弧线圈正逐步被自动跟踪补偿式的消弧线圈所取代。由于消弧线圈流过的感性电流iL补偿了故障相接地点的容性电流iC∑, 使接地点的电流减小。消弧线圈的补偿程度可以分为三种, 即完全补偿、欠补偿、过补偿, 一般采用过补偿。

根据分析可以得出, 中性点经消弧线圈接地电网单相接地故障时的几点结论:

a.非故障线路零序电流超前于零序电压, 其大小等于该线路的充电电流。b.故障线路零序电流的大小等于系统所有非故障线路总充电电流与消弧线圈的补偿电流的代数和。其相位随补偿度而异, 当欠补偿时滞后于 , 过补偿时超前 。

3.2 接地检测方案

上述分析表明, 在中性点经消弧线圈补偿的电网中, 根据补偿度的不同, 零序无功中的方向已不再是固定的。因此, 功率方向判据在这里已不适用, 必须另寻出路。研究表明, 小电流接地电网发生单相接地故障时, 由于电源电动势中存在高次谐波分量和负荷的非线性, 使得接地故障电流中存在着丰富的谐波成分, 其中幅值最大的是5次谐波。在经消弧线圈接地的网络中, 消弧线圈对5次谐波分量的感抗比基波分量大5倍, 而线路电容对5次谐波分量的容抗比基波小5倍, 故消弧线圈并不能补偿5次谐波电容电流。因此, 可以不考虑消弧线圈的影响。分析表明, 中性点经消弧线圈接地系统, 当发生单相接地故障时, 有以下特点:a.故障线5次谐波零序电流等于全部非故障线路5次谐波电容电流之和, 零序电流方向从线路指向母线, 落后五次谐波零序电压值。b.故障线与非故障线路中5次谐波零序电流方向相反。c.非故障线路5次谐波零序电流, 基本上等于本身的5次谐波电容电流。

4 结论

根据以上所述, 就可以通过检测零序电流中5次谐波成分的大小来判断接地故障线路。

另外, 还可利用其他原理构成接地选线装置, 但总体看, 装置使用效果并不十分理想, 还有必要进一步研究。

摘要：小电流接地系统发生故障后的故障电流很小, 不要求保护装置动作, 允许系统继续运行1-2h, 这大大提高了系统的可靠性。然而, 随着系统容量的增加, 馈线增多, 导致系统电容电流增大, 在发生单相接地故障后, 如果长时间带故障运行易诱发持续时间长、影响面广的间歇性电弧过电压, 从而损坏设备, 破坏系统安全运行。

关键词：小电流接地系统,单相接地,故障检测

参考文献

[1]肖白, 束洪春, 高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述[J].继电器, 2001 (4) .

间歇性单相接地 第7篇

在我国配电网中, 采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式居多, 都属于小电流接地系统。该系统具有发生单相接地时故障电流小的优点, 同时系统线电压基本不变, 不影响对负荷连续供电, 仍可继续运行2个小时。但实际运行中可能由于过电压引发电力电缆爆炸、PT保险熔断甚至烧坏、母线短路等事故, 因此, 迅速确定系统接地点消除单相接地故障对系统的安全运行有着十分重要的意义。传统方法是逐条出线拉路法, 但随着工业的飞速发展, 对一些供电要求很高的用电客户来说, 这种方法的弊病是显而易见的, 尤其是对那些负荷较重的配网线路, 这种方法已不满足安全稳定供电的要求。传统选线装置利用故障时电气量为判别依据, 选出一条或几条线路供调度参考, 但准确率低。微机综合自动化系统较传统拉路法和基于单片机原理的传统选线装置有着不可比拟的硬件优势和对复杂软件程序的处理能力, 如何利用现有的微机综合自动化系统资源来进行准确的选线是一个亟待解决的问题。

2电路模型

中性点不接地系统单相接地故障时如图1, 故障点的零序电压为Ud0= (Uad+Ubd+Ucd) /3=-Ua, 故障零序电流为全系统的容性电流。

其向量图如图2所示:由于架空线路对地有相同的等值电容, 根据向量图, 零序电压及零序电流的特点归纳起来有以下四点:

(1) 发生单相接地故障时 (例如A相) , 故障相的对地电容C0被短接; (2) 非故障线路3I01的大小等于本线路的接地电容电流, 其电容性无功功率的方向为由母线流向线路; (3) 故障线路3I02的大小等于所有非故障线路的3I01之和, 也就是所有非故障线路的接地电容电流之和;其电容性无功功率的方向为由线路流向母线; (4) 若零序电流互感器的极性是以变电所母线流向线路为正方向, 那么非故障线路的零序电流超前零序电压90°, 故障线路的零序电流滞后零序电压90°, 故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流在相位上相差180°。

3传统的选线原理及其局限

3.1判据

3.1.1缘监察装置

绝缘监察装置利用接于公用母线的三相五柱式电压互感器, 其一次线圈均接成星形, 附加二次线圈接成开口三角形。接成星形的二次线圈供给绝缘监察用的电压表、保护及测量仪表。接成开口三角形的二次线圈供给绝缘监察继电器。系统正常时, 三相电压正常, 三相电压之和为零, 开口三角形的二次线圈电压为零, 绝缘监察继电器不动作。当发生单相接地故障时, 开口三角形的二次端出现零序电压, 电压继电器动作, 发出系统接地故障的预告信号。

3.1.2零序电流

在中性点不接地的电网中发生单相接地故障时, 非故障线路零序电流的大小等于本线路的接地电容电流。故障线路零序电流的大小等于所有非故障线路的零序电流之和, 也就是所有非故障线路的接地电容电流之和。通常故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大得多, 利用这一原则, 可以采用电流元件区分出接地故障线路

3.1.3零序功率

在中性点不接地的电网中发生单相接地故障时, 非故障线路的零序电流超前零序电压90°, 故障线路的零序电流滞后零序电压90°, 故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流相位相差180°。根据这一原则, 可以利用零序方向元件区分出接地故障线路。

3.2传统方法的局限

3.2.1长线路对地电容大, 电容电流大;短线路对地电容小, 电容电流小, 有时保护易误判, 例如短线路发生接地故障, 其零序电流是非故障长线路电容电流之和, 二者的零序电流数值相差不大, 保护装置很难区分。另外系统进行倒闸操作, 运行状况变化, 电容电流分布也变化, 故动作值难以整定。

3.2.2利用故障线路零序电流滞后零序电压90°, 非故障线路零序电流超前零序电压90°作为判据, 但是当测得的零序电流较小 (如故障线路是长线路, 而非故障线路是短线路) , 零序电流复相量模值较小, 相角差就较大, 就象时钟太短, 难以看清位置 (相角) 一样, 易造成误动。此类保护只适用于稳定金属接地, 而接地故障大多是间歇性或瞬时性弧光接地, 难以准确判断。

3.2.3对所有的线路的零序电流大小和方向进行综合比较, 判别出故障线路。基于单片机原理的传统选线装置CPU采样一个点约需100μs, 以一条线路在一个工频同期 (20ms) 内最少得采集16个点计算, 单CPU采集多条线路时, 一个周波内最多只能采集12条线路的数据, 完成数据采集后, CPU进入数据处理、计算、判别, 在此期间CPU无法继续采样工作, 导致大量数据丢失。对于不稳定弧光接地, 不同周波内数据变化较大, 用它们进行比较必然造成判线错误, 故每条线路至少采集2~3个周波的数据, 才能正确判别出故障线路。

4经消弧线圈接地系统的接地选线

随着国民经济的不断发展, 配网规模日渐扩大, 电缆出线日渐增多, 系统对地电容电流急剧增加, 接地弧光不易自动熄灭, 轻易产生间隙弧光过电压, 进而造成相间短路, 使事故扩大。为了防止这种事故, 电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定;3~10kV架空线路构成的系统和所有35kV、66kV电网, 当单相接地故障电流大于10A时, 中性点应装设消弧线圈, 3~10kV电缆线路构成的系统, 当单相接地故障电流大于30A时, 中性点应装设消弧线圈。根据这一规定, 珠海供电局对系统进行改造, 很多变电站的10kV系统采取中性点经消弧线圈接地的运行方式, 但是造成了采用零序电流原理、零序功率方向原理的接地选线装置的选线正确率急剧下降。其原因是中性点经消弧线圈接地系统单相接地时, 电容电流分布的情况与中性点不接地系统不一样了。

4.1原理分析

如图3, 当K2合上时表示系统的第i条出线C相经过大小为Rd的电阻接地 (Rd=0表示金属接地) , K1合上表示系统经过消弧线圈补偿。其等值零序电路如图4

其中Uc为K2合上 (即接地) 前接地点的电压, Uo为接地后系统的零序电压, Ir为接地点残流, ΣIc为系统总电容电流, IL为消弧线圈补偿电流。他们存在如下关系:Ir=IL-ΣIc

如图5所示, 出线m为故障线路, CT1~CTn为各线路出口的零序互感器。I01~I0n为对应出线的零序电流。故障线路的零序电流I0m=ICm+Ir, 由以上两公式可得I0m=IL-ΣIci (i=0~n且i≠m) , 即故障线路的零序电流等于消弧线圈补偿电流再减去所有非故障线路电容电流的和。假设系统没有消弧线圈补偿即IL=0时, 故障线路零序电流为所有非故障线路电容电流之和, 其幅值较大, 相位与非故障线路相反, 故障特征很明显, 对选线而言有积极作用, 缺点是残流较大。假设消弧线圈完全补偿系统电容电流, 即Ir=0, 此时各出线零序电流即为线路本身电容电流, 故障线路零序电流的幅值和相位与非故障线路没有明显区别, 即故障特征不明显。对于消弧线圈过补偿5%~10%, 与完全补偿相比故障线路零序电流仅仅幅值有所增加, 但各出线长短不一, 架空线路和电缆也造成各出线大小不一, 单凭幅值作为判据在电容电流较小的线路发生故障时容易误判。加上互感器采样误差等原因, 使补偿后的小电流接地系统选线更加困难。

4.2针对消弧线圈接地系统的选线判据

4.2.1暂态零序功率法

a) 发生单相接地瞬间 (除了u (t) =0之外) , 暂态电容电流很大, 而经消弧线圈的暂态电感电流很小, 可认为消弧线圈处于开路状态, 所以在同一电网中, 不论中性点绝缘或是经消弧线圈接地, 在相电压接近于最大值时发生故障的瞬间, 其过渡过程是近似相同的。b) 非故障线路暂态零序电流和电压首半波方向相同, 即暂态零序功率由母线流向线路。c) 故障线路暂态零序电流和电压首半波方向相反, 即暂态零序功率由线路流向母线。d) 它既适用于中性点不接地系统, 也适用于中性点经消弧线圈接地系统。

由上述特点可知, 对短线路而言, 其稳态电容电流小, 暂态电容电流大, 该原理比其它各类反映接地稳态量的原理灵敏度高, 对单相接地反应迅速。

4.2.2五次谐波零序功率法

在经消弧线圈接地的电网中, 由于消弧线圈对五次谐波分量呈现的阻抗较基波分量时增大5倍 (XL=5ωL, 而线路容抗则减少5倍XCΣ=1/5ωCΣ, 因此, 消弧线圈已远远不能补偿五次谐波的电容电流。当单相接地时, 故障线路上五次谐波的零序电流基本上等于非故障线路五次谐波电流之和, 而非故障线路上五次谐波的零序电流就是本身的五次谐波电容电流, 两者的相位相反, 在出线较多情况下, 数值也相差很大。总之五次谐波电容电流的分配规律, 与基波电容电流在中性点不接地电网类似, 消弧线圈可认为处于开路状态。零序电流及电压, 先通过五次谐波滤过器, 然后再接入功率方向判别元件, 籍此可进行故障选线。除此以外, 还有首半波原理法、注入信号寻踪法等方法来确定故障线路的方法。

5结束语

中性点不接地或经消弧线圈接地系统单相接地选线, 是一个老问题, 至今还不能做到选线完全准确。变电站无人值班以后, 对选线的要求就更高了。经过技术改造, 珠海电网经消弧线圈接地系统的单相接地故障选线准确率已显著提高。随着经验的积累, 新的选线方法将会得到进一步的充实和提高。

参考文献

[1]杜永忠, 李红霞。基于零序电流有功分量选择接地线路的方法-实用技术第10卷第4期