110 kV沙土變同等條件下不同中性點(diǎn)接地設(shè)備故障處理對(duì)比試驗(yàn)及其分析

晏 鋒

（國(guó)網(wǎng)江西省電力公司贛西供電分公司，江西新余338025）

0 引言

國(guó)網(wǎng)江西省電力公司贛西供電分公司110 kV沙土變電站在10 kV母線上即安裝有自動(dòng)消弧線圈又安裝有ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置。2015年10月對(duì)這兩種中性點(diǎn)接地設(shè)備在同等條件下分別做了對(duì)單相瞬時(shí)性接地和永久性接地故障處理試驗(yàn)，對(duì)ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置做了單相斷線經(jīng)過渡電阻接地處理試驗(yàn)。通過試驗(yàn)可以看出，自動(dòng)消弧線圈在故障處理方面存在的問題，而ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置則顯示了較大的優(yōu)勢(shì)。

1 成套裝置工作原理分析

1.1 成套裝置構(gòu)成

如圖1所示，成套裝置由測(cè)量單元，選相、選線單元以及消諧控制單元和故障電流轉(zhuǎn)移單元構(gòu)成。

圖1 裝置一次原理圖Fig.1 Schematic diagram of the unit at once

通過TV2電壓互感器用于跟蹤、測(cè)量系統(tǒng)的中性點(diǎn)位移電壓；通過QF1開關(guān)接入，用于判斷鐵磁諧振是否發(fā)生故障，同時(shí)還可以進(jìn)行消諧；通過QF2開關(guān)接入，減小接入電阻值大小，進(jìn)行電流補(bǔ)償；另外還有用于測(cè)量三相電壓的電壓互感器TV1；裝置控制系統(tǒng)用于控制系統(tǒng)各部分動(dòng)作情況。

1.2 成套裝置工作原理

當(dāng)裝置檢測(cè)到電網(wǎng)中性點(diǎn)位移電壓UN異常時(shí)，首先合上QF1，接入補(bǔ)償阻尼支路，檢測(cè)該支路電流Ibd，根據(jù)UN與Ibd的關(guān)系判斷異常發(fā)生的原因。如異常是電網(wǎng)故障造成的，則對(duì)故障類型進(jìn)行判斷。如為鐵磁諧振，則進(jìn)行消諧處理；如為斷線不接地，則進(jìn)行報(bào)警；如為單相接地故障，則根據(jù)UN與Ibd的關(guān)系判斷故障區(qū)，采用分區(qū)式選相的方法選出接地故障相，把故障相的對(duì)地開關(guān)合閘，轉(zhuǎn)移故障點(diǎn)電流，鉗制故障點(diǎn)電位，促使故障電弧熄滅。經(jīng)時(shí)間段ΔT后，斷開對(duì)地開關(guān)，如為瞬時(shí)性故障，則電弧熄滅，電網(wǎng)回歸正常狀態(tài)，如為永久性故障，則在斷開對(duì)地開關(guān)后，故障點(diǎn)再次對(duì)地?fù)舸娋W(wǎng)中性點(diǎn)位移電壓再次回到異常狀態(tài)，裝置啟動(dòng)自適應(yīng)接地選線程序選出并切除故障線路，故障特征消失后，斷開補(bǔ)償阻尼支路裝置復(fù)歸到初始狀態(tài)。

2 試驗(yàn)?zāi)康呐c試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次試驗(yàn)是為了驗(yàn)證在同等條件下，不同中性點(diǎn)接地方式和接地設(shè)備在配電網(wǎng)發(fā)生瞬時(shí)性接地故障時(shí)消弧效果；在配電網(wǎng)發(fā)生永久性接地故障時(shí)接地選線準(zhǔn)確率和故障處理情況，特別是考核配電網(wǎng)發(fā)生單相斷線經(jīng)過渡電阻接地時(shí)故障點(diǎn)的安全性。

2.2 試驗(yàn)條件

110 kV沙土變電站在10 kV有3段母線，在Ⅰ段和Ⅲ段母線上同時(shí)安裝有ZGML-K型帶有接地選線裝置的自動(dòng)消弧線圈和ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置，這為同等條件下不同中性點(diǎn)接地方式和接地設(shè)備試驗(yàn)提供了基礎(chǔ)。10 kVⅢ段母線電容電流經(jīng)測(cè)量為40 A，把Ⅲ段母線與Ⅱ段母線的母聯(lián)開關(guān)斷開，Ⅲ段母線單獨(dú)運(yùn)行。利用Ⅲ段母線上946備用饋線開關(guān)接試驗(yàn)線路，通過10 kV高壓電纜送到故障試驗(yàn)場(chǎng)，與故障試驗(yàn)場(chǎng)安裝的10 kV柱上開關(guān)連接。試驗(yàn)原理圖見圖2。

圖2 試驗(yàn)原理圖Fig.2 Schematic diagram of the test

在10 kV柱上開關(guān)付邊絕緣子旁對(duì)地并聯(lián)可調(diào)式間隙，通過調(diào)整間隙的大小，設(shè)置不同類型的接地故障。并在10 kV柱上開關(guān)付邊接入一端接地的絕緣導(dǎo)線模擬配電線路斷線經(jīng)過渡電阻接地故障。圖3為接地故障現(xiàn)場(chǎng)圖

圖3 接地故障試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.3 Ground fault test site

2.3 試驗(yàn)方法

1）ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置和ZGML-K自動(dòng)消弧線圈對(duì)單相瞬時(shí)性接地故障處理試驗(yàn)：把Ⅲ段母線上安裝的ZGML-K型帶有接地選線裝置的自動(dòng)消弧線圈和ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置輪流投入運(yùn)行。調(diào)整故障試驗(yàn)場(chǎng)絕緣子旁對(duì)地并聯(lián)安裝的可調(diào)式間隙的大小為瞬時(shí)性接地故障值，用1～2 A的熔絲把間隙短接。依次把接地間隙接進(jìn)柱上開關(guān)付邊的A、B、C三相。把946饋線開關(guān)投入運(yùn)行后合上故障場(chǎng)柱上開關(guān)，通過熔絲引燃單相對(duì)地短路電弧，產(chǎn)生單相瞬時(shí)性接地故障，考核ZGML-K自動(dòng)消弧線圈和ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置對(duì)單相瞬時(shí)性接地故障處理情況。

2）ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置和ZGML-K自動(dòng)消弧線圈對(duì)單相永久性接地故障處理試驗(yàn)：把Ⅲ段母線上安裝的ZGML-K自動(dòng)消弧線圈和ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置輪換投入運(yùn)行。調(diào)整故障試驗(yàn)場(chǎng)絕緣子旁對(duì)地并聯(lián)安裝的可調(diào)式間隙的大小為永久性接地故障值，用1～2 A的熔絲把間隙短接。依次把接地間隙接進(jìn)柱上開關(guān)付邊的A、B、C三相，把946饋線開關(guān)投入運(yùn)行，合上故障場(chǎng)柱上開關(guān)，通過熔絲引燃單相對(duì)地短路電弧的方式產(chǎn)生單相永久性接地故障考該ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置和ZGML-K自動(dòng)消弧線圈對(duì)單相永久性接地故障處理情況，特別是考核接地選線準(zhǔn)確率。

3）ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置單相斷線經(jīng)過渡電阻接地故障處理試驗(yàn)：把Ⅲ段母線上安裝的ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置投入運(yùn)行。在10 kV柱上開關(guān)付邊接入一端接地的10 kV絕緣導(dǎo)線（絕緣導(dǎo)線一端絕緣層剝開5 cm左右，使其接地），模擬10 kV絕緣導(dǎo)線斷線過渡電阻接地情況，合上故障場(chǎng)柱上開關(guān)，造成10 kV絕緣導(dǎo)線斷線過渡電阻接地，考核檢驗(yàn)ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置對(duì)單相斷線經(jīng)過渡電阻接地的處理。特別是接地選線準(zhǔn)確率。

3 試驗(yàn)項(xiàng)目與試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1 10 kV配電線路單相瞬時(shí)接地試驗(yàn)

ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置瞬時(shí)性接地故障試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1[1]。自動(dòng)消弧線圈瞬時(shí)性接地故障試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

由表1可以看出，ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置能夠快速處理瞬時(shí)性接地故障，并準(zhǔn)確選出故障相。而表2顯示，自動(dòng)消弧線圈不能自行熄弧，間隙放電聲音逐漸加大，最終需要人為斷開柱上開關(guān)。

表1 ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置瞬時(shí)性接地故障試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Experimental data of transient ground fault of ZXC series active interference type fault phase transfer grounding device

表2 自動(dòng)消弧線圈瞬時(shí)性接地故障試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Test data of instantaneous arcing fault of automatic arc suppression coil

3.2 10 kV配電線路單相永久性接地試驗(yàn)

ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表3 ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 Test data of ZXC series active fault phase transfer grounding device

表4 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Test data of automatic tracking compensation arc suppression device

由表3可得，發(fā)生單相永久性接地故障時(shí)，ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置能夠準(zhǔn)確選出故障線路并立即跳閘，準(zhǔn)確率達(dá)到100%。而表4顯示，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置，不僅容易選錯(cuò)故障線路，而且故障處理時(shí)間久。

3.3 10 kV配電線路單相斷線經(jīng)過渡電阻接地試驗(yàn)

ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

表5 ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 5 Test data of ZXC series active fault phase transfer grounding device

由表5可得，發(fā)生單相斷線經(jīng)過渡電阻接地時(shí)，ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置同樣可以準(zhǔn)確選出故障線路，并進(jìn)行快速跳閘，保障人身安全。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 兩種中性點(diǎn)接地設(shè)備對(duì)瞬時(shí)性接地故障的處理數(shù)據(jù)分析

從試驗(yàn)結(jié)果可看出，配電網(wǎng)自動(dòng)消弧線圈在處理瞬時(shí)性接地故障時(shí)，電弧持續(xù)4 s后不能自行熄滅，最后人為斷開故障場(chǎng)柱上開關(guān)后才切斷故障；ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置在處理瞬時(shí)性接地故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)接地時(shí)間為241.8 ms，這其中還有接地開關(guān)對(duì)地合閘的210 ms（接地設(shè)置時(shí)間），故障點(diǎn)電弧的持續(xù)時(shí)間僅為31.8 ms。自動(dòng)消弧線圈在處理瞬時(shí)性接地時(shí)沒能消除瞬時(shí)性接地電弧，主要是因?yàn)榻?jīng)自動(dòng)消弧線圈補(bǔ)償后的故障殘流沒有控制好，故障殘流達(dá)19 A，大于熄弧臨界值，所以不能使瞬時(shí)性接地電弧熄滅［2］。

4.2 兩種中性點(diǎn)接地設(shè)備對(duì)永久性接地故障的處理數(shù)據(jù)分析

從試驗(yàn)結(jié)果可看出，配電網(wǎng)自動(dòng)消弧線圈在處理永久性接地故障時(shí)，由于其選線裝置沒投跳閘，但3次永久性故障僅有1次正確，接地選線準(zhǔn)確率為33%；ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置在處理永久性接地故障時(shí)，由于選線裝置直接作用于故障開關(guān)跳閘，加上1次斷線故障共進(jìn)行了4次，其選相、選線準(zhǔn)確率都為100%，特別是配電線路單相斷線經(jīng)過渡電阻接地時(shí)選相、選線正確，完全可以把裝置的選線結(jié)果用以跳閘，以快速切斷發(fā)生斷線永久性接地的故障線路，確保人身安全。

4.3 兩種中性點(diǎn)接地設(shè)備對(duì)弧光接地過電壓的限制

由于試驗(yàn)時(shí)沒有安裝過電壓檢測(cè)儀，無法確定產(chǎn)生的弧光接地過電壓幅值，但在自動(dòng)消弧線圈在處理瞬時(shí)性接地故障時(shí)，明顯聽到間隙放電的聲音逐漸增大，這是間隙放電時(shí)產(chǎn)生了幅值逐漸增大的弧光接地過電壓所至。因?yàn)樵谙【€圈接地方式時(shí)，如果經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的故障點(diǎn)的殘流大于熄弧臨界值而無法使瞬時(shí)性故障電弧在一定的時(shí)間內(nèi)可靠熄弧，在接地電流過零時(shí)有暫時(shí)性的熄滅，過零點(diǎn)后，隨著故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的升高，當(dāng)超過故障點(diǎn)絕緣強(qiáng)度后將再次對(duì)地重復(fù)擊穿。雖說消弧線圈的作用可使故障相的恢復(fù)電壓上升的速度降低，對(duì)消弧有利，但是消弧線圈補(bǔ)償后的殘流如果大于熄弧臨界值，接地電弧不能可靠地快速熄滅，產(chǎn)生間歇性的對(duì)地電弧，產(chǎn)生的弧光接地過電壓會(huì)比中性點(diǎn)沒有消弧線圈時(shí)還高［3］。這是因?yàn)榛【€圈的存在，故障點(diǎn)從過零熄弧到重燃的時(shí)間較長(zhǎng)，增加了原來電弧通道的去游離時(shí)間，使電弧到恢復(fù)電壓最大時(shí)這一最不利的時(shí)刻才發(fā)生擊穿，從而產(chǎn)生較高幅值的弧光接地過電壓，使弧光接地過電壓的幅值逐漸增大，使間隙放電聲音越來越響。而ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置在處理瞬時(shí)性接地故障時(shí)，故障點(diǎn)電弧的持續(xù)時(shí)間僅為31.8 ms。為1個(gè)半周波，間歇性的電弧持續(xù)時(shí)間短，不會(huì)引起電網(wǎng)電磁能的振蕩，因而不會(huì)形成高幅值弧光接地過電壓［4］。

5 結(jié)論

這次110 kV沙土變電站所做的試驗(yàn)是在同等條件下，對(duì)不同的中性點(diǎn)接地設(shè)備做的，通過試驗(yàn)結(jié)果可以得出如下結(jié)論：

1）配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)自動(dòng)消弧線圈接地時(shí)，如消弧線圈補(bǔ)償后的殘流控制不到熄弧臨界值以下，并不能使瞬時(shí)性接地故障恢復(fù)，故障點(diǎn)接地電弧的作用可能會(huì)產(chǎn)生較高幅值的弧光接地過電壓，接地電弧的持續(xù)發(fā)展還可由單相瞬時(shí)性接地電弧破壞相對(duì)地或相間絕緣，由單相瞬時(shí)性接地故障發(fā)展為永久性接地故障或相間短路故障，也就是說：如消弧線圈補(bǔ)償后的殘流控制不好，不能提高供電可靠性［5-8］；ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置在處理瞬時(shí)性接地故障時(shí)，故障點(diǎn)電弧的持續(xù)時(shí)間僅為31.8 ms，故障點(diǎn)電弧持續(xù)時(shí)間短，不會(huì)對(duì)故障點(diǎn)絕緣造成破壞，不會(huì)產(chǎn)生弧光接地過電壓，瞬時(shí)性單相接地故障能快速恢復(fù)，因而能大幅度地提高供電可靠性。

2）配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)自動(dòng)消弧線圈接地時(shí)，由于單相接地不跳閘，接地選線準(zhǔn)確率不高，不能及時(shí)選出切斷故障線路，當(dāng)發(fā)生配電網(wǎng)斷線接地時(shí)，故障點(diǎn)不能及時(shí)脫離電源，因而故障點(diǎn)存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)；ZXC系列主動(dòng)干預(yù)型故障相轉(zhuǎn)移接地裝置能對(duì)故障性質(zhì)進(jìn)行智能判斷［9-10］，在判斷故障為永久性接地故障時(shí)，能快速選出并切除故障線路［11-12］，

特別是在配電線路單相斷線經(jīng)過渡電阻接地故障時(shí)，故障點(diǎn)的接地電流被轉(zhuǎn)移，電位被鉗制到接近于零［13-15］，能在較短的時(shí)間內(nèi)切除故障線路，確保了故障點(diǎn)的安全。

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