喀土穆煉油廠電力接地系統存在問題及解決方案

白濤

摘 要：簡要分析蘇丹喀土穆煉油廠在安裝全補償原理的偏磁式動態自動跟蹤消弧線圈裝置后，發生單相接地故障時系統特征及存在問題，并在此基礎上分析了幾種接地選線原理，最后給出解決方案。

關鍵詞：全補償；誤動作；問題分析；解決方案

1 引言

早期的接地選線方法，在中性點改為經消弧線圈接地后，有的已不能使用，有的雖然能用但有較大的局限性，選線效果不理想。根據蘇丹喀土穆煉油廠的應用經驗，要提高小電流接地選線裝置選線的正確率，必須結合本廠電力系統的特點，合理選擇小電流接地選線裝置的動作原理，做好安裝、調試、運行、維護各環節的工作，接地選線裝置選線的正確率才能達到較高的水平。

2 喀土穆煉油廠電力系統接地故障特點

2.1 煉廠電網的系統接線方式及消弧線圈的運行方式

煉廠電力系統為自備電廠供電方式，共有發電機6臺（其中汽輪發電機3臺，燃氣輪機2臺，煙氣輪機1臺），裝機容量80MW，發電機出口電壓6.3kV，發電機出口直接引入發電機母線，然后經過母線配出廠用負荷和各煉油裝置直配線。直配線共15條，均為電纜線路，所以系統電容電流較大，結合我廠系統接線方式的特點，選用了偏磁式動態自動跟蹤消弧線圈裝置。消弧線圈裝設于發電機中性點上，可以省去用于引出系統中性點的接地變壓器，考慮發電機檢修等因素，分別在2號發電機和3號發電機各裝設一套該消弧線圈成套裝置，兩套裝置一套運行，另一套備用。

2.2 消弧線圈的實際運行效果及存在的問題

該消弧線圈成套裝置于2005年安裝，這些年來一直運行穩定，系統正常運行時，該成套裝置實時檢測系統電容電流（全系統運行時，裝置檢測的系統電容電流顯示為40.5A），同時不施加直流勵磁電流，讓消弧線圈工作在遠離諧振點的狀態，這樣有效避免了串聯諧振過電壓的產生，一旦系統發生單相接地，裝置瞬間動作調整消弧線圈到全補償狀態，以控制接地電流到最小值。據統計，期間系統共發生瞬間接地5次，永久性接地1次，該成套裝置都能夠快速而可靠地動作，有效地控制故障的范圍，提高了我廠6kV電網的安全性能。

但在實際運行過程中，發現該成套裝置與系統中其他保護和自動裝置的配合可能存在一定問題，具體表現在：（1）煉廠6kV電動機的零序電流保護一般動作于信號，整定值一般為一次電流5A。在裝設消弧成套裝置后，一旦電動機發生單相接地，裝置將瞬間動作進行全補償，控制接地點的故障電流到很小的值（可能小于5A），使得故障電動機的零序電流保護達不到動作值，這對于查找和處理故障變得比較困難。這一問題需要改進零序CT和零序電流保護器的精度，適當縮小動作整定值來解決。（2）煉廠原有微機小電流系統接地保護裝置，在消弧成套裝置投運后，系統發生永久性接地1次，小電流接地選線裝置首次動作報出的接地線路實際為正常線路，選擇重判后選擇的接地線路方為故障線路。雖然分析樣本比較少，選線裝置的準確率不能判定，但不能排除選線裝置和消弧成套裝置從原理上配合不好的可能。這一問題需要在運行實踐中繼續觀察。

3 基于全補償原理的小電流選線方法比較

3.1 反應零序電流有功分量的接地選線法

在裝有消弧線圈的接地系統中發生接地故障時，故障點的殘余電流值較少。為實現有選擇性的接地保護，可采用在中性點側投入電阻的方式。在接入電阻R時，接地電流中將出現一個有功分量IOR，IOR與零序電壓UO同相，因此可利用反映有功分量的零序方向元件來判別故障線路。電流IOR流過故障點，電流的有功分量可使接地故障點產生附加的熱量，為此在選擇電阻R的數值時，應使流過故障點的電流IOR分量不超過5～10A。但這種選線方法在配電網有短路線路時，由于該線路的零序電流小，功率方向元件在受干擾的情況下，仍存在誤判及多選的可能性。此外，由于要在中性點另多裝一個斷路器，也限制了該裝置的推廣應用。

3.2 反映5次諧波分量的接地選線法

在接地電容電流中除基波分量外，經分析與測試得知，還包含有各種高層次諧波分量，其中5次諧波分量的幅值較大。在發生接地故障時，在5次諧波零序電壓U05的作用下，5次諧波零序電流I05即構成了通路。雖然5次諧波電壓的幅值只有基波的百分之幾，但對線路的容抗，5次諧波卻為基波時的五分之一。但用零序電流5次諧波分量大小和方向來判斷接地線路，由于其值較小，選線結果也不理想。

3.3 有功功率損耗法

在非故障線路上，由于消弧線圈的補償作用，使其電流很小，有功功率也很小。而故障線路一般呈金屬接地，接地電流在消弧內部阻抗和線路阻抗存在的情況下，產生較大的有功功率損耗。故本裝置以有功功率損耗的大小來作為接地選線的依據。

3.4 采用突變量啟動的首半波法

在故障的瞬間，接地電容電流中將出現一個幅值很高的暫態分量，暫態零序電流首半波的最大值比流過同一點電容電流的穩態值大幾倍到幾十倍。

各線路所流過的暫態零序電流首半波寬度均為幾十微秒到幾百微秒。

對同一系統，不論中性點絕緣或經消弧線圈接地，其最初階段暫態過程完全一樣，消弧線圈可認為開路。假定從母線流向線路為零序電流正方向，零序電壓規定線路對地電壓為正方向，則在輻射網絡中，非故障線路靠近母線段所流過的暫態零序電流首半波與暫態零序電壓方向相同。而對故障線路，靠近母線端暫態零序電流首半波與暫態零序電壓首半波方向相反。對于環形網絡，則在電容電流分界點落在非故障線路上時，其兩端暫態零序電流首半波與暫態零序電壓方向相同；電容電流分界點不落在非故障線路上，則有一端相同，一端相反。而對故障線路，暫態零序電流首半波與暫態零序電壓的首半波方向均相反。

4 結束語

綜合喀土穆煉油廠電力接地系統特點及評估以上小電流接地選線方法，我們在易出現單相接地故障的兩個配電室安裝了以暫態半波法原理為主的接地選線裝置，并選用高精度的零序電流互感器，作為全補償原理的偏磁式動態自動跟蹤消弧線圈裝置電力接地系統的解決方案，經維護及廠家技術人員精心安裝調試后投入運行。運行后發生單相接地故障兩次，此裝置可以準確的判斷故障線路。大幅度地縮短查找故障線路時間，使煉廠電力系統在接地故障情況下快速恢復正常運行。

參考文獻

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