變電運行培訓小電流接地選線裝置應用

武衛平,孔玉娟

（東北電網有限公司豐滿培訓中心,吉林 吉林 132000）

蒙東電力公司農電系統變電站電壓等級為66 kV,豐滿培訓中心農電變電培訓室主要針對蒙東地區66 kV變電運行人員。66 kV電壓等級變電站基本采用中性點不接地、經消弧線圈接地或經阻抗接地運行方式,當發生接地故障時,由于流過接地點的接地電流小,因此稱為小電流接地系統。

小電流接地系統80%故障為單相接地故障。發生單相接地故障時,接地相對地電壓小于相電壓,非接地相電壓大于相電壓,3個線電壓依然對稱,不影響對負荷的連續供電,《電力系統安全規程》規定仍可連續運行0.5～2 h,但故障時非故障相相電壓上升。長時間帶故障運行,將發展為兩相接地短路故障或其它故障,引起事故擴大或設備損壞。因此,2 h內運行人員應迅速消除故障。由于故障相電壓明顯降低,可以很快找出,但無法迅速確認接地發生在連接故障相上的哪一條線路。小電流接地選線裝置的作用就是在發生單相接地故障后確定故障線路。該裝置在現場運行和培訓中起著重要作用。

1 小電流接地系統發生單相接地故障特征

a.母線電壓互感器開口三角處正常運行電壓為0,故障后產生零序電壓。

b.故障線路與非故障線路出現零序電流。非故障相線路零序電流為該線路對地等效電容電流,相位超前零序電壓90°。

c.故障線路零序電流與非故障相零序電流相位相反（相差180°）,故障線路零序電流等于非故障相線路零序電流之和。

2 小電流接地選線裝置選線原理

選線裝置利用小電流接地系統發生單相接地故障時的特征作為選線判據,如零序電壓的大小,工頻電容電流的大小、方向,零序電流有功分量,接地時5次諧波分量,可利用一種或幾種選線判據進行選線。現今小電流接地選線裝置選線方法主要有群體比幅比相法、諧波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法、零序電流突變量法、信號注入法等。

豐滿培訓中心66 kV培訓變電站小電流接地選線裝置型號為KA2003-ARM,裝置采用智能型比幅比相法和小波法進行選線。KA2003-ARM克服了第一代小電流選線裝置存在的選線判據不充分、選線手段單一、準確率低的問題,將各種選線判據有機地集成,并與多種數據處理算法和各種選線方法融為一體,構成了各種判據優勢互補,適應變化多端的單相接地故障形態的多層次全方位智能化選線系統。

智能型比幅比相法采用Butterworth數字濾波器,對于中性點不接地系統,比較母線零序電壓和所有線路零序電流幅值和相位,故障線路零序電流相位滯后零序電壓90°,并與正常線路零序電流反相,若所有線路零序電流同相,則為母線接地故障。

目前小波分析法只停留在理論研究水平, KA2003-ARM型選線裝置實現了應用,利用單相接地故障產生的暫態電流和諧波電流作為選線判斷的依據。

3 小電流接地選線裝置與仿真系統的配合

豐滿培訓中心66 kV培訓變電站一次設備和二次設備真實連接。采用數字物理混合仿真系統,使電網仿真模型輸出數字電壓、電流信號,輸出的電壓、電流信號經信號轉換箱和功率放大,模擬現場電壓互感器和電流互感器輸出的電壓和電流。將該信號連接到實際的小電流接地選線裝置,驅動其運行。小電流接地選線裝置與變電站綜合自動化設備的監控系統通過通信連接,實現在仿真系統設置故障,在小電流接地選線裝置報警選線的培訓功能。

仿真系統和小電流接地選線裝置配合調試過程常出現以下問題。

a.設置單相接地故障時選線裝置不工作

由于從仿真系統輸出的信號經功率放大器放大后電流信號不是很大,故障后電流與故障前電流相差不大,使選線裝置無法判斷。

仿真線路沒有實際線路多,發生單相接地故障后,接地電流不是很大,選線裝置從幅值或相位上均無法判別出來。

因此,可以通過改變仿真系統參數,增加線路對地電容,使電容電流變大,解決選線裝置無法選線的問題。

b.選線裝置選擇出的線路與故障線路不符

在調試過程中,教師在仿真系統上設置“豐東線”單相接地故障,但接地選線裝置故障顯示界面顯示故障線路為“豐西線”,這是由于監控系統與小電流接地選線系統通信通道設置存在問題,可通過通道測試使各通道相互對應。

4 選線裝置的應用

4.1 在仿真機上設置10 kV母線單相接地

警鈴響,母線電壓越上限報警（越限值設為25 V）。監控界面報文顯示1號主變10 kV母線3U0越上限（數值為57.92 V）,1號主變10 kV母線接地。選線裝置故障顯示界面顯示：日期、時間、故障母線（1號主變10 kV母線電壓57.5 V）、故障線路（母線接地故障）、備選線路（1號線路豐東線）。根據報警信息,運行人員可以查找到故障為10 kV母線單相接地。

4.2 在仿真機上設置10 kV線路故障

警鈴響,監控界面報文顯示：1號主變10 kV母線接地,1號主變10 kV母線事故電壓越上限, 1號主變10 kV豐東線接地。選線裝置在故障顯示界面上顯示：日期、時間、故障母線（1號主變10 kV母線電壓57.3 V）、故障線路（1號主變豐東線）。

通過裝置顯示信息可以判斷故障線路為10 kV豐東線,并可通過選線裝置故障錄波功能查看各相電壓變化情況。

小電流接地選線裝置由于其先進的性能,使學員在變電培訓中更加簡便地實現選線功能。通過培訓使學員熟悉小電流接地系統單相接地故障的特征,了解小電流接地選線裝置的原理,掌握選線方法。

5 結束語

小電流接地系統單相接地故障選線是66 kV及以下變電運行人員現場工作和培訓的一項重要內容。選線裝置在培訓過程的應用,可使學員從理論和技能上掌握小電流接地系統單相故障的故障線路查找原理和方法。

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