帶接地檢測(cè)功能的負(fù)荷開關(guān)及其在配網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

1、帶接地檢測(cè)功能的負(fù)荷開關(guān)及其在配網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用1、前言在10kV架空線路發(fā)生的故障中，接地故障的比例很大。接地故障發(fā)生后按電力規(guī)程可以帶負(fù)荷運(yùn)行兩小時(shí)。這期間接地故障有自然消失的情況，但如果沒有自然消失，就容易發(fā)展為短路故障。在接地故障發(fā)展為短路故障的過程中，對(duì)配電設(shè)備絕緣的破壞是很大的。而絕緣的破壞又成為新的接地故障發(fā)生的因素。因此，在接地故障發(fā)生時(shí)，快速地切斷故障是抑制設(shè)備劣化的有效措施。近年來，國(guó)內(nèi)開發(fā)了應(yīng)用在變電站內(nèi)的可以檢出接地故障的選1、前言在10kV架空線路發(fā)生的故障中，接地故障的比例很大。接地故障發(fā)生后按電力規(guī)程可以帶負(fù)荷運(yùn)行兩小時(shí)。這期間接地故障有自然消失的情況，但如果沒有

2、自然消失，就容易發(fā)展為短路故障。在接地故障發(fā)展為短路故障的過程中，對(duì)配電設(shè)備絕緣的破壞是很大的。而絕緣的破壞又成為新的接地故障發(fā)生的因素。因此，在接地故障發(fā)生時(shí)，快速地切斷故障是抑制設(shè)備劣化的有效措施。近年來，國(guó)內(nèi)開發(fā)了應(yīng)用在變電站內(nèi)的可以檢出接地故障的選線裝置，但在檢出可靠性方面還存在一定的問題。另外，我國(guó)目前的配網(wǎng)自動(dòng)化普及還很緩慢。其中一個(gè)重要的技術(shù)原因，也是如何處理線路上的接地故障。本文將介紹一種新型的帶接地檢測(cè)功能的SF6負(fù)荷開關(guān)，并談?wù)勂湓谂渚W(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用。2、帶高精度接地檢測(cè)功能的負(fù)荷開關(guān)該負(fù)荷開關(guān)（以下簡(jiǎn)稱接地檢測(cè)開關(guān)）是引進(jìn)日本安川電機(jī)株式會(huì)社技術(shù)生產(chǎn)的。該類開關(guān)在日本已有

3、15年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命為30年免維護(hù)。接地檢測(cè)開關(guān)的殼體采用3mm不銹鋼板通過水壓漲形工藝制成，氣體密封的焊縫長(zhǎng)度比其他成型法來說是最短的。進(jìn)行接地檢測(cè)的ZCT（零序電流互感器）、ZPD（電容分壓式零序電壓互感器），內(nèi)置在SF6氣體容器中，不受外界環(huán)境的影響，可以長(zhǎng)期維持檢測(cè)部分的可靠性。產(chǎn)品外形如圖一所示。2.1接地檢測(cè)開關(guān)的構(gòu)成和主要功能2.2ZCT的特性在負(fù)荷開關(guān)內(nèi)部設(shè)置的ZCT，無論什么樣的一次電流配置，或者即使在過電流區(qū)域上它的殘留電流的增加也是非常少的。因此，接地檢測(cè)不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。表2所示的是：對(duì)于各種一次側(cè)導(dǎo)體配置，在沒有發(fā)生接地故障的時(shí)候，三相或兩相電流流通時(shí)ZCT

4、的輸出特性（也稱為殘留電流特性）。本ZCT對(duì)于一次側(cè)導(dǎo)體配置來說，三相的時(shí)候當(dāng)然不用說，即使對(duì)于任何兩相配置，它的殘留電流的增加是非常少的。因此。沒有接地電流的誤檢測(cè)。表3所表示的是：ZCT在各種一次零序電流下，以及各種環(huán)境溫度下的輸出特性。從以上數(shù)據(jù)可以看出:ZCT的精度及穩(wěn)定性是非常高的.2.3接地檢測(cè)開關(guān)的主要特點(diǎn)小型、輕量，安裝作業(yè)容易。接地檢測(cè)開關(guān)的總重只有120kg。耐污性能高。獨(dú)特的瓷質(zhì)絕緣子，防污等級(jí)達(dá)到級(jí)；操作機(jī)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67；所有外露件采用不銹鋼制品，并涂裝三層防護(hù)漆。電氣壽命長(zhǎng)。開關(guān)可以開斷額定電流1000次。開關(guān)采用SF6氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)，主觸頭采用多點(diǎn)

5、接觸方式，滅弧原理是自能式旋轉(zhuǎn)滅弧技術(shù)。安全性高。開關(guān)的故障率為10Fit（即：使用1萬臺(tái)，每年允許有1臺(tái)發(fā)生故障）。并且，萬一開關(guān)發(fā)生氣體泄漏，開關(guān)具有低氣壓閉鎖裝置，阻止事故向接地、短路故障發(fā)展。可與多種配網(wǎng)自動(dòng)化控制器配合。開關(guān)采用彈簧操作機(jī)構(gòu)。電動(dòng)合閘采用24V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；電動(dòng)分閘采用24V直流電磁線圈；合閘保持采用機(jī)械摯子。這種構(gòu)造使之既能適用于“電流型”DA方式。也能適用于“電壓一時(shí)間型”DA方式中。3、接地檢測(cè)開關(guān)可以適用的配網(wǎng)自動(dòng)化方式線路配網(wǎng)自動(dòng)化按照判斷故障的要素分類，主要有“電流型”和“電壓一時(shí)問型”兩種方式，接地檢測(cè)開關(guān)可適用于以上兩種方式。同時(shí)。接地檢測(cè)開關(guān)也可以組

6、建單獨(dú)的“接地檢測(cè)開關(guān)系統(tǒng)”，這種系統(tǒng)主要用于自動(dòng)檢測(cè)并隔離接地故障，達(dá)到初級(jí)自動(dòng)化的效果。3.1電流型方式電流型DA方式是通過檢測(cè)電流信號(hào)作為判斷故障的要素。在歐、美等國(guó)廣泛使用這種方式。它主要是從中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中發(fā)展而來。組建這種DA方式的線路開關(guān)可以是重合器、分段器及環(huán)網(wǎng)供電單元等。由負(fù)荷開關(guān)組建的電流型DA方式，一般需要其FTU控制器具有通訊功能。然而，在中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)（或小電流接地系統(tǒng)）中，傳統(tǒng)的電流型DA方式，有不便于處理接地事故的缺點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)有些自動(dòng)化系統(tǒng)廠家聲稱其FTU控制器具有處理接地故障的功能。但其據(jù)以判斷接地故障的依據(jù)是：通過檢測(cè)3相電流，用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法求出零序電流

7、。這種方法的可靠性顯然是打折扣的?，F(xiàn)在，如果在線路中使用接地檢測(cè)開關(guān)，由其高精度的ZCT直接為FTU控制器提供零序電流的檢測(cè)信號(hào)，則可以很好的解決這個(gè)問題。32電壓一時(shí)間型方式在日本廣泛采用電壓一時(shí)間型方式。這種方式要求變電所的開關(guān)設(shè)備具有檢測(cè)和開斷接地故障和短路故障的功能，同時(shí)還要求其具有兩次重合閘功能。其線路上的分段開關(guān)一般由負(fù)荷開關(guān)組成。這種方式只依靠“電壓一時(shí)間”因素就可以區(qū)分故障點(diǎn)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是：從理論上可以配合無限臺(tái)數(shù)的分段開關(guān)；能用在放射型線路和環(huán)網(wǎng)線路中且無須采用通信設(shè)備。在變電所通過設(shè)置一種計(jì)時(shí)裝置就能確定故障點(diǎn)位置。它的缺點(diǎn)是：線路開關(guān)隔離故障需要兩次開合；瞬間故障時(shí)，恢

8、復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。日本配網(wǎng)系統(tǒng)也是中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)，但其變電站大多設(shè)置了高精度的接地檢測(cè)裝置。當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，它直接作用于變電站出口斷路器跳閘。目前國(guó)內(nèi)變電站還缺乏這種高精度的接地檢測(cè)裝置，因此，在直接應(yīng)用電壓一時(shí)間型方式時(shí)也存在不能處理接地故障的問題。但如果在變電站出口處設(shè)置一臺(tái)接地檢測(cè)開關(guān)，當(dāng)線路發(fā)生接地故障時(shí)，通過接地檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到的接地信號(hào)作用于變電站斷路器跳閘。則能解決這個(gè)問題。3.3接地檢測(cè)開關(guān)系統(tǒng)據(jù)統(tǒng)計(jì)，10kV架空線路中接地故障的比例在80以上。因此，僅解決接地故障問題就可以提高線路供電的可靠性。接地檢測(cè)開關(guān)系統(tǒng)就是為此而設(shè)計(jì)的。如圖三所示。上例接地檢測(cè)開關(guān)系統(tǒng)由SW15等5臺(tái)“接地

9、檢測(cè)開關(guān)”以及控制室設(shè)置的“事故區(qū)間顯示器”構(gòu)成。接地檢測(cè)開關(guān)和控制器組合使用。接地事故區(qū)間的確定是通過適當(dāng)設(shè)定接地檢測(cè)開關(guān)控制器的“接地保護(hù)時(shí)間（簡(jiǎn)稱T時(shí)間）”來進(jìn)行的。在圖例中、變電站出口的SWl設(shè)定為T1=1.0s、以下的SW2（0.8s）、SW3（.4s），SW4（0.6s）、SW5（0.2s）。接地故障時(shí)的系統(tǒng)動(dòng)作【區(qū)間】的F點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)：對(duì)SW35來說，接地故障發(fā)生在其電源側(cè)，因此其不動(dòng)作。只有SW1、2檢測(cè)到負(fù)荷側(cè)接地電流。經(jīng)過0.8s后。SW2跳閘，切斷接地故障。SW2隔離接地故障一定時(shí)間（如5s）后、SW2進(jìn)行重合閘。如故障是瞬時(shí)的，則重合成功，可繼續(xù)送電。如果是永久故障，SW2再次分閘，故障區(qū)間隔離結(jié)束。故障區(qū)間的表示將變電站出口處設(shè)置的SW1開關(guān)檢測(cè)到的接地持續(xù)時(shí)間，傳輸?shù)娇刂剖业摹笆鹿蕝^(qū)間顯示器”中，使其顯示出故障區(qū)間。短路故障時(shí)的系統(tǒng)動(dòng)作接地檢測(cè)開關(guān)內(nèi)置的3CT，檢測(cè)到短路電流超過開關(guān)的開斷能力則由控制器鎖定開斷動(dòng)作，由變電站CB切除短路故障。系統(tǒng)升級(jí)接地開關(guān)系統(tǒng)如果配備通信（無線通信或有線通信均可），則可以在主站監(jiān)視線路的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的遠(yuǎn)方控制。配備通信后的接地開關(guān)系統(tǒng)不僅能適用于輻射狀線路也可適用于環(huán)網(wǎng)線路，并為系統(tǒng)向更高級(jí)升級(jí)打下基礎(chǔ)。4、結(jié)語解決線路接地故障問題