小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)技術(shù)

1、小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)技術(shù)1引言 電力系統(tǒng)的接地處理方式主要有直接接地，電抗接地，低阻接地，高阻接地，諧振接地(又稱消弧線圈接地)和不接地。前三種稱為大電流接地系統(tǒng)，后三種稱為小電流接地系統(tǒng)。我國(guó)366kV電力系統(tǒng)大多數(shù)采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，即為小電流接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)，并不破壞系統(tǒng)電壓的對(duì)稱性，且故障電流值較小，不影響對(duì)用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運(yùn)行12h。但長(zhǎng)期運(yùn)行，由于非故障的兩相對(duì)地電壓升高1.732倍，可能引起絕緣的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴(kuò)大，影響用戶的正常用電。同時(shí)，弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò)電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，

2、破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行。因此，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，必須及時(shí)找到故障線路予以切除。 2目前的檢測(cè)方法及存在的問(wèn)題 (1)絕緣監(jiān)察裝置利用接于公用母線的三相五柱式電壓互感器，其一次線圈均接成星形，附加二次線圈接成開(kāi)口三角形。接成星形的二次線圈供給絕緣監(jiān)察用的電壓表、保護(hù)及測(cè)量?jī)x表。接成開(kāi)口三角形的二次線圈供給絕緣監(jiān)察繼電器。系統(tǒng)正常時(shí)，三相電壓正常，三相電壓之和為零，開(kāi)口三角形的二次線圈電壓為零，絕緣監(jiān)察繼電器不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，開(kāi)口三角形的二次端出現(xiàn)零序電壓，電壓繼電器動(dòng)作，發(fā)出系統(tǒng)接地故障的預(yù)告信號(hào)。 這是以前常規(guī)變電所使用最多、應(yīng)用最廣泛的絕緣監(jiān)察裝置，其優(yōu)點(diǎn)是投資小，接線簡(jiǎn)單、操作及

3、維護(hù)方便。其缺點(diǎn)是只發(fā)出系統(tǒng)接地的無(wú)選擇預(yù)告信號(hào)，不能準(zhǔn)確判斷發(fā)生接地的故障線路，運(yùn)行人員需要通過(guò)推拉分割電網(wǎng)的試驗(yàn)方法才能進(jìn)一步判定故障線路，影響了非故障線路的連續(xù)供電，不能滿足日益發(fā)展的城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)對(duì)供電可靠性的要求。基于上述原因，我國(guó)從50年代末就開(kāi)始研制小電流接地自動(dòng)選線裝置，提出了多種選線方法，并開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的各種裝置。 (2)各種選線原理分析： 穩(wěn)態(tài)分量法。穩(wěn)態(tài)分量法又分為零序電流比幅法，零序電流相對(duì)相位法，以及群體比幅比相法。 零序電流比幅法利用的是流過(guò)故障元件的零序電流在數(shù)值上等于所有非故障元件的對(duì)地電容電流之和，即故障線路上的零序電流最大，所以只要通過(guò)比較零序電流幅值大小就可以找

4、出故障線路。但這種方法不能排除TA不平衡的影響，受線路長(zhǎng)短、系統(tǒng)運(yùn)行方式及過(guò)渡電阻大小的影響，且系統(tǒng)中可能存在某條線路的電容電流大于其它所有線路電容電流之和的情況，裝置易發(fā)生誤動(dòng)，不適用于經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)。 零序電流相對(duì)相位法是利用故障線路零序電流與非故障線路零序電流流動(dòng)方向相反的特點(diǎn)，分別從線路流向母線或由母線流向線路，就可以找出故障線路。但這種方法在線路較短，零序電壓、零序電流值較小時(shí)，相位判斷困難，不能適用于諧振接地時(shí)完全補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行方式。 群體比幅比相法是綜合利用零序電流比幅法和零序電流相對(duì)相位法，先進(jìn)行零序電流比較，選出幾個(gè)較大的作為侯選，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較，選出方向

5、與其它不同的，即為故障線路。該方法在一定程度上解決了前兩種方法存在的問(wèn)題，但同樣不能排除TA不平衡及過(guò)渡電阻大小的影響，以及相位判斷的死區(qū)，仍不適用于經(jīng)消弧線圈接地的小電流系統(tǒng)。 諧波分量法。諧波分量法分為5次諧波大小和方向，各次諧波平方和等方法。 5次諧波大小和方向法，當(dāng)單相接地故障時(shí)，由于故障點(diǎn)、線路設(shè)備的非線性影響，在故障電流中存在著諧波信號(hào)，其中以5次諧波為主。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的消弧線圈是按照基波計(jì)算的，消弧線圈相當(dāng)于處于開(kāi)路狀態(tài)?？珊雎韵【€圈對(duì)5次諧波產(chǎn)生的補(bǔ)償效果。再利用5次諧波電容電流的群體比幅比相法，就可以解決經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選線問(wèn)題。但故障電流中5次諧波含量較小(小于

6、故障電流10%)，且受TA不平衡電流和過(guò)渡電阻的影響，選線的準(zhǔn)確度也不是很穩(wěn)定。 各次諧波平方和方法是將3、5、7等諧波分量求和，再根據(jù)諧波理論進(jìn)行選線。雖然能在一定程度上克服單次諧波信號(hào)小的缺點(diǎn)，但不能從根本上解決問(wèn)題。 利用接地故障暫態(tài)過(guò)程的選線法(即暫態(tài)分量法)。暫態(tài)分量法可分為首半波法和基于小波分析法。 首半波法是基于接地發(fā)生在相電壓接近最大瞬間這一假設(shè)，此時(shí)故障相電容電荷通過(guò)故障相線路向故障點(diǎn)放電，故障線路分布電容和分布電感具有衰減特性，該電流不經(jīng)過(guò)消弧線圈，所以暫態(tài)電感電流的最大值相應(yīng)于接地故障發(fā)生在相電壓經(jīng)過(guò)零瞬間，而故障發(fā)生在相電壓接近于最大值瞬間時(shí)，暫態(tài)電感電流為零。此時(shí)的暫

7、態(tài)電容電流比電感電流大得多。利用故障線路暫態(tài)零序電流和電壓首半波的幅值和方向均與正常情況不同的特點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)選線。但這種方法存在前提條件是故障需發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間，不利于在具體工程中實(shí)施。 基于小波分析法是利用小波分析可對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確分析，特別是對(duì)暫態(tài)突變信號(hào)和微弱信號(hào)的變化比較敏感，能可靠地提取出故障特征。小波變換是把一個(gè)信號(hào)分析成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對(duì)暫態(tài)零序電流的特征分量進(jìn)行小波變換后，易看出故障線路上暫態(tài)零序電流特征分量的幅值包絡(luò)線高于非故障線路，且其特征分量的相位也與非故障線路相反，這樣就構(gòu)造出利用暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行接地選線的判據(jù)。但電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行是復(fù)雜多變的，需綜合分析母線零序電壓和各出線零序電流的小波變換參數(shù)，才有助于對(duì)故障線路的準(zhǔn)確選線判斷。 接地選線和消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償一體化的選線方法。 為降低單相接地電容電流過(guò)大造成的各種危害，在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，消弧線圈的電感電流補(bǔ)償了單相接地電容電流，卻使以群體比幅比相法的接地選線裝置喪失了選線作用。近幾年，雖然有針對(duì)中性點(diǎn)消弧線圈接地而發(fā)展的選線裝置，但由于采集單相接地信號(hào)很困難，在實(shí)用中誤判率較高。采用微機(jī)控制和動(dòng)態(tài)改變接地電感，可解決補(bǔ)償和選線的矛盾。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，微機(jī)控制器