小電流接地故障管理系統(tǒng)及其應(yīng)用

王勇 邢柳

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的快速發(fā)展，為維持供電系統(tǒng)的可靠性，大都采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或高電阻接地的形式，這種接地方式稱之為小電流接地。在小電流接地形式下，若發(fā)生單相接地，系統(tǒng)線電壓仍然可以三相對(duì)稱運(yùn)行而不影響下側(cè)用戶各設(shè)備的正常工作，其供電方式的可靠性優(yōu)于中性點(diǎn)直接接地供電系統(tǒng)，但這種非直接接地的方式也會(huì)給系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)一定的威脅。為此，以下筆者據(jù)多年從事電氣運(yùn)行和檢修維護(hù)作業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勑‰娏鹘拥叵到y(tǒng)的常見(jiàn)故障、故障處理以及其固有缺陷，并對(duì)小電流接地故障管理系統(tǒng)及其應(yīng)用簡(jiǎn)介。

關(guān)鍵詞：小電流接地;常見(jiàn)故障;固有缺陷;單相接地故障管理系統(tǒng)

引言

小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處理技術(shù)早已備受廣大學(xué)者關(guān)注，近年來(lái)其技術(shù)發(fā)展快速。首先論述了小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障問(wèn)題及其快速處理的必要性。為了研究小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的選線問(wèn)題，本文提出了基于暫態(tài)量的小波分析法。故障電流中暫態(tài)信息量可被利用的有效成分較多，利用小波變換對(duì)信號(hào)的精確分析，通過(guò)比較各條線路故障零序電流經(jīng)小波變換后信號(hào)的模極大值大小以及極性來(lái)實(shí)現(xiàn)故障選線。

1小電流接地系統(tǒng)常見(jiàn)故障

1）發(fā)生一相（如A相）完全接地，接地相電壓降至0，正常相電壓升高，電壓互感器開(kāi)口三角處出現(xiàn)100V的電壓值，選線系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)際生產(chǎn)中這種情況較為少見(jiàn)。絕大部分接地為不完全接地（如高電阻、電弧等），若發(fā)生這類接地故障，故障相電壓值會(huì)據(jù)接地情況不同而發(fā)生變化，非故障相電壓也會(huì)依據(jù)情況而變，此時(shí)系統(tǒng)中消弧線圈會(huì)產(chǎn)生容性電流進(jìn)行補(bǔ)償，若電纜絕緣不能恢復(fù)，則會(huì)被再次擊穿，如此反復(fù)，甚至引起相間短路，導(dǎo)致事故擴(kuò)大化。2）測(cè)量元件故障所引起的接地故障，多見(jiàn)于電壓互感器斷線或熔斷件熔斷等，此時(shí)故障相電壓有所降低，其他相的電壓為相電壓，電壓互感器三角處會(huì)有一個(gè)35V的電壓值去啟動(dòng)繼電器，發(fā)出接地報(bào)警，此時(shí)只要對(duì)測(cè)量用互感器進(jìn)行檢修或更換熔斷件即可處理。3）溫度高環(huán)境溫度過(guò)高導(dǎo)致小電流故障定位裝置過(guò)熱，造成故障定位功能失敗，裝置無(wú)法定位出故障區(qū)段。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，小組對(duì)裝置在現(xiàn)有最高溫度下進(jìn)行小電流故障定位功能驗(yàn)證。試驗(yàn)溫度取35℃，使裝置XHK-II與XJ-200在此溫度下連續(xù)運(yùn)行72h，驗(yàn)證小電流接地故障能否正確動(dòng)作。每臺(tái)裝置進(jìn)行25次試驗(yàn)，隨機(jī)選取5個(gè)通流間隔，每個(gè)間隔接連進(jìn)行5次重復(fù)，促使小電流接地故障定位的裝置發(fā)熱。經(jīng)試驗(yàn)，高溫環(huán)境下，小電流故障定位的裝置可正常識(shí)別故障間隔，故障定位正確。因此，小組確認(rèn)環(huán)境溫度過(guò)高為非要因。

2小電流接地故障的處理

2.1利用接地選線裝置自動(dòng)選線技術(shù)

該技術(shù)的基本原理是在變電站高壓配電網(wǎng)母線側(cè)安裝專門的小電流接地選線裝置，出線側(cè)配置零序TA，當(dāng)配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，小電流接地選線裝置利用判別算法檢測(cè)故障信息，一般情況下只發(fā)出單相接地故障信號(hào)，不會(huì)跳閘;選出接地線路后由調(diào)控值班員通知運(yùn)維人員查線排除故障。理論上講，若小電流接地選線裝置能100%準(zhǔn)確選出接地線路，那么采用此項(xiàng)技術(shù)處理單相接地故障準(zhǔn)確率也是100%，而且具有對(duì)用戶不停電的特點(diǎn)。當(dāng)前接地選線技術(shù)的發(fā)展主要集中在單相接地故障檢測(cè)方法研究上?；趩蜗嘟拥貢r(shí)故障的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)信號(hào)特征，選線算法可分為穩(wěn)態(tài)選線法、暫態(tài)選線法，隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，近些年來(lái)又出現(xiàn)了綜合選線法等，穩(wěn)態(tài)選線法主要有：零序電流幅值比較法、零序電流方向法、諧波法、零序電流有功方向法、負(fù)序電流法、注入信號(hào)法;暫態(tài)信號(hào)法主要有：暫態(tài)零模電流幅值與極性比較法、暫態(tài)零模電流方向法、暫態(tài)行波法、小波法、暫態(tài)能量法等。受接地方式及單相接地故障類型的影響，各種選線技術(shù)均具有各自特點(diǎn)。①由于行業(yè)缺乏相應(yīng)的檢測(cè)規(guī)程及有關(guān)運(yùn)維規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致市場(chǎng)上選線裝置生產(chǎn)廠家參差不齊，產(chǎn)品質(zhì)量難以得到有效保障。②零序TA選型、極性錯(cuò)誤，電纜屏蔽線未穿過(guò)零序TA等安裝調(diào)試過(guò)程中存在的問(wèn)題。③供電部門對(duì)選線裝置重視程度及運(yùn)維管理缺乏重視性，以至于選線裝置成為了變電站“設(shè)備擺設(shè)”。指出小電流接地故障選線問(wèn)題目前從技術(shù)上已經(jīng)得到了解決，中電阻法與暫態(tài)法的故障選線成功率能達(dá)到90%甚至95%以上，能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，但仍有許多工作要做。

2.2小波的奇異性檢測(cè)原理與選線判據(jù)

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相故障時(shí)，故障電流會(huì)突然發(fā)生改變，故障電流的突變應(yīng)成為奇異性。對(duì)于突變的信號(hào)，小波變換能敏銳的捕捉到信號(hào)劇烈變化的特征信息，將信號(hào)中的奇異點(diǎn)投影在小波域中，經(jīng)分析變換得小波變換系數(shù)的模極值點(diǎn)。因此，原始信號(hào)的突變的強(qiáng)弱程度也能根據(jù)模極大值的大小反應(yīng)出來(lái)，即在奇異點(diǎn)處系數(shù)擁有模極大值，就暫態(tài)故障分析而言，故障發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)處就是該極大值出現(xiàn)的時(shí)間。小波變換的模極大值點(diǎn)與原始信號(hào)突變點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，本文選線的基本原理就是基于此。故障發(fā)生瞬間電流會(huì)突然發(fā)生改變，此時(shí)所有非故障線路暫態(tài)零序電流突變的極性相同且與故障線路相反。利用小波奇異性檢測(cè)理論對(duì)各條線路故障信號(hào)進(jìn)行小波變換，然后將經(jīng)小波變換后信號(hào)的模極大值大小和極性進(jìn)行比較和分析。

2.3單相接地故障管理系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能

MXJD單相接地故障管理系統(tǒng)綜合了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)兩者的優(yōu)點(diǎn)，既具備中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的用電可靠性，又解決了弧光過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的安全隱患。另外，MXJD單相接地故障管理系統(tǒng)主控制器采用DSP技術(shù)，反應(yīng)速度可提至20ms以內(nèi)，可控硅的導(dǎo)通時(shí)間僅為工頻的半個(gè)周波，采用的相控原理對(duì)供電系統(tǒng)毫無(wú)影響，且其使用簡(jiǎn)單、安全可靠性高，可以從站內(nèi)直流系統(tǒng)直接接220V、110V、48V、24V電源使用;對(duì)于不同用戶，可以采取不同的工作方式，讓觸點(diǎn)消弧和消弧線圈互相配合，有效提高供電質(zhì)量;另外，由于其能瞬時(shí)放大接地電流信號(hào)，其自身準(zhǔn)確率也得到大幅提升，且在系統(tǒng)有故障發(fā)生時(shí)可以對(duì)電壓值進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)。MXJD單相接地故障管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能較為全面，其主要功能有金屬接地告警、弧光接地動(dòng)作、低電壓告警、過(guò)電壓告警、電壓不平衡告警、PT斷線自診斷、控制器異常管理等;此外，其自身具有的記錄追憶功能還可以保存32個(gè)動(dòng)作、32個(gè)事件、16個(gè)錄波，并不會(huì)因掉電或復(fù)位而消失，從而可很好地滿足用戶定位查找事故原因的需要。

結(jié)語(yǔ)

如果能找到一種中性點(diǎn)接地方式，既能發(fā)揮中性點(diǎn)不接地方式和諧振接地的優(yōu)勢(shì)，又能解決弧光接地過(guò)電壓和單相接地故障選線技術(shù)帶來(lái)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(kāi)關(guān)投切控制系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地之間的切換為基礎(chǔ)，對(duì)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。選線方法準(zhǔn)確性高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，成本可控，實(shí)用性好，不影響現(xiàn)場(chǎng)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(guò)對(duì)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(shí)可行的。

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