基于零序基波時序鑒別原理的高壓選擇性漏電保護在煤礦供電系統(tǒng)中的應用

馬亞東

摘要：GJWJ-IV型小電流接地系統(tǒng)單相接地選線裝置，該裝置采用零序基波時序鑒別選線原理，突破傳統(tǒng)思維，直接應用零序基波信號實現(xiàn)消弧線圈接地系統(tǒng)過補償運行方式下的單相接地準確選線，符合電網實際，能夠提高6KV電網運行的穩(wěn)定性。

一、研究報告

2.1零序基波時序鑒別法基本原理

GJWJ-IV型選線裝置用以實現(xiàn)單相接地選線的零序基波“時序鑒別器”的工作原理——“時序鑒別法”。U0J是由零序交流電壓u0變換來的180度規(guī)則方波，作為時序鑒別的基準信號。I0是由零序交流電流i0變換來的脈寬和相位不確定的方波，I0的脈寬一般為180度，但若零序電流幅值過小，則I0的脈寬將遠小于180度甚至為零。I0相對于U0J的相位隨電網是無補償、欠補償還是過補償而從左向右變動。如圖1所示，當單相接地故障發(fā)生后，若某條線路的零序電流對應的I0方波與U0J方波的時序關系同時滿足以下兩個條件的，則該線路為單相接地故障線路，如圖1中a、b所示（a對應于過補償狀態(tài)，b對應于欠補償狀態(tài)）。

（1）零序電流I0上升沿滯后于零序電壓U0J上升沿而超前零序電壓U0J下降沿，即零序電流I0上升沿界于零序電壓U0J的上升沿與下降沿之間（上升沿、下降沿也叫該方波的“前沿”和“后沿”。）。

（2）零序電流I0下降沿滯后于零序電壓U0J下降沿須大于0度而小于180度。

不能同時滿足這兩個規(guī)定條件的則為非故障線路，如圖1中的c、d、e所示。這就是應用“時序鑒別法”進行單相接地故障選線的主要判據。這里必須指出，雖然同是應用零序基波信號，但“時序鑒別法”和通常的相對相位法（比相法），或者說“時序鑒別原理”與零序功率方向原理，是根本不同的。例如圖1中d所示的I0與U0J的方波關系，按照零序功率方向原理應判定為故障線路;而運用時序鑒別原理則應判為非故障線路。

2.2 GJWJ-IV型選線裝置性能特點

（1）應用創(chuàng)新的時序鑒別原理和幅值鑒別相結合的故障檢測判斷原理，可用于小電流接地系統(tǒng)的各種接地方式和任何補償狀態(tài)下實現(xiàn)故障選線直接應用零序基波信號實現(xiàn)消弧線圈接地系統(tǒng)過補償運行方式下的單相接地準確選線;

（2）采用EDA技術和ispLSI器件開發(fā)專用集成電路作為時序鑒別器，取代微機選線功能。每四路饋出線用一個時序鑒別器，使選線裝置如同多CPU并行處理系統(tǒng)，具有高可靠性和速動性;

（3）當零序參數(shù)U0≥8V（PT開口側電壓），I0≥10mA（零序電流互感器二次側），本裝置能在100ms內準確選出故障線路;

（4）故障線路只是有燈光指示、數(shù)字顯示、音響報警，均為硬邏輯系統(tǒng)，因此本裝置即不靠微機選線，也不借助微機實現(xiàn)燈光顯示和音響報警;

（5）各路LED指示燈有故障記憶功能，能區(qū)分瞬間性故障（LED指示燈閃光）和持久性接地故障（LED指示燈平光）;

（6）具有本裝置各項技術性能的自檢演示功能

（7）通過RS485/RS232通訊接口實現(xiàn)本裝置與上位機之間的通訊。

2.3 GJWJ-IV型選線裝置工作原理

GJWJ-IV型選線裝置的關鍵部件是以“時序鑒別器”為核心的單相接地選線模塊。如圖2所示，從中壓電網三相母線上的電壓互感器PT開口三角側取出零序電壓u0，經小變壓器ST降壓后，u0信號送入選線模塊內;同時，從同一段母線上各饋出線的零序電流互感器CT二次側，取出零序電流i0，經各自的負載電阻R進行I/?變換后，各i0信號依次送入選線模塊的8個i0輸入端（每個模塊至多接8路i0）。

GJWJ-IV型選線裝置選線模塊的構成原理如實線框內的方塊圖所示，它主要由零序電壓信號處理電路，零序電流信號處理電路，時序鑒別器，接地選線信號輸出電路，以及單片機接口電路等組成。其中時序鑒別器是該模塊的核心，每個時序鑒別器分管4路饋出線，故每個選線模塊包含兩個時序鑒別器。時序鑒別器可以是專用單片機，也可以采用現(xiàn)代可編程邏輯器件構成的專用集成電路ASIC。在選線模塊內，零序電壓輸入信號U0再分為兩個支路：一路經低通濾波、阻容移相、鑒幅、整形和光電隔離后變成UOf，作為零序電壓的幅值鑒別信號;另一路經低通濾波、阻容移相后再分為兩個支路，分別對U0正半波和U0負半波進行整形和光電隔離，變成脈寬為180度的兩個相位相反的基準零序電壓U0J+和U0J-，作為時序鑒別的基準參考信號。各路零序電流，分別經低通濾波、鑒幅、整形、光電隔離后變成相位和脈寬可變的信號I0i（i=1，2，3┄）。UOJ和4路I0信號分別送入時序鑒別器。時序鑒別器依據內部設定的時序鑒別法則，分別判斷出各線路是接地故障線路還是非故障線路。若為非故障線路，時序鑒別器無信號輸出;若為接地故障線路，則經時序鑒別器判定后，就有對應的故障選線信號輸出，實現(xiàn)故障報警、燈光和數(shù)字顯示，以及語音報警，還可作用于跳閘等。

二、GJWJ-IV型接地選線裝置應用后的經濟和社會效益

雖然消弧線圈接地系統(tǒng)在實際運行中具有較好的系統(tǒng)性能，但由于其通常運行在過補償狀態(tài)下，使零序基波功率方向型高壓接地選線裝置的準確性下降。通過引入GJWJ-IV型接地選線裝置，經過近半年的運行實踐，期間發(fā)生3次接地故障，該裝置均及時正確地判斷出故障線路，從而使維護人員能快速確定故障線路，在最短時間內排除故障，大大提高了電網運行的穩(wěn)定性。

三、結束語

小電流接地系統(tǒng)中最常見的故障是單相接地，約占所有電氣故障總和的60%。大型企業(yè)的中壓電纜網絡運行經驗表明，接地補償裝置是確保電網安全、可靠運行的必要措施，而單相接地選線裝置是諧振接地系統(tǒng)極為重要的組成部分，接地選線裝置的動作準確性將直接影響到企業(yè)電力系統(tǒng)的安全運行。GJWJ-IV型接地選線裝置較好的解決了這個問題，提高了企業(yè)電網的穩(wěn)定性。