小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用

武 全

（河鋼宣鋼設(shè)備能源部，張家口 075100）

小電流接地系統(tǒng)在電力行業(yè)中運(yùn)用甚廣，且比較適用于中小容量電網(wǎng)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確判斷故障的產(chǎn)生，同時(shí)在第一時(shí)間使用保護(hù)舉措，有效預(yù)防故障范圍快速擴(kuò)散。然而，在電力企業(yè)持續(xù)發(fā)展的情況下，小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)精準(zhǔn)率低的問(wèn)題愈發(fā)凸顯，因此需要對(duì)小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)在變電站中的運(yùn)用和改進(jìn)舉措加以分析與論述。

1 小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)特點(diǎn)和工作原理

1.1 特點(diǎn)

小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)特點(diǎn)包含如下3個(gè)方面[1-3]。第一，電流信號(hào)小。小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)單相接地時(shí)，導(dǎo)致的零序電流為系統(tǒng)電容電流。該大小和系統(tǒng)規(guī)模大小與線(xiàn)路類(lèi)型相關(guān)，數(shù)值較小。通過(guò)中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償后，該數(shù)值更小。同時(shí)，消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償狀態(tài)不同，接地基波電容電流特征和無(wú)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償階段是完全相反的。對(duì)具備消弧線(xiàn)圈的小電流系統(tǒng)使用5次諧波電流或者是零序電流有功功率檢測(cè)，后者大20～50倍。第二，干擾大。小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)的干擾性因素涵蓋兩個(gè)方面：一方面，在變電站的小電流系統(tǒng)單相接地保護(hù)裝置的裝設(shè)點(diǎn)，電磁的干擾較大；另一方面，負(fù)荷電流失衡導(dǎo)致零序電流與諧波電流大，尤其是系統(tǒng)小，對(duì)地電容電流小，接地回路零序電流與諧波電流比非接地回路對(duì)應(yīng)電流小。第三，隨機(jī)因素影響模糊。配電網(wǎng)通常為小電流系統(tǒng)，運(yùn)行頻繁，導(dǎo)致變電站出線(xiàn)長(zhǎng)度與數(shù)量常常發(fā)生改變，使得該電容電流與諧波電流也常常改變。此外，母線(xiàn)電壓水平高低、負(fù)荷電流大小持續(xù)改變、故障點(diǎn)接地電阻模糊等，導(dǎo)致了零序故障電容電流與諧波電流缺乏穩(wěn)定性。

1.2 工作原理

小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)中的工作原理包含4種[4]。第一，諧波電流原理。它通過(guò)運(yùn)用諧波電流方向明晰故障電流方向。假設(shè)變壓器中性點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)生故障，如單相接地，就會(huì)在線(xiàn)路中出現(xiàn)很多諧波電流，且諧波范圍伴隨時(shí)間推移而增加，同時(shí)會(huì)隨之產(chǎn)生電力系統(tǒng)容抗。在減少的狀況下，它能夠按照這一現(xiàn)象實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)m次諧波，同時(shí)按照諧波電流方向判斷線(xiàn)路產(chǎn)生故障與否。第二，外加高頻電流信號(hào)。假設(shè)變壓器產(chǎn)生單相接地故障，可把高頻計(jì)算機(jī)流注入接地相，同時(shí)運(yùn)用電流檢測(cè)器查看各條線(xiàn)電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)反饋判斷線(xiàn)產(chǎn)生故障與否。附加高頻信號(hào)直接圍繞故障線(xiàn)到達(dá)接地點(diǎn)，也可從別的系統(tǒng)的接地系統(tǒng)達(dá)到接地點(diǎn)。在檢測(cè)環(huán)節(jié)，雖然在電路系統(tǒng)內(nèi)有相同頻率的注入信號(hào)的諧波信號(hào)，但是相位與幅度一般存在一定的差異，對(duì)信號(hào)電流檢測(cè)器操作沒(méi)有影響。第三，首半波。這時(shí)故障是根據(jù)故障線(xiàn)路的電流震蕩衰減特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)斷。假設(shè)變電站工作電壓近似最大工作電壓，同時(shí)在中性點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生單相接地故障，那么故障點(diǎn)位置的電流會(huì)震蕩且逐漸衰減。通過(guò)該種現(xiàn)象，能夠精準(zhǔn)判斷故障點(diǎn)。第四，零序功率方向。通過(guò)零序功率繼電器的當(dāng)前線(xiàn)推斷系統(tǒng)故障，假設(shè)系統(tǒng)發(fā)生故障，那么零序功率繼電器電流方向和正常情況運(yùn)行下的電流方向相反，如此就可以明確系統(tǒng)故障。

2 小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)用于變電站的探索

2.1 運(yùn)用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)在變電站3～66 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)用廣泛。2019年數(shù)據(jù)表明，作業(yè)區(qū)總計(jì)有3個(gè)110 kV變電站及各自管轄的配電室。變電站10 kV出線(xiàn)使用的均為電纜出線(xiàn)，均設(shè)置了小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障后，電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生零序電流與電壓，其中零序電壓大小和電網(wǎng)常規(guī)工作過(guò)程中的相電壓相等。故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路產(chǎn)生零序電流[5]。故障線(xiàn)路零序電流大小和全部非接地線(xiàn)路零序電流的和相等，且電容性無(wú)功功率方向是線(xiàn)路流向母線(xiàn)。非故障線(xiàn)路零序電流大小和本線(xiàn)路對(duì)地電容電流相等，且該電容性無(wú)功功率方向是母線(xiàn)流向線(xiàn)路。對(duì)部分作業(yè)區(qū)的變電站而言，電力傳輸通常要通過(guò)電纜出線(xiàn)，后通過(guò)架空線(xiàn)路。它經(jīng)過(guò)的作業(yè)區(qū)面貌復(fù)雜，且樹(shù)木和竹林等因素很容易出現(xiàn)中性點(diǎn)單相接地故障。另外，狂風(fēng)暴雨時(shí)，電力傳輸也易出現(xiàn)中性點(diǎn)單相接地故障。當(dāng)發(fā)生中性點(diǎn)單相接地故障時(shí)，小電流選線(xiàn)系統(tǒng)可以在第一時(shí)間辨別故障線(xiàn)路，繼而通知有關(guān)人員第一時(shí)間精準(zhǔn)處理線(xiàn)路故障問(wèn)題。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)消弧線(xiàn)圈接地后，因?yàn)橄【€(xiàn)圈的補(bǔ)償效用，接地線(xiàn)路零序電流小，通常比非接地線(xiàn)路小。由于消弧線(xiàn)圈存在過(guò)補(bǔ)償，接地線(xiàn)路零序電流方向有差別，因而無(wú)法使用零序電流大小評(píng)判接地線(xiàn)路，也無(wú)法使用零序電流方向推斷接地線(xiàn)路。當(dāng)前經(jīng)常采用有功功率方式、殘留增量方式等。電壓110 kV以下的情況，變電站電網(wǎng)使用電纜出線(xiàn)。在經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)中，假設(shè)重修按單相接地故障始于某相鄰出線(xiàn)，則零序電流會(huì)出線(xiàn)在非故障線(xiàn)路。但是，現(xiàn)階段對(duì)零序保護(hù)的方向選取尚未設(shè)定，大幾率會(huì)發(fā)生零序保護(hù)被誤動(dòng)作的情況。在繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置過(guò)程中運(yùn)用小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)，能夠加強(qiáng)接地選線(xiàn)功能，且能夠推斷零序電流大小和方向，確保不會(huì)發(fā)生零序保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)于大部分35 kV變電站，電網(wǎng)通常使用架空方法。對(duì)于10 kV出線(xiàn)而言，由于電纜出線(xiàn)短，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)內(nèi)出線(xiàn)單相接地時(shí)，仍舊會(huì)發(fā)生零序電流。因?yàn)樗鼧?gòu)成零序通道的幾率小，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中使用小電流出線(xiàn)系統(tǒng)加以安裝設(shè)置，但無(wú)法發(fā)揮其良好的效果。

3 改進(jìn)系統(tǒng)的方法

在科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展過(guò)程中，電力企業(yè)對(duì)發(fā)展和技術(shù)水平提出了嚴(yán)格要求。現(xiàn)實(shí)生活中，小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用于變電站還存在選線(xiàn)裝置選線(xiàn)不精準(zhǔn)情況，不能滿(mǎn)足企業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)，不能給企業(yè)發(fā)展提供保障。因此，企業(yè)需要改進(jìn)小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)，以充分發(fā)揮該系統(tǒng)在變電站中應(yīng)用的作用。在改進(jìn)階段，企業(yè)應(yīng)當(dāng)從全方位進(jìn)行思考。此外，新舊系統(tǒng)替換階段會(huì)產(chǎn)生沖突，有關(guān)技術(shù)工作者需要采取更好的手段與方式，把控不益于系統(tǒng)運(yùn)行的情況發(fā)生。對(duì)小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)改進(jìn)的舉措需要從如下方面進(jìn)行思考[6]。

（1）在開(kāi)展年檢作業(yè)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)科學(xué)使用好停電時(shí)間，檢查全部線(xiàn)路的零序電流互感器，仔細(xì)檢查、分析以及研究全部出線(xiàn)異常搶修之處，同時(shí)第一時(shí)間對(duì)其加以有效處理和解決。針對(duì)要特別關(guān)注之處，需要多次檢查。例如，在觀察互感器改變的原因時(shí)，需要對(duì)不同情況進(jìn)行不同的改造。假設(shè)零序電流互感器在變化方面產(chǎn)生了不統(tǒng)一狀況，那么應(yīng)當(dāng)在二次接線(xiàn)完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)更換，保證小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)裝置動(dòng)作精準(zhǔn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行水平。

（2）在零序電流互感器大小允許的條件下，需要將幾條電纜并聯(lián)線(xiàn)路的全部電纜有效穿入，同時(shí)使每一條電纜上零序電流互感器在做好二次繞組工作后并聯(lián)接入裝置。

（3）假設(shè)小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)還有ZDX型號(hào)裝置，必須要把其更換為現(xiàn)階段市場(chǎng)中先進(jìn)的智能小電流接地選線(xiàn)裝置，提升線(xiàn)路故障判斷精準(zhǔn)度。

4 結(jié)語(yǔ)

在變電站中使用小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)相當(dāng)普遍，但該系統(tǒng)在科技創(chuàng)新過(guò)程中持續(xù)優(yōu)化升級(jí)后仍舊存在系統(tǒng)線(xiàn)路故障不精準(zhǔn)問(wèn)題，所以研究人員必須全身心投入研究，研究出與變電站需要使用相符的裝置，并且積極維護(hù)裝置，以保證小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)在變電站中可以全面發(fā)揮作用。