小电流接地选线装置的原理及应用

作者：李娜 贾明 康献忠

来源：《硅谷》2011年第14期

        摘要： 通过介绍暂态零序电流幅值比较的选线原理，说明暂态量选线方法具有较高的选线正确率，并介绍小电流接地选线装置的安装调试注意事项。

        关键词： 小电流接地选线；暂态零序电流；特征频带

        中图分类号：TD611文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0720131－01

        1 小电流接地系统

        小电流接地系统在我国35kV及以下的电压等级电网中应用广泛，而单相接地故障在小电流接地系统中故障率很高，近年来随着电网容量加大，接地电流也在增大，单相接地故障造成的损失也更大。单相接地故障时，由于不产生短路电流，线电压仍对称，不影响正常供电，按规程允许继续运行1～2小时。但此时非故障相对地电压升高为线电压，易产生系统谐振，长时间带故障运行极易产生弧光接地，形成两点接地故障，引起系统过电压，对电网设备绝缘产生破坏作用，达到一定程度会造成PT爆炸或绝缘子闪络等情况。通常选接地的办法是利用变电所的交流绝缘监察装置发出接地信号，然后由值班人员采取顺序拉闸的方式寻找故障线路，转移负荷后将故障线路切除。

        2 小电流接地选线装置应用现状及发展方向

        针对已有的基于电力系统稳态分量选线理论存在的缺陷和不足，近年来，暂态量选线方法开始逐步得到应用和推广。暂态量选线法就是利用故障信号暂态分量所包含的丰富故障信息，来实现故障选线。故障信号的暂态分量相对于稳态分量具有如下特征：

        1）单相接地故障发生瞬间（5ms以内），故障电流中含有丰富的暂态高频分量，是稳态信号的十几倍到几十倍。

        2）暂态高频分量同样满足故障线路幅值最大、相位与其它健全线路相反的特征。

        3）暂态分量的能量主要集中在2K～3KHz，消弧线圈对其的补偿作用很小，相当于开路，不会对正确选线带来实质的影响。

        该选线方法不受系统运行方式和系统参数影响，不受故障条件影响，可以检测到瞬时性故障，具有较高的选线正确率。

        3 暂态零序电流相频特征分析

        单线路零序阻抗的相频特征是在正负90°上交变的周期方波函数（见图1），随着频率升高线路零序阻抗的容性、感性频带交替出现，且出现的第一个频带为容性。即任何线路都有一个最低的容性频带，在这个频带里，各健全线路的零序电流都为容性。而影响暂态零序电流相位的主要因素为线路的零序阻抗角，即随着频率升高，暂态零序电流相位在正负90°交变出现，且在最低的频带为容性电流。

        4 基于暂态零序电流特征频带的选线理论

        在健全线路暂态零序电流相位一致的频带内（称为特征频带），故障线路暂态零序电流幅值等于所有出线暂态零序电流模值和的一半（记为 ）；而健全线路暂态零序电流幅值小于。也就是说，在一个健全线路暂态零序电流相位一致的频带内，故障线路暂态零序电流幅值大于健全线路暂态零序电流幅值，具有最大暂态电容电流。因此通过选择一个健全线路电流相位一致的频带，利用此频带内暂态电流分量幅值比较，选择故障线路，这就是基于暂态零序电流特征频带的选线理论。

        一般说来，系统中最大两条线路的零序电容之和不会超过整个系统的%。因此，特征频带内故障线路电流幅值大于或等于，而健全线路电流模值小于。即故障线路电流模值首次小于对应的频点为f1；健全线路电流模值首次小于对应的频点为f0。可以利用这个特点来决定特征频带的上限截止频率f1和选取故障线路。

        5 小电流接地选线装置在我厂的应用

        2009年，安钢二轧厂新上了一条中厚板热处理生产线。在其10KV高压系统中采用了广西星宇智能电气有限公司的YH-B811型小电流接地选线装置。该装置采用了暂态零序电流幅值比较的选线原理，当电网系统发生单相接地故障时，采用零序电流突变量和零序电压启动判据，若大于门槛值，启动故障选线算法，零序启动电压设置为30V。

        安装调试过程中应注意以下事项：

        1）保证所有零序CT极性一致，需要进行CT极性校验：

        ① 在系统停电状态下，利用升流器或继电保护测试仪，将一路电流按同一个方向同时穿过两个零序CT，对各线路零序CT两两进行极性检测。采用装置手动录波功能，可查看零序电流波形，若两个波形重合，则认为CT极性正常。

        ② 若变电站已投运，装置带电调试，无法在CT一次侧施加电流，此时只能检测从开关柜到装置之间的接线极性。由于运行线路可能存在一定电气量幅值的零序电流，因此检测完接线后，利用装置手动录波功能查看各线路零序电流波形，若波形相位相反则认为接线错误，反之正常。

        2）接线注意事项：

        ① 零序电压与零序电流对应原则：即第一段母线零序电压与第一段母线上的零序电流回路对应，第二段母线上零序电压与第二段上零序电流回路对应，尽量在同一块AC板上接线。当然，也可以通过维护软件配置每条线路和母线的关系。

        ② 环网线路只接入其中的一条线路。

        ③ 通过一个断路器引出两条以上的电缆时，若末端不连在一起，则作为两条线路处理；若末端连在一起可装设两个零序电流互感器作为两条线路来处理，也可加装一个大内径零序电流互感器作为一条线路对待，若一个零序电流互感器无法实现，可采用多个CT并联方式解决。

        自小电流接地选线装置投入运行两年来，曾出现过Ⅰ段进线C相接地故障一次，通过选线装置快速准确地报警提示，使工作人员迅速地确定了故障线路，并通知上级供电系统及时排除了故障，从而保证了供电电网连续可靠地运行。