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電力檢測技術

淺析小電流接地系統的接地選線及判據

時間：2009-04-23

1.引言
     在我國35kV及10kV電力系統中，變壓器的中性點多采用非直接接地方式（為小接地電流系統），當線路發生單相接地故障時，故障電流的數值往往較負荷電流小的多，故障相電壓降為零，非故障相電壓升高為相電壓的倍，但三相之間的線電壓仍然保持對稱，對供電負荷沒有影響，因此規程允許繼續運行1～2h。但實際運行中可能由于過電壓引發電力電纜爆炸、TV保險熔斷甚至燒壞、母線短路等事故，因此，迅速確定系統接地點消除單相接地故障對系統的安全運行有著十分重要的意義。傳統的尋找接地故障線路的方法是：依次逐條斷開每回出線的斷路器，故障線路被斷開后，接地相電壓恢復且接地信號消失，否則繼續尋找。雖然這種尋找方法大多可通過重合閘來進行補救，但隨著工業的飛速發展，對一些供電要求很高的用電客戶來說，這種方法的弊病是顯而易見的，尤其是對那些負荷較重的35kV線路，這種方法已不滿足安全穩定供電的要求。小電流接地選線裝置自八十年代問世以來，迅速得以普及，經歷了幾次更新換代，其選線的準確性雖在不斷提高，但選線效果卻不是很理想，據有關資料統計目前在線運行的各種型號的選線裝置平均選線正確率僅為20％～30％，存在誤判率較高的通病，因此許多裝置安裝后形同擺設，根本無法使用，造成了浪費。微機綜合自動化系統較基于單片機原理的傳統選線裝置有著不可比擬的硬件優勢和對復雜軟件程序的處理能力。如何利用現有的微機綜合自動化系統資源來進行準確的選線是一個亟待解決的問題。
2.小接地電流系統單相接地時零序電壓及零序電流分析
     單相接地故障時，故障點的零序電壓為U(·)d0=(U(·)ad+U(·)bd+U(·)cd)/3=-U(·)a，故障零序電流為全系統的容性電流。
     其向量圖如圖1所示：由于架空線路對地有相同的等值電容，根據向量圖，零序電壓及零序電流的特點歸納起來有以下四點：
     ①發生單相接地故障時（例如A相），故障相的對地電容C0被短接；
     ②非故障線路3I(·)01的大小等于本線路的接地電容電流，其電容性無功功率的方向為由母線流向線路；
     ③故障線路3I(·)02的大小等于所有非故障線路的3I(·)01之和，也就是所有非故障線路的接地電容電流之和；其電容性無功功率的方向為由線路流向母線；
     ④若零序電流互感器的極性是以變電所母線流向線路為正方向，那么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在相位上相差180°；
3.綜合自動化變電站小電流接地選線的具體實現及判據
     青州電網目前廣泛采用了基于WINDOWSNT(WORKSTATION4.0)操作系統的微機綜合自動化系統，其小接地電流選線功能的實現硬件上配置簡單、靈活，選線的軟件程序也不復雜。當某段母線電壓互感器的開口三角電壓（零序電壓）越限時（一般設置為10～20V），由公用采集裝置檢測出，并向選線功能主站發出信號，功能主站收到報警信號后向該段母線上的所有出線保護裝置召喚零序電壓及零序電流的向量，根據采集到的向量計算出接地時電容性無功功率的方向，同時根據各線路零序電流的大小，判出接地的故障線路。選線零序方向元件的最大靈敏角為90度。一般說來，從以下幾點可以對接地線路進行初步的判別：      ①如果以變電所母線流向線路出口的方向為正方向，接地時電容性無功功率為：Q=Im(U(·)×I(*))=Uy×Ix-Ux×Iy＞0
     ②接地線路的3I(·)0幅值最大；
     ③如無正向線路接地的特殊情況下，則判母線接地；
4.零序電流、零序電壓的獲取及試驗方法
     對于電流互感器采用三相完全星型的接線方式，可以用三相電流的矢量和作為零序電流，其優點是接線簡單，不易混淆零序電流的同名端。當電流互感器為兩相不完全星型的接線方式，且出線端口為高壓電纜時，可加裝單獨的零序電流互感器，其優點是不平衡電流較小，故障情況時，反應更為靈敏。一般情況下，為在故障情況下獲取較大的故障二次電流特征量數值，零序電流互感器的變比應選擇的盡可能的小，精度盡可能的高，最好加裝專用的選線型零序電流互感器（據統計，一般的200/5零序電流互感器，當一次電流小于5A且二次側帶規定負荷時，其比差達20～40％，角誤差達30～50度）。應特別注意零序電流的方向均應以母線流向線路為正，零序電流慮過器或零序電流互感器的同名端接保護裝置的同名端。
     大部分微機線路保護裝置零序電壓的選取，都由保護裝置本身計算故障時的三相電壓直接得出，也有的保護裝置需外加零序電壓，外加零序電壓時應注意零序電壓的方向，電壓互感器的開口三角采用正極性接法但是以反接線接入保護裝置，也就是電壓互感器的開口三角同名端(星號端)接出N并接地，再接微機保護裝置的同名端3U0*。非同名端(不帶星號端)接出L，同時接微機保護裝置的非同名端3U0，如圖2所示。
根據以上對零序電壓和零序電流特點的分析及現場實際的接線，試驗時需模擬故障線路的實際零序電流和零序電壓的相位，如:利用廣東昂立公司的6108G微機綜合試驗儀試驗時，先加三相均衡正相序電壓，再將U(·)a降為零，同時設置3I(·)0超前U(·)a90度（因為實際U(·)0與U(·)a的相位差180度），對選線裝置進行試驗。設備送電后，對10kV系統可選定某條出線進行實際接地試驗，以此判定接線是否正確及選線裝置的動作特性，但對35kV系統因接地電流較大，電壓等級較高，危險性較大，可不予實際接地試驗。
5.結束語
微機綜合自動化系統選線較傳統的小電流接地選線裝置有極大的優越性和進步性，但中性點非直接接地系統單相接地時產生的高次諧波以及故障過渡過程產生的過電壓等，造成了傳統選線裝置誤判率較高的弊病。微機綜合自動化系統選線時往往提供三組可能接地的線路，再進行人工篩選、細化分析，將有助于提高選線正確率。青州電網已在2個110kV及6個35kV變電所采用了北京四方公司的微機綜合自動化系統的選線功能，據運行統計，選線正確動作率高達95.6％，提高了我們供電部門的經濟效益和社會效益。