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[电气施工] 浅谈小电流接地系统单相接地故障
[电气施工] 浅谈小电流接地系统单相接地故障         ★★★
浏览: 更新时间:2014/3/25 10:24:03

一、引言

  35KV及以下配电网大多采用小电流接地系统,包括中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。小电流接地系统的优点在于,发生单相接地时可继续运行1-2小时,多数情况下故障能够自动消失并恢复绝缘,极大地提高了供电可靠性。但是,随着电网规模的变化和大量电缆的应用,小电流接地系统发生单相接地时,非故障相电压升高对电网设备绝缘破坏情的况不断增加:发生间歇性电弧接地,由于过电压较高破坏作用相当大;发生恒定阻抗接地,工频过电压也会对设备产生损伤,这种损伤积累到一定程度会破坏设备绝缘性能。很多变电站在单相接地持续长时间后发生了避雷器、PT爆炸或绝缘子闪络情况,易扩大为相间短路,因此应尽快找到故障线路和排除故障。

  为了确定故障线路,传统的方法是用人工逐条线路拉闸判断哪条线路出现故障,由于各种原因有时寻找故障需要相当长的时间,降低了供电可靠性,影响了供电部门和用户的经济效益。而人工拉路法选线每一次开关的断开和闭合都会对电网造成冲击,容易产生操作过电压和谐振过电压,频繁的开关操作也会减少开关使用寿命。

  同时,随着对于综自和无人值班变电站的增加,一是有时集控站值班人员发现和处理接地信号时间较长,尤其是夜晚发出的接地信号,容易造成带故障长时间运行;二是逐条拉路寻找需要远方遥控操作,增加了设备的负担。

  所以快速准确的故障选线和定时跳闸有利于提高设备的使用寿命,提高供电可靠性;有利于减少维护检修负担和用户的停电概率,提高供电部门和用户的经济效益。

  二、以往小电流接地系统单相接地故障选线与跳闸装置存在的问题

  选线技术的研究和应用,在我国已经有二十多年的历史。各种选线装置在供电系统曾经得到广泛推广的应用,但运行过程中发现选线正确率很低。因此,近年来国内小电流选线装置大多退出运行的潮流,我公司以往所应用的一些产品也处于不重视或无用状态。这不仅是一种资源浪费,而且让我们又回到了人工拉路确定单相接地故障的老路上,前面所说的种种问题依然得不到解决。

  小电流接地系统自动选线技术是一个难题,它的难点主要表现在:单相接地故障时故障信号小,不象其它故障如两相短路、两相接地短路等故障类型故障信号那么大;单相接地故障的类型复杂而不确定,有全接地故障、有间隙性弧光接地、有经不稳定电阻接地、经树枝接地(高阻接地)等等;中性点接地方式不确定,有不接地、有经消弧线圈接地等。

  目前国内大多厂家是采集系统的零序信号进行选线的,根据我们对多种选线装置的运行情况和有关专家和生产厂家的分析,我们认为选线装置一般存在以下问题:

  一、虽然已经有多达十几种甚至更多的选线方法,但是每种选线方法都只利用了故障某一方面的特征,当该方法需要的故障特征不明显时,这种方法就会出现错误判断。例如五次谐波选线方法利用了零序电流的五次谐波特征,但是在高阻接地情况下,五次谐波分量很不明显,这时五次谐波选线方法就失效了。以往的选线装置仅仅采用一种方法,因此正确率低。也有的装置采用了多种选线方法,但只是进行了简单的迭加,也不能解决实际的问题。

  二、电力系统发展日新月异,也不断有新的故障形态出现。比如近年来随着系统电容电流的增大,越来越多的变电站采用了中性点经消弧线圈接地的方式。这种系统在发生单相接故障后,由于消弧线圈的补偿,使本来就很小的故障信号更加微弱。这使很多选线装置无能为力。
三、处理精度低,对零序CT的精度要求高。以往选线装置一般只能处理20~1000mA的二次信号,如果超过这个范围,装置是无法选线正确的。

  四、以往选线技术的研究形成产品挂网运行后,没有获取现场故障数据的手段,选线不准,却没有验证的措施和客观评价的方法,更无法及时的对技术进行改进。

  五、还有一些厂家是采用向系统中注入一个微弱的信号的方法还进行选线。这种方法的局限在于:一般系统是不允许注入很强的信号,有些地方根本不允许注入信号的。即使允许,由于信号微弱,以及系统内其它信号的干扰,所以经常会出现检测不到信号的情况。

  三、选用小电流接地系统单相接地故障选线与跳闸装置的技术要求

  我公司35kV及以下电网都采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式,多次发生过由于单相接地故障过电压引起系统绝缘受到威胁而造成相间短路故障。2004年4月,某110KV变电站发生了一起10KV整个箱式开关柜完全烧毁的事故,而一次系统单相接地处理不及时是造成事故扩大的根本原因。同时为尽力保证对用户的不间断供电,提高公司和用户的经济效益,我们计划安装小电流接地系统单相接地故障选线与跳闸装置,在选线正确的情况下,实现定时跳闸。

  根据前面总结的选线不准的原因和我公司实际情况,我们对选用的接地选线装置提出以下要求:

  1、装置能准确识别直接接地、经电阻接地、经弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障类型和不同线路两点同相接地故障类型下的故障线路。

  2、装置适用于中性点不接地、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地接地方式。

  3、装置具有跳闸功能,可与断路器跳闸回路相连,实现选线后的故障切除。

  4、装置具有远程维护功能,可以通过各种方式同主站通信,及时了解设备的运行情况,对设备进行远程维护。

  5、装置可自动跟踪系统零序电流的变化,适用于现场二次侧零序电流2mA至3A,保证系统电容电流较小时,装置无死区,电容电流较大时,无饱和。

  6、装置具有故障录波功能,可以提供故障前后六个周期的波形,并能监视接地故障情况下各线路出口处一次接地电容电流和系统零序电压。

  7、装置具有与远动装置的接口功能。可以提供遥信无源节点、标准485或RS232接口。

  四、选线和跳闸装置的选用

  根据以上要求,结和运行经验并于市场产品进行大量考察的情况下,我们在2005年慎重选择了北京中天新业电气公司提供的新一代以台湾研华工控机为硬件平台的选线和跳闸装置。

  该装置为满足我们提出的要求,无论在硬件和软件技术上都与以往有很大突破:

  1、在硬件上,采用台湾研华工控机为平台。既便装置十分稳定,又能保证其软件中复杂算法的实现。

  2、软件上采用了多种选线技术。例如,为了解决比较难选的消弧线圈接地系统的故障选线,采用了首半波法、零序能量法、突变量法等;对于间歇性弧光接地则针对性的应用了小波法。

   3、各种选线方法并不是简单的迭加,而是使用了综合选线技术。首先通过实验和现场众多数据的科学研究,在空间上为每一种方法界定一个有效的选线范围——有效域。当一个故障发生时,系统内的每一种方法都在有效区域的约束进行选线,给出结果,在进行综合处理后,系统给出一个综合的结果。这个结果具有很高的准确性。综合选线技术通过为多种选线算法定义有效域,将多种选线算法有效地融合到一起,发挥选线算法之间的互补性,扩大了选线范围。

  4、系统还采用了连续选线技术技术。利用系统可以带故障运行的特点,充分利用故障信息进行连续选线,避免了故障信号被干扰。小电流接地系统的一个重要特征就是在发生单相接地故障时可以带故障运行一段时间,这样从故障发生到故障结束这段时间的信息都可以用来进行选线,但是以往的大多选线装置只能计算一次,这不仅忽视了许多有用的信息,更增加了误判的可能性。

  故障发生后,选线算法进行一次综合选线,运算判断故障线路,此后如果故障没有消失,选线算法间隔一定时间(例如1秒)后重新进行综合选线,将得到的结果与前面的结果再进行综合处理,给出一个具有可信度的结果。这种过程一直进行,直到故障消失为止,这就是连续选线的方法。连续选线的方法可以尽量多地利用故障期间的信息,避免了信号被干扰的影响,从而提高选线正确率

  5、装置采用工控机架构,使用40~80G硬盘,从而可以实现多达几十万次的故障录波。此项技术,可以获取现场故障数据,对选线结果有了客观评价的依据。另外,有了这些数据,厂家可以不断扩充装置的选线数据库,及时改进和提高技术水平,使其产品始终能保持非常高的选线准确率并实现正确跳闸。

  五、使用效果

  我公司于2005年10月在发生箱式开关柜烧毁事故的某110KV变电站安装运行了这种以台湾研华工控机为平台的选线和跳闸装置,使用至今,运行效果良好。期间该站共发生永久性接地故障3次,全部选线正确并按设定时间实现跳闸;同时发生了数以万计的瞬间接地,通过对装置录波波形的分析,准确率也能达到90%。

  通过对瞬间接地故障进行分析,发现这些故障主要集中发生在两条线路上,为我们对线路的维护提供了很好的依据,同时我们及时安排对线路巡检和进行清扫,清扫后的这两条线路瞬间接地故障大幅下降,从而保证了设备安全和避免了停电损失。

  六、结论

  近两年来,通过在我公司银通110KV变电站的使用,可以得出这样的结论:选用效果良好的小电流接地系统单相接地故障选线和定时跳闸装置可以实现提高电网设备安全和供电可靠性,同时提高供电部门和用户的经济效益的目的。

 




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