基于小電流靈活接地的單相接地處理

林 海，陳顯富

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司南寧供電局，廣西 南寧 530000)

0 引言

35 kV 及以下中壓配電網(wǎng)中性點接地方式以小電流接地方式為主，主要分為中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地。然而，兩者各具優(yōu)缺點。中性點不接地方式簡單經(jīng)濟(jì)，易于查找故障線路，但存在易發(fā)生過電壓的問題；而中性點經(jīng)消弧線圈接地方式可以減少間歇性弧光接地過電壓的發(fā)生概率，但諧振接地系統(tǒng)調(diào)諧困難和選線準(zhǔn)確率不高等問題給人困擾。小電流接地方式的最大優(yōu)點是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)供電仍能保證線電壓的對稱性，且故障電流較小，不影響對負(fù)荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘，規(guī)程規(guī)定可以繼續(xù)運(yùn)行1 ～2 h。但隨著饋線的增多，電容電流也在增大，長時間運(yùn)行就易使故障擴(kuò)大成兩點或多點接地短路，弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行，所以必須及時找到故障線路，在采取必要的負(fù)載轉(zhuǎn)供措施之后將接地故障線路切除。

如果能找到一種中性點接地方式，既能發(fā)揮中性點不接地方式和諧振接地的優(yōu)勢，又能解決弧光接地過電壓和單相接地故障選線技術(shù)帶來的難題，這大大有利于提高配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。因此，以開關(guān)投切控制系統(tǒng)中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地之間的切換為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)在靈活接地方式下的運(yùn)行性能和單相接地故障處理及控制方法進(jìn)行研究和探討。

1 基本思路及原理

中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下其消弧線圈與中性點保持?jǐn)嚅_的狀態(tài)，以保證系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障之初該系統(tǒng)的中性點是不接地的，小電流接地選線裝置盡快采集此狀態(tài)下系統(tǒng)的電信號，并準(zhǔn)確的選線，然后測量系統(tǒng)電容電流，調(diào)整消弧線圈的電感值，最后恢復(fù)系統(tǒng)的中性點與消弧線圈的正常連接，補(bǔ)償故障點的電容電流，達(dá)到選線與消弧的目的。

系統(tǒng)正常運(yùn)行時，開關(guān)K 斷開，消弧線圈不接入電網(wǎng)，系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)，此時系統(tǒng)的單相接地故障，如圖1 所示。

圖1 單相接地故障示意

圖1 可簡化得到零序等效電路，如圖2 所示。U0為系統(tǒng)中性點的位移電壓，Uψ為系統(tǒng)的相電壓，Id為故障點的接地電流，Rd為過渡電阻，C為系統(tǒng)單相接地電容。ω為系統(tǒng)角頻率，j為虛數(shù)單位。

由此可得此時中性點的位移電壓為：

圖2 單相接地消弧線圈未接入時的等效電路

設(shè)總共有n條線路，系統(tǒng)的單相接地故障發(fā)生在第n條線路。

1.1 消弧線圈投入前各線路的零序電流計算

非故障線路i(i≠n)首端的零序電流為本線路對地零序電容電流，方向為母線流向線路，其零序電流表達(dá)式為：

故障線路n首端的零序電流等于所有非故障線路首端的零序電流之和，方向為線路流向母線，其零序電流表達(dá)式為：

此時，故障線路的零序電流大小為非故障相零序電流之和，方向與非故障相零序電流相反。通過比幅比相法可實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的故障選線。

1.2 消弧線圈投入后各線路的零序電流計算

非故障線路i首端的零序電流為本線路對地零序電容電流，方向為母線流向線路，其零序電流表達(dá)式為：

故障線路n首端的零序電流等于所有非故障線路首端的零序電流與消弧線圈補(bǔ)償?shù)牧阈螂姼须娏髦?，方向為線路流向母線，其零序電流表達(dá)式為：

由此可見，消弧線圈接入后，由于感性電流與容性電流反相，所以對故障線路的電容電流有補(bǔ)償作用，從而減少故障點的接地電流。

2 基本流程及實施過程

當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，中性點的位移電壓U0的值小于系統(tǒng)相電壓Uψ的15 %；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，U0快速增大，當(dāng)U0的值大于等于預(yù)訂的閾值，則由(1)式可判定系統(tǒng)了發(fā)生單相接地故障。

由式(2)和式(3)可分別計算出非故障線路上的零序電流和故障線路上的零序電流，找出線路中幅值最大的三個零序電流，按照幅值大小順序分別記為若其中一條線路電流的相位方向和其他兩條線路方向相反則該線路發(fā)生故障，若3個電流同向則為母線故障。選線流程如圖3。

圖3 小電流靈活接地系統(tǒng)單相接地故障選線操作流程

3 仿真運(yùn)行分析

根據(jù)圖4 所示系統(tǒng)圖，用Matlab 建立仿真模型。該模型總共有6 條線路，包括4 條電纜線路（長度依次分別為10 km，14 km，12 km，20 km)和1 條10 km 架空線，1 條6 km 架空和8 km 電纜組成的混合線路，依次分別記為L1 ～L6。假設(shè)系統(tǒng)在線路L4 離母線首端1 km 處發(fā)生A 相接地故障。下面根據(jù)某一具體配電網(wǎng)建立仿真模型作為實例，采用方法實現(xiàn)單相接地故障選線及消弧線圈的調(diào)諧功能。

圖4 小電流靈活接地系統(tǒng)仿真模型

在線路4 首端模擬單相經(jīng)電阻接地故障，故障發(fā)生于0.025 s，接地電阻100 Ω。故障后快速采集1 ～6 條線路首端零序電流信號，進(jìn)行信號處理，分析得出各條線路的零序電流幅值與相位情況，選出故障線路。

通過信號處理與數(shù)據(jù)分析可得，線路4 的基波零序電流幅值為 11.584 5 A，為其余非故障線路基波零序電流幅值的4 ～6 倍；此外，線路4 的基波零序電流相位為-144.906 3°，均與其余線路基波零序電流反相。由比幅比相方法可以判斷故障線路為線路4。

選出故障線路后，合上開關(guān)馬上投入消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，其仿真波形如圖5 所示。

圖5 消弧線圈投入前后的接地故障電流

可以看出，在0.105 s 時刻投入消弧線圈后使接地點殘流幅值從16 A 減少至0.6 A 以下，調(diào)諧準(zhǔn)確且補(bǔ)償效果極佳。

4 結(jié)束語

通過開關(guān)靈活控制消弧線圈的接入時序，利用信號采樣裝置采集發(fā)生故障時電力系統(tǒng)中性點處于不接地狀態(tài)下的電氣量，再采用基波群體比幅比相法來選線，該選線方法準(zhǔn)確性高，實現(xiàn)簡便，成本可控，實用性好，不影響現(xiàn)場運(yùn)行的可靠性和安全性；接入消弧線圈后能夠充分發(fā)揮消弧線圈的補(bǔ)償效果，減少接地故障電流，熄滅接地弧光。通過對小電流靈活接地系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，結(jié)果表明，基于小電流靈活接地的單相接地故障處理方法是切實可行的。