小電流選線系統(tǒng)中增加消弧線圈回路、電容器回路零序電流的必要性分析

屈亞軍　蘇健

[摘? ? 要]在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到小電流選線裝置，小電流選線裝置是否應(yīng)該接入電容器、消弧線圈回路，未見規(guī)范予以明確。工程設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)自身對(duì)于小電流選線的理解考慮電容器、消弧線圈回路零序電流的接入，造成不同設(shè)計(jì)人員在小電流選線零序電流接入上存在差異，其中有的差異不影響選線功能的實(shí)現(xiàn)，有的差異影響選線功能的實(shí)現(xiàn)，必須對(duì)上述差異予以分析研究。文章在10 kV接地故障特征基礎(chǔ)上，根據(jù)常見小電流選線原理，分析了消弧線圈回路、電容器回路零序電流接入小電流選線裝置的必要性，得出了小電流選線裝置零序電流回路接入的一般原則，對(duì)工程實(shí)踐起到了一定指導(dǎo)作用。

[關(guān)鍵詞]小電流選線;消弧線圈;電容器;零序回路

[中圖分類號(hào)]TM862 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）09–00–03

[Abstract]Low current line selection device is often encountered in engineering design. Whether the low current line selection device should be connected to capacitor and arc suppression coil circuit is not clear in the specification. Engineering designers often consider the connection of zero sequence current of capacitor and arc suppression coil circuit according to their own understanding of small current line selection， resulting in differences in the connection of zero sequence current of small current line selection among different designers. Some differences do not affect the realization of line selection function， and some functions affect the realization of line selection function. The above differences must be analyzed and studied. Based on the characteristics of 10 kV grounding fault and according to the common principle of small current line selection， this paper analyzes the necessity of zero sequence current of arc suppression coil circuit and capacitor circuit connected to small current line selection device， and obtains the general principle of zero sequence current circuit connected to small current line selection device， which plays a guiding role in engineering practice.

[Keywords]low current line selection; arc suppression coil; capacitor; zero sequence circuit

目前10 kV配網(wǎng)主要仍以不接地系統(tǒng)作為主導(dǎo)，而在電纜出線比較聚集的位置使用經(jīng)消弧線圈的接地方法，例如，城市配電網(wǎng)等，部分工廠、大型城市配網(wǎng)有采用電阻接地方式。本文主要探討更為普遍的不接地系統(tǒng)與經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)兩類情況。當(dāng)小電流接地電力網(wǎng)產(chǎn)生短路故障的時(shí)候，因?yàn)樾纬傻碾娏髁枯^小，因此被稱作小電流接地故障。小電流接地故障通常不會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)以及人體等形成較大的影響，而且三相電源相互間的相電壓幾乎維持一致，對(duì)負(fù)載的送電效果不會(huì)造成任何的影響，所以在通常情況下，如果電力網(wǎng)出現(xiàn)短路故障的話，會(huì)容許延遲一定的時(shí)間，以此防止送電忽然斷開而對(duì)用戶的生活、生產(chǎn)造成不良影響。

通常狀態(tài)下，小電流接地故障不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響，但在此過程中形成的過電壓可能會(huì)影響到電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)，從而造成短路問題的不斷擴(kuò)大。因此小電流選線裝置在電網(wǎng)中得到了大量應(yīng)用。小電流選線裝置的接線差異影響裝置功能實(shí)現(xiàn)。小電流選線裝置是否應(yīng)該接入電容器、消弧線圈回路，未見規(guī)范予以明確。工程設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)自身對(duì)于小電流選線的理解考慮電容器、消弧線圈回路零序電流的接入，造成不同設(shè)計(jì)人員在考慮小電流選線零序電流接入上存在差異，其中有的差異不影響選線功能的實(shí)現(xiàn)，有的差異影響選線功能的實(shí)現(xiàn)，必須對(duì)上述差異予以分析研究。

文章在10 kV接地故障特征基礎(chǔ)上，根據(jù)常見小電流選線原理，分析了消弧線圈回路、電容器回路零序電流接入小電流選線裝置的必要性，得出了小電流選線裝置零序電流回路接入的一般原則，對(duì)工程實(shí)踐起到了一定指導(dǎo)作用。

1 故障特征

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生異?；蚬收蠒r(shí)，尤其是發(fā)生單相接地時(shí)，在電網(wǎng)中出現(xiàn)的電流、電壓將因中性點(diǎn)的接地方式不同而不同。目前10 kV配網(wǎng)主要針對(duì)的是消弧線圈接地裝置和不接地裝置。下面就對(duì)兩者在中性點(diǎn)的故障特征予以分析，從而給出這兩類系統(tǒng)下的選線原理。

1.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特征

（1）單相接地形成的同時(shí)，零序電壓也會(huì)在全系統(tǒng)中形成。

（2）對(duì)于非故障相的元器件而言，如果上面有零序電流，那么電流值就相當(dāng)于自身的對(duì)地電容電流，在非故障相的元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電流，電容（電容器）性無功功率的角度為由高壓母線流入出線，即零序電壓超前的零序電壓90°，如圖1所示。

（3）對(duì)于出現(xiàn)故障的線路而言，零序電流的數(shù)值通常都較大，是全系統(tǒng)中未形成故障的元器件對(duì)地的電容電流的總和，電容（電容器）性無功功率的具體角度從配電線路流入高壓母線，也就是零序電壓超前的零序電壓90°。

1.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)特征

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)如果出現(xiàn)單相接地故障，那么全系統(tǒng)中的對(duì)地電容電流都會(huì)直接流入到接地點(diǎn)，此時(shí)，如果電流相對(duì)較大，就會(huì)在接地點(diǎn)形成電弧，從而造成弧光過電壓。當(dāng)電容電流過大時(shí)還會(huì)危及設(shè)備的安全運(yùn)行，因此我國(guó)中、低壓電網(wǎng)一般都采取中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，一般采用過補(bǔ)償方式。一般中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)有如下特征，如圖2所示。

（1）全系統(tǒng)均出現(xiàn)零序電壓。

（2）對(duì)線路上通過的零序電流予以完善，使其完善配電線路上流過的零序電壓，其指數(shù)值仍為配電線路自身對(duì)地電容電流，電流的流向則由高壓母線流入配電線路。

（3）發(fā)生故障的配電線路上通過的零序電流，由于消弧線圈的過補(bǔ)償作用，其數(shù)值為全系統(tǒng)所有健全線路零序電流與流經(jīng)消弧線圈電感電流之差且數(shù)值較小，電容性電流流向?yàn)橛赡妇€流向線路。

2 選線原理

小電流選線技術(shù)，從選線原理使用頻帶上劃分，可分為穩(wěn)態(tài)選線技術(shù)與暫態(tài)選線技術(shù)。穩(wěn)態(tài)選線原理一般利用接地故障所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)工頻或諧波信號(hào)，包括零序電流幅值比較法，零序電流方向法，諧波法，零序電流有功功率法等。暫態(tài)選線原理一般利用接地故障后所產(chǎn)生的高頻信號(hào)，包括有幅值與極性比較法，暫態(tài)零模電流方向法，小波法，暫態(tài)能量法等。穩(wěn)態(tài)選線原理是目前選線裝置普遍采用的原理，在消弧線圈接地模式下，易于受到消弧線圈影響，方法靈敏度低。暫態(tài)選線原理是不受消弧線圈的影響，但是需要暫態(tài)信號(hào)的高速采集、計(jì)量與分析，目前實(shí)際應(yīng)用較少。

以下對(duì)工程中普遍應(yīng)用的不接地系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)選線原理、消弧線圈接地系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)選線原理予以說明。

2.1 不接地系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)選線原理

小電流選線裝置在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)下，通常先要對(duì)線上所有的PT開口三角電流電壓進(jìn)行即時(shí)性檢測(cè)，也就是高壓母線的零序電壓以及每段高壓母線帶出線的零序電壓，應(yīng)用DFT計(jì)算方法算出高壓母線零序電壓和出線零序電壓的高低和相位，對(duì)零序電壓、電流的高低和各個(gè)量相互間的相位關(guān)聯(lián)，應(yīng)用“多重評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)”、“突變挑選”等計(jì)算方法，對(duì)形成系統(tǒng)故障的配電線路予以明確。

主要的實(shí)施過程如下：設(shè)備檢查到某一段高壓母線的零序電壓超過此段高壓母線設(shè)定的系統(tǒng)故障啟動(dòng)電流電壓時(shí)，馬上對(duì)此段高壓母線上所帶出線的零序電壓狀況進(jìn)行檢測(cè)，并從里面挑選較大的電流量和別的相應(yīng)比較小的電流量進(jìn)行對(duì)比，看有沒有相對(duì)應(yīng)的高低關(guān)聯(lián)，然后再對(duì)其相位進(jìn)行對(duì)比，把已經(jīng)明確的出線再和高壓母線的相位進(jìn)行對(duì)比，看是不是符合不接地系統(tǒng)的相位關(guān)聯(lián)。也就是零序電壓大于零序電流90°時(shí)，可以選出線;反過來，則選高壓母線。

2.2 消弧線圈接地系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)選線原理

在經(jīng)消弧線圈接地保護(hù)系統(tǒng)里，如果出現(xiàn)單相接地，消弧線圈就會(huì)把一個(gè)電感電流量累加在故障點(diǎn)流經(jīng)的電容電流上，達(dá)到補(bǔ)償故障問題點(diǎn)的電容電流的目的，所以接地裝置配電線路的基波零序電流角度和非接地裝置配電線路的基波零序電流的角度相一致，不可以用零序電流角度來辨別接地裝置的配電線路。

故障配電線路一般呈金屬性接地保護(hù)，接地保護(hù)電流在消弧線圈里面特性阻抗和配電線路特性阻抗出現(xiàn)的情形下，形成過大的有功功率耗損。消弧線圈接地系統(tǒng)下目前大多數(shù)小電流廠家以有功功率損耗的大小來作為接地選線的依據(jù)。其余電流、電壓檢測(cè)環(huán)境與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)一致。

3 電容器、消弧線圈零序電流回路的影響

3.1 電容器回路零序電流的影響

工程中經(jīng)常將10 kV電容器回路零序電流回路接入小電流選線系統(tǒng)。電容器回路與出線類似，接入至小電流選線中無論在不接地系統(tǒng)還是消弧線圈接地系統(tǒng)下均可以滿足當(dāng)作出線回路考慮。但是考慮到電容器回路一般利用電纜連接，電纜一般在變電站內(nèi)電纜溝、電纜夾層中安裝，并且110 kV變電站電容器至10 kV電容器出線柜距離20～40 m，二者間電纜發(fā)生單相接地故障的可能性極小，一般可不考慮電容器回路零序電流可接入小電流選線裝置。

3.2 消弧線圈控制回路零序電流的干擾

在系統(tǒng)產(chǎn)生單相接地故障問題時(shí)，消弧線圈回路接入零序回路，為故障點(diǎn)提供感性補(bǔ)償電流，降低故障點(diǎn)熄弧電流。在10 kV發(fā)生單相接地故障時(shí)，忽略故障點(diǎn)與10 kV母線間壓降，假設(shè)10 kV母線電壓與故障點(diǎn)母線電壓相同。由10 kV母線電壓與故障回路電流積分計(jì)算可近似求得全網(wǎng)有功功率，通常遠(yuǎn)大于非故障線路。

非故障線路有功功率為其對(duì)地電導(dǎo)的有功功率以及自身電容電流在線路上流動(dòng)造成的電阻損耗，由于非故障線路電導(dǎo)以及電容電流都很小，所以非故障線路有功功率也很小。

消弧線圈回路由于消弧線圈存在電阻損耗，有功功率一般較大。

10 kV單相接地故障時(shí)，由于故障電流非常小，一般存在一定的測(cè)量誤差，并且受線路三相參數(shù)不平衡影響，可能使得消弧線圈回路測(cè)量有功功率大于故障線路測(cè)量有功功率。在此種情況下，小電流選線裝置往往選出消弧線圈回路而非故障線路，在工程實(shí)踐中也往往存在此類情況。

因此，在10 kV經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，如果小電流選線裝置采用零序電流有功功率法選線，不建議將消弧線圈回路零序電流接入小電流選線回路中，避免此種選線原理下，選出消弧線圈回路，導(dǎo)致選線失敗。

4 結(jié)論

本文主要針對(duì)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)、10 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)以及接地故障問題的形成特點(diǎn)進(jìn)行分析的前提上，根據(jù)常見小電流選線原理，分析了消弧線圈回路、電容器回路零序電流接入小電流選線裝置的必要性，給出了如下一般原則：

（1）一般可不考慮電容器回路零序電流接入小電流選線裝置。

（2）在10 kV經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，如果小電流選線裝置采用零序電流有功功率法選線，不建議將消弧線圈回路零序電流接入小電流選線回路中，避免此種選線原理下，選出消弧線圈回路，導(dǎo)致選線失敗。

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