小電流接地故障選線裝置的原理及應(yīng)用

辛佩宏

摘 要：介紹了小電流接地系統(tǒng)接地選線的意義，闡述了一種選線裝置的原理及結(jié)構(gòu)。總結(jié)了選線裝置在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；選線原理；應(yīng)用及故障分析

引言

小電流接地系統(tǒng)在國內(nèi)66kV及以下電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，而單相接地故障在小電流接地系統(tǒng)中故障率很高。隨著近年來電網(wǎng)容量的加大，接地電流也不斷增大，因單相接地故障造成的損失越來越嚴(yán)重。因單相接地時(shí)，非故障相對地電壓升高，易產(chǎn)生系統(tǒng)諧振，對電網(wǎng)設(shè)備的絕緣產(chǎn)生破壞作用，損傷積累到一定程度會造成避雷器、PT爆炸或絕緣子閃絡(luò)等情況發(fā)生。

通常選線的辦法是利用變電所絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出的接地信號，然后根據(jù)接地拉閘選擇出接地出線柜。沒有發(fā)生單相接地的線路，也需短時(shí)間停電，這對要求連續(xù)供電的企業(yè)會造成影響。所以研究應(yīng)用快速、準(zhǔn)確的小電流接地選線裝置意義重大，可大大提高電力供應(yīng)中的安全、經(jīng)濟(jì)型。

1 JDBH-10/1型小電流接地保護(hù)選線裝置原理及性能

1.1 基本原理

JDBH-10/1小接地電流系統(tǒng)消弧、過壓、感電保護(hù)裝置（以下簡稱裝置），是一種針對中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)快速熄滅故障點(diǎn)電弧，對人體和設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的裝置。該裝置以接地選相控制裝置為核心設(shè)備，實(shí)時(shí)采集、計(jì)算母線電壓及零序電壓的變化，識別系統(tǒng)有無接地和接地的相別。如果系統(tǒng)某一相發(fā)生接地故障時(shí)，接地選相裝置快速開出相應(yīng)相別的真空開關(guān)合閘指令，將故障相與接地網(wǎng)直接連接。裝置的接地電阻在0.5歐以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接地故障點(diǎn)處的接地電阻，利用并聯(lián)分流原理，可以很好的轉(zhuǎn)移接地故障點(diǎn)處的入地電流，讓接地相與大地強(qiáng)迫等電位，使接地故障點(diǎn)處的電弧不能維持而熄滅，從而對人身感電及間歇性接地引發(fā)過電壓等故障起到保護(hù)作用。它根據(jù)裝置動作前后，系統(tǒng)零序電流方向的變化和附加的零序阻抗選線法，來進(jìn)行選線；有別于一般的選線裝置，提高了選線的精度。克服了中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，單相接地時(shí)易飛弧、過電壓擴(kuò)大事故及人身感電不及時(shí)跳閘的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了既提高供電可靠性，又快速保護(hù)的目的。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

1.2.1 一次設(shè)備

（1）單相操作真空開關(guān)：分相操作真空開關(guān)在接地選相控制裝置控制下，快速將接地故障相與接地網(wǎng)直接連接，為裝置對人身及設(shè)備的保護(hù)提供了保證。

（2）其他配套設(shè)備：包括斷路器、電流互感器、零序電流互感器等。

1.2.2 二次設(shè)備

二次設(shè)備包括接地選相裝置、接地選線裝置、驅(qū)動閉鎖單元、JDBH-10/1控制屏及其它附屬設(shè)備。

1.3 裝置特點(diǎn)

1.3.1 運(yùn)用快速接地轉(zhuǎn)移的思想，將接地相與接地網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)移接地故障點(diǎn)處接地電流，使故障點(diǎn)電流趨于零，故障電弧不能維持而熄滅，從而對接地故障點(diǎn)起到保護(hù)作用。接地保護(hù)動作時(shí)間小于50ms。

1.3.2 為了防止接地保護(hù)裝置投入與退出系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，引起系統(tǒng)對地電壓的追加變化，采用斷路器過零投切的控制技術(shù)。

1.3.3 裝置利用零序阻抗變化識別接地回路方法，無論系統(tǒng)發(fā)生100%接地還是高阻接地，裝置均可準(zhǔn)確選出接地回路。

1.3.4 裝置具有完善的防護(hù)閉鎖功能。

1.4 實(shí)現(xiàn)功能

1.4.1 該裝置根據(jù)小電流接地系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，通過微機(jī)邏輯計(jì)算，有效實(shí)現(xiàn)了選相、選線、閉鎖等功能。

1.4.2 通過接地電流與零序電壓的關(guān)系，能有效的判別接地相別，其附加的零序電壓增量起動可克服正常系統(tǒng)的不對稱電壓，對高阻接地也有較高的靈敏度。

1.4.3 通過線電壓越線及零序電壓角度雙重閉鎖，能保證在PT一二次斷線、短路及各種異常運(yùn)行狀態(tài)下，閉鎖裝置，防止錯(cuò)誤選相出口。

1.4.4 為了防止分相斷路器同時(shí)合閘，造成母線故障，該裝置出口回路進(jìn)行了單一處理，并經(jīng)斷路器位置開關(guān)的雙重閉鎖，能確保分相斷路器的相互閉鎖，保證斷路器不能同時(shí)合閘。

1.4.5 通過零序阻抗、零序電流及方向進(jìn)行綜合判斷，具備完善的選線功能，能夠準(zhǔn)確的選出接地回路，并能區(qū)分線路、母線接地，并能儲存、顯示故障信息。

1.4.6 具有完善的面板操作、數(shù)據(jù)儲存、錄波等功能，可根據(jù)需要任意調(diào)整起動、保持的各項(xiàng)定值，方便系統(tǒng)需要。

1.5 動作說明

當(dāng)系統(tǒng)依據(jù)第一越限定值判斷出單相接地故障后，接地保護(hù)裝置動作，接地保護(hù)時(shí)間為第一次保護(hù)時(shí)間（30s），達(dá)到時(shí)間后接地保護(hù)裝置自動復(fù)歸。

如在開關(guān)動作間隔時(shí)間后仍為同相接地故障，接地保護(hù)裝置再次動作，接地保護(hù)時(shí)間為第二次保護(hù)時(shí)間（60s），達(dá)到時(shí)間后接地保護(hù)裝置自動復(fù)歸。

如在開關(guān)動作間隔時(shí)間后仍為同相接地故障，系統(tǒng)視為永久接地故障，如此時(shí)零序電壓超過第二越限定值，接地保護(hù)裝置動作，接地保護(hù)時(shí)間為第三保護(hù)時(shí)間；如零序電壓超過第一越限定值并且低于第二越限定值，接地保護(hù)裝置不動作，處于監(jiān)視狀態(tài)。其后動作均按照第三次動作執(zhí)行。

如接地保護(hù)裝置復(fù)歸后，在故障消失時(shí)間內(nèi)，不再出現(xiàn)同相接地故障，系統(tǒng)認(rèn)為故障消失，系統(tǒng)自動恢復(fù)為按照第一越限定值判斷，并按照第一次保護(hù)時(shí)間進(jìn)行動作。

2 綏化供電公司小電流接地保護(hù)裝置應(yīng)用故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

黑龍江省綏化供電公司桃林變于2010年6月投入運(yùn)行1臺JDBH10型小電流接地保護(hù)裝置。2010年8月28日該保護(hù)裝置在系統(tǒng)接地消失時(shí)，未開出接地故障相開關(guān)分閘，造成變電所持續(xù)接地故障報(bào)警。運(yùn)行人員在確定沒有線路接地后，退出JDBH10型接地保護(hù)裝置，系統(tǒng)運(yùn)行正常。

JDBH10型小電流接地保護(hù)裝置判斷系統(tǒng)滿足接地保護(hù)動作條件后（零序電壓），接地保護(hù)裝置動作，將接地故障相合閘，接地保護(hù)裝置進(jìn)入保護(hù)階段。當(dāng)接地故障消失時(shí)，不再出現(xiàn)同相接地故障，系統(tǒng)認(rèn)為故障消失，接地保護(hù)裝置系統(tǒng)自動恢復(fù)為按照第一越限定值判斷，并按照第一次保護(hù)時(shí)間進(jìn)行動作，接地故障相開關(guān)分閘。但此次桃林變小電流接地保護(hù)裝置在系統(tǒng)接地消失時(shí)，卻未開出接地故障相開關(guān)分閘，造成變電所持續(xù)接地故障報(bào)警。

2.2 故障分析及改進(jìn)方法

裝置抗擾能力差，接地保護(hù)裝置接地選相控制單元DSP控制板主要受外界干擾，接地保護(hù)裝置程序邏輯上對保護(hù)裝置動作進(jìn)行了閉鎖，防止接地保護(hù)裝置開出勿動動作；因?yàn)榻拥乇Ｗo(hù)裝置動作開出了閉鎖，所以在接地保護(hù)裝置開出分閘操作時(shí)無法正常開出分閘信號，接地相開關(guān)不能分閘?，F(xiàn)場運(yùn)行人員在確定線路無接地故障后，退出接地保護(hù)裝置后系統(tǒng)運(yùn)行正常。

事情發(fā)生后技術(shù)人員現(xiàn)場檢查更換DSP板，對DSP板上的參數(shù)存儲單元進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，硬件上增加了寫保護(hù)功能，可以很好的避免數(shù)據(jù)參數(shù)丟失的問題。另外對動作閉鎖功能進(jìn)行了改進(jìn)，在接地保護(hù)裝置異常的情況下，控制單元可以開出應(yīng)急分閘操作（開關(guān)分閘）從而解決了像桃林變這種異常情況下不能分閘的問題。

3 結(jié)束語

小電流接地系統(tǒng)在我國配電網(wǎng)中應(yīng)用比較廣泛，也是最易發(fā)生單相接地的系統(tǒng)。在配電網(wǎng)中，發(fā)生的單相接地故障可占總故障的80%左右，因此如何及時(shí)檢測和判別故障線路一直是配電網(wǎng)自動化研究的一個(gè)課題。近年來，隨著微機(jī)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，相繼出現(xiàn)了一些微機(jī)型接地選線裝置和適合微機(jī)實(shí)現(xiàn)的選線理論；到目前為止，基于不同選線理論已經(jīng)推出了幾代產(chǎn)品。但在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)有的故障選線原理各有其局限性，其效果并不十分理想，所以該問題還有必要繼續(xù)研究。

參考文獻(xiàn)

[1]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理（第三版）[M].北京：水利電力出版社，1996.

[2]曾祥君，伊項(xiàng)根，張哲.配電網(wǎng)接地故障負(fù)序電流分布及接地保護(hù)原理[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001.