變電站小電流接地選線系統(tǒng)的改造及應(yīng)用

徐禮峰（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

變電站小電流接地選線系統(tǒng)的改造及應(yīng)用

徐禮峰
（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

介紹了冷坑110kV變電站6kV小電流接地選線系統(tǒng)的現(xiàn)狀，以及運(yùn)行時(shí)存在的問題，提出了如何有針對(duì)性地處理和解決方案，防止系統(tǒng)非故障設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于電壓升高狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)多相接地短路，通過對(duì)小電流接地選線系統(tǒng)進(jìn)行改造及新型小電流接地選線裝置的應(yīng)用，提高判斷接地故障線路的準(zhǔn)確率，從而實(shí)現(xiàn)線路的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

小電流接地選線；零序電流互感器；接地故障；變比；錄波；過程分析；準(zhǔn)確

1 引言

小電流接地系統(tǒng)提高供電可靠性具有優(yōu)越性，一般都采用經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地及中性點(diǎn)不接地的方式，在我國(guó)電網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用［1］。主要優(yōu)點(diǎn)：出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，可以馬上斷開發(fā)生故障的部分，不需要切斷其它用戶的供電，大大增加了供電可靠性。電力系統(tǒng)在發(fā)生接地故障后雖然能繼續(xù)運(yùn)行1～2h，但非故障相對(duì)地電壓升高，如非故障設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于電壓升高狀態(tài)，加速電力設(shè)備材料的老化，縮短使用壽命，導(dǎo)致設(shè)備的絕緣擊穿，進(jìn)而發(fā)生相間短路故障。在電力系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生變壓器、電壓互感器、避雷器等的燒毀，電力電纜和瓷瓶擊穿等事故［2］。這就需要正確判斷出故障線路，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并解決故障，所以小電流接地選線系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行具有重要的意義。

2 單相接地故障的主要特征

（1）單相不完全（經(jīng)高阻或電弧）接地時(shí)，故障相電壓降低，非故障相電壓升高［3］，但大于相電壓，小于線電壓。零序電壓升高，發(fā)出接地信號(hào)。

（2）單相完全（金屬性）接地，故障相電壓為零，非故障相電壓升高到線電壓。零序電壓升為100V左右，發(fā)出接地信號(hào)。

（3）電壓互感器高壓側(cè)一相斷線或保險(xiǎn)熔斷，此時(shí)故障相電壓指示不為零，出現(xiàn)比較小的電壓指示，非故障相仍為相電壓。零序電壓升為35V左右，發(fā)出接地信號(hào)。

（4）母線空載運(yùn)行時(shí)，也可能出現(xiàn)三相電壓不平衡，發(fā)出接地信號(hào)。但當(dāng)送出饋線后三相電壓正常，接地現(xiàn)象自行消失。

3 冷坑變電站6kV小電流接地選線系統(tǒng)的現(xiàn)狀

動(dòng)力廠冷坑110kV變電站于1985年投入使用，是德興銅礦二期工程的配套供電工程，主要為泗洲廠、精尾綜合廠、北區(qū)、新區(qū)的生產(chǎn)、生活供電，供電量較大，負(fù)荷性質(zhì)重要，必須確保6kV線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。變電站6kV母線為單母分段接線方式，兩段共有6kV饋線24條，采用經(jīng)消弧線圈接地的小電流系統(tǒng)，但消弧消諧現(xiàn)已退出運(yùn)行，相當(dāng)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，對(duì)外供電線路比較多，由于多種原因經(jīng)常造成6kV線路單相接地運(yùn)行。

改造前，變電站6kVI、II段母線各裝有一臺(tái)ZDX型小電流接地選線裝置，選擇的準(zhǔn)確性不高，經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)或不報(bào)現(xiàn)象，如：2013年3月4日，冷坑變電站6kVII段母線接地，三相電壓不平衡（兩相電壓升高，一相降低），值班人員查看小電流選線裝置上為冷624線，經(jīng)礦值班調(diào)度命令斷開冷624開關(guān)后，接地故障仍存在，還是采用傳統(tǒng)的無選擇性絕緣監(jiān)視方法拉線法［4］，經(jīng)試?yán)鄺l線路后，最終斷開冷644線后接地故障消失，母線電壓恢復(fù)正常。由于該裝置不能對(duì)故障線路作出準(zhǔn)確判斷，通常要通過試?yán)ú檎?，需要的時(shí)間比較長(zhǎng)且查找困難，并影響生產(chǎn)。因此當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，為了不影響整個(gè)系統(tǒng)安全供電，對(duì)小電流接地選線裝置改造是非常必要的。

4 選線裝置選線不準(zhǔn)確的原因

經(jīng)過原理論證分析造成選線不準(zhǔn)確的原因主要有：

（1）傳統(tǒng)的ZDX型小電流接地選線裝置選線原理單一，本身準(zhǔn)確性差。

（2）冷坑變電站經(jīng)過多次擴(kuò)容改造，6kV新增線路的零序電流互感器與原有其它線路的零序電流互感器變比不一致，采集的接地線路零序電流可能反比沒接地的線路小，造成錯(cuò)選。

（3）電流互感器穿過電力電纜時(shí)接地線的接法錯(cuò)誤。

（4）6kV系統(tǒng)有多條為多電纜出線，現(xiàn)場(chǎng)有的電纜未穿過零序電流互感器，造成接地選線裝置采集的接地線路零序電流很小，以至于出現(xiàn)錯(cuò)選其它沒接地的線路現(xiàn)象。

（5）零序電流互感器的極性必須一致，接線必須正確［5］，存在有些線路零序電流互感器的極性可能接錯(cuò)現(xiàn)象。

5 合理選擇新型小電流接地選線裝置

針對(duì)以上選線不準(zhǔn)確存在的問題，首先必須對(duì)小電流選線裝置進(jìn)行更換，合理選擇新型小電流接地選線裝置。通過對(duì)市場(chǎng)調(diào)查、并與廠家技術(shù)交流及設(shè)備性能比較，最終選用上海藍(lán)瑞電氣有限公司的ZXJ-II綜合故障診斷及錄波裝置，該裝置可廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站及大型廠礦企業(yè)的中壓電網(wǎng)的小電流接地系統(tǒng)。它應(yīng)用高端32位600MHz數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，雙CPU 的硬件設(shè)計(jì)，采用基于故障過程分析的辨識(shí)方法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的故障辨識(shí)及單相接地選線。選線原理是用小波的方式對(duì)故障的過程搜索數(shù)據(jù)，通過對(duì)特征量、定義有效域、不同單相接地類型等數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分析，辨識(shí)出接地的類型，具有高的準(zhǔn)確性。

該裝置主要有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）長(zhǎng)周期全程對(duì)故障前后各路信號(hào)(各相對(duì)地電壓、零序電壓、各支路零序電流)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行完整、不遺漏、低失真高精度錄波，對(duì)故障做出準(zhǔn)確判斷。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)，記錄電網(wǎng)每一個(gè)過渡過程及前后的穩(wěn)態(tài)波形，將故障錄波數(shù)據(jù)分析為一系列的穩(wěn)態(tài)—過渡—穩(wěn)態(tài)過程，對(duì)多個(gè)過程辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一分析，得出正確結(jié)論，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確選線。

（3）支持零序電壓升高的各類故障的辨識(shí)，能夠準(zhǔn)確辨識(shí)包括支路單相接地、單相斷線、單相斷線接地、鐵磁諧振、消弧線圈串聯(lián)諧振、相間短路等多種故障類型。充分利用故障發(fā)生前后的穩(wěn)態(tài)信息和故障發(fā)生時(shí)的過渡信息，對(duì)這些信息進(jìn)行分層次、分過程的綜合分析，對(duì)故障類型進(jìn)行全面的辨識(shí)。

（4）后臺(tái)錄波數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)接錯(cuò)，極性接反的情況。

6 施工方案的確定及具體實(shí)施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定改造施工方案：

（1）利用年檢停電期間對(duì)所有線路零序電流互感器的變比進(jìn)行檢查。對(duì)變比不統(tǒng)一的零序電流互感器進(jìn)行更換，并接好二次接線，提高小電流接地選線裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性。

（2）檢查所有線路零序電流互感器穿過電力電纜時(shí)接地線的接線是否正確［6］，電纜外皮接地點(diǎn)在零序電流互感器上部時(shí)，接地線必須穿過零序電流互感器后，在線路側(cè)接地，同時(shí)應(yīng)注意固定，卡子與電纜鋼鎧之間必須絕緣，接地線也必須與固定卡子絕緣；電纜外皮接地點(diǎn)在零序電流互感器下部時(shí)，接地線不應(yīng)再穿過零序電流互感器。

（3）幾條電纜并聯(lián)的線路，尺寸允許時(shí)可將所有電纜穿入同一零序電流互感器中，或每條電纜安裝一只零序電流互感器，二次繞阻并聯(lián)后接入裝置。

（4）ZDX型小電流接地選線裝置解除運(yùn)行，更換為ZXJ-II綜合故障診斷及錄波裝置，將6kV高壓室各出線開關(guān)柜零序電流及I、II段PT柜三相PT電壓、零序電壓使用2*2.5屏蔽電纜從相應(yīng)端子接入綜合故障診斷屏，接線時(shí)務(wù)必保證接線正確，并給裝置分別接入220V直流和交流電源。

（5）查看圖紙對(duì)所有線路零序電流互感器的接線、極性進(jìn)行檢查 ，與電纜母線端同極性的端子接（+），異極性的端子接（-），保證極性接線完全正確。

（6）考慮值班人員能更快捷判斷線路接地故障，在技術(shù)上加以論證后，將ZXJ-II綜合故障診斷及錄波裝置安裝在主控室方便監(jiān)控，并通過通訊電纜接至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，完成后配合廠家做好系統(tǒng)調(diào)試，試驗(yàn)無誤后投入使用。

7 改造后裝置應(yīng)用效果分析

（1）友好的人機(jī)界面。裝置采用8.4寸彩色液晶顯示屏，人機(jī)交互界面，操作簡(jiǎn)捷，使用方便；運(yùn)行界面結(jié)構(gòu)清晰，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、接地信息、波形、診斷結(jié)果等一目了然。

（2）具有通信功能。根據(jù)需要可提供RS232、 RS422、RS485及以太網(wǎng)通信接口；支持多種通訊規(guī)約，能夠配合各種RTU和主站系統(tǒng)及上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)；將故障發(fā)生的時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間、故障支路編號(hào)、故障類型等傳送到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，并有報(bào)警功能，以便值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

（3）高精度、高準(zhǔn)確率、高可靠性。采用16位高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，數(shù)據(jù)采集速度快、精度高；裝置電流輸入精度可達(dá)0.1%，保證接地電流很小時(shí)（高阻接地）能準(zhǔn)確選線，原來的小電流選線設(shè)備的準(zhǔn)確性相對(duì)較低，不能夠有效準(zhǔn)確地辨識(shí)復(fù)合故障。綜合故障診斷及錄波裝置則有效地解決了這些問題，實(shí)際應(yīng)用過程中選線情況良好，接地故障的辨識(shí)正確率100%。2015年元月6日冷627線和2015年元月8日冷626線等多次線路發(fā)生接地故障時(shí)都作出了準(zhǔn)確判斷，為運(yùn)行人員果斷判斷提供一個(gè)可靠的科學(xué)依據(jù)。裝置人機(jī)界面和檢測(cè)診斷邏輯分屬上下位機(jī)，互相監(jiān)測(cè)，互不影響；采用歐式標(biāo)準(zhǔn)插框結(jié)構(gòu)，強(qiáng)弱電隔離、硬件看門狗、光電隔離和無觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)安全可靠。

8 結(jié)束語

通過對(duì)小電流接地選線系統(tǒng)的改造，并進(jìn)行了針對(duì)性的處理，解決了原先小電流接地選線裝置運(yùn)行時(shí)存在選線不準(zhǔn)的問題，盡快查找出故障線路，將故障線路切除，使維修人員能及時(shí)排除線路故障，縮短恢復(fù)送電時(shí)間，大大提高了工作效率，避免事故的發(fā)生，確保變電站線路供電可靠性。

［1］郭清滔, 吳田. 小電流接地系統(tǒng)故障選線方法綜述[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2010(2):146-152.

［2］要煥年. 城市電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 1991(3):94-97+104.

［3］張慧芬. 配電網(wǎng)單相接地故障檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 濟(jì)南:山東大學(xué), 2006-04-16.

［4］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, 1996:63-64.

［5］吳清, 許云峰. 小電流接地選線裝置選線準(zhǔn)確率低的原因分析及提高選線正確率的方法[J]. 電力設(shè)備, 2007(11):11-13.

［6］解偉. 提高小電流選線裝置動(dòng)作準(zhǔn)確率的管理措施[J]. 安徽電力, 2010(3):72-74.

Improvement and Application on Substation of Line Selection for Small Current Grounding System

XU Li-feng
（Dexing Copper Mine, Jiangxi Copper Corporation, Dexing 334224, Jiangxi, China）

The current situation of 110kV substation 6kV line selection for small current grounding system cooling pit is introduced. For the problems existed when operating, the handing methods and solve scheme are put forward, to prevent the system non fault equipment in increasing voltage state for a long time, causing multiphase grounding short circuit. Based on the improvement of line selection for small current grounding system and the application on new model small current grounding line selection device, the accuracy of judging earth fault line is improved, and the safe, reliable and stable operation is realized for the line.

small current grounding line selection；zero sequence current transformer；grounding fault；ratio；recorder；process analysis；accurate

TM63

B

1009-3842（2015）03-0078-03

2015-01-07

徐禮峰（1979-），男，江西廣豐人，本科，主要從事電氣技術(shù)管理工作。E-mail: 27873606@qq.com