變電站小電流接地選線系統(tǒng)的改造及應用

徐禮峰（江西銅業(yè)集團公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

變電站小電流接地選線系統(tǒng)的改造及應用

徐禮峰
（江西銅業(yè)集團公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

介紹了冷坑110kV變電站6kV小電流接地選線系統(tǒng)的現(xiàn)狀，以及運行時存在的問題，提出了如何有針對性地處理和解決方案，防止系統(tǒng)非故障設備長時間處于電壓升高狀態(tài)，進而引發(fā)多相接地短路，通過對小電流接地選線系統(tǒng)進行改造及新型小電流接地選線裝置的應用，提高判斷接地故障線路的準確率，從而實現(xiàn)線路的安全、可靠、穩(wěn)定運行。

小電流接地選線；零序電流互感器；接地故障；變比；錄波；過程分析；準確

1 引言

小電流接地系統(tǒng)提高供電可靠性具有優(yōu)越性，一般都采用經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地及中性點不接地的方式，在我國電網(wǎng)得到廣泛應用［1］。主要優(yōu)點：出現(xiàn)單相接地故障時，可以馬上斷開發(fā)生故障的部分，不需要切斷其它用戶的供電，大大增加了供電可靠性。電力系統(tǒng)在發(fā)生接地故障后雖然能繼續(xù)運行1～2h，但非故障相對地電壓升高，如非故障設備長時間處于電壓升高狀態(tài)，加速電力設備材料的老化，縮短使用壽命，導致設備的絕緣擊穿，進而發(fā)生相間短路故障。在電力系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生變壓器、電壓互感器、避雷器等的燒毀，電力電纜和瓷瓶擊穿等事故［2］。這就需要正確判斷出故障線路，及時發(fā)現(xiàn)故障并解決故障，所以小電流接地選線系統(tǒng)對系統(tǒng)的安全、可靠運行具有重要的意義。

2 單相接地故障的主要特征

（1）單相不完全（經(jīng)高阻或電弧）接地時，故障相電壓降低，非故障相電壓升高［3］，但大于相電壓，小于線電壓。零序電壓升高，發(fā)出接地信號。

（2）單相完全（金屬性）接地，故障相電壓為零，非故障相電壓升高到線電壓。零序電壓升為100V左右，發(fā)出接地信號。

（3）電壓互感器高壓側(cè)一相斷線或保險熔斷，此時故障相電壓指示不為零，出現(xiàn)比較小的電壓指示，非故障相仍為相電壓。零序電壓升為35V左右，發(fā)出接地信號。

（4）母線空載運行時，也可能出現(xiàn)三相電壓不平衡，發(fā)出接地信號。但當送出饋線后三相電壓正常，接地現(xiàn)象自行消失。

3 冷坑變電站6kV小電流接地選線系統(tǒng)的現(xiàn)狀

動力廠冷坑110kV變電站于1985年投入使用，是德興銅礦二期工程的配套供電工程，主要為泗洲廠、精尾綜合廠、北區(qū)、新區(qū)的生產(chǎn)、生活供電，供電量較大，負荷性質(zhì)重要，必須確保6kV線路的安全穩(wěn)定運行。變電站6kV母線為單母分段接線方式，兩段共有6kV饋線24條，采用經(jīng)消弧線圈接地的小電流系統(tǒng)，但消弧消諧現(xiàn)已退出運行，相當于中性點不接地系統(tǒng)，對外供電線路比較多，由于多種原因經(jīng)常造成6kV線路單相接地運行。

改造前，變電站6kVI、II段母線各裝有一臺ZDX型小電流接地選線裝置，選擇的準確性不高，經(jīng)常出現(xiàn)誤報或不報現(xiàn)象，如：2013年3月4日，冷坑變電站6kVII段母線接地，三相電壓不平衡（兩相電壓升高，一相降低），值班人員查看小電流選線裝置上為冷624線，經(jīng)礦值班調(diào)度命令斷開冷624開關后，接地故障仍存在，還是采用傳統(tǒng)的無選擇性絕緣監(jiān)視方法拉線法［4］，經(jīng)試拉多條線路后，最終斷開冷644線后接地故障消失，母線電壓恢復正常。由于該裝置不能對故障線路作出準確判斷，通常要通過試拉法查找，需要的時間比較長且查找困難，并影響生產(chǎn)。因此當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，為了不影響整個系統(tǒng)安全供電，對小電流接地選線裝置改造是非常必要的。

4 選線裝置選線不準確的原因

經(jīng)過原理論證分析造成選線不準確的原因主要有：

（1）傳統(tǒng)的ZDX型小電流接地選線裝置選線原理單一，本身準確性差。

（2）冷坑變電站經(jīng)過多次擴容改造，6kV新增線路的零序電流互感器與原有其它線路的零序電流互感器變比不一致，采集的接地線路零序電流可能反比沒接地的線路小，造成錯選。

（3）電流互感器穿過電力電纜時接地線的接法錯誤。

（4）6kV系統(tǒng)有多條為多電纜出線，現(xiàn)場有的電纜未穿過零序電流互感器，造成接地選線裝置采集的接地線路零序電流很小，以至于出現(xiàn)錯選其它沒接地的線路現(xiàn)象。

（5）零序電流互感器的極性必須一致，接線必須正確［5］，存在有些線路零序電流互感器的極性可能接錯現(xiàn)象。

5 合理選擇新型小電流接地選線裝置

針對以上選線不準確存在的問題，首先必須對小電流選線裝置進行更換，合理選擇新型小電流接地選線裝置。通過對市場調(diào)查、并與廠家技術交流及設備性能比較，最終選用上海藍瑞電氣有限公司的ZXJ-II綜合故障診斷及錄波裝置，該裝置可廣泛應用于發(fā)電廠、變電站及大型廠礦企業(yè)的中壓電網(wǎng)的小電流接地系統(tǒng)。它應用高端32位600MHz數(shù)字信號處理技術，雙CPU 的硬件設計，采用基于故障過程分析的辨識方法實現(xiàn)電網(wǎng)的故障辨識及單相接地選線。選線原理是用小波的方式對故障的過程搜索數(shù)據(jù)，通過對特征量、定義有效域、不同單相接地類型等數(shù)據(jù)特征進行分析，辨識出接地的類型，具有高的準確性。

該裝置主要有如下技術特點：

（1）長周期全程對故障前后各路信號(各相對地電壓、零序電壓、各支路零序電流)的波形數(shù)據(jù)進行完整、不遺漏、低失真高精度錄波，對故障做出準確判斷。

（2）實時監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)，記錄電網(wǎng)每一個過渡過程及前后的穩(wěn)態(tài)波形，將故障錄波數(shù)據(jù)分析為一系列的穩(wěn)態(tài)—過渡—穩(wěn)態(tài)過程，對多個過程辨識結果進行統(tǒng)一分析，得出正確結論，實現(xiàn)準確選線。

（3）支持零序電壓升高的各類故障的辨識，能夠準確辨識包括支路單相接地、單相斷線、單相斷線接地、鐵磁諧振、消弧線圈串聯(lián)諧振、相間短路等多種故障類型。充分利用故障發(fā)生前后的穩(wěn)態(tài)信息和故障發(fā)生時的過渡信息，對這些信息進行分層次、分過程的綜合分析，對故障類型進行全面的辨識。

（4）后臺錄波數(shù)據(jù)分析，可以及時發(fā)現(xiàn)信號接錯，極性接反的情況。

6 施工方案的確定及具體實施

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，確定改造施工方案：

（1）利用年檢停電期間對所有線路零序電流互感器的變比進行檢查。對變比不統(tǒng)一的零序電流互感器進行更換，并接好二次接線，提高小電流接地選線裝置動作的準確性。

（2）檢查所有線路零序電流互感器穿過電力電纜時接地線的接線是否正確［6］，電纜外皮接地點在零序電流互感器上部時，接地線必須穿過零序電流互感器后，在線路側(cè)接地，同時應注意固定，卡子與電纜鋼鎧之間必須絕緣，接地線也必須與固定卡子絕緣；電纜外皮接地點在零序電流互感器下部時，接地線不應再穿過零序電流互感器。

（3）幾條電纜并聯(lián)的線路，尺寸允許時可將所有電纜穿入同一零序電流互感器中，或每條電纜安裝一只零序電流互感器，二次繞阻并聯(lián)后接入裝置。

（4）ZDX型小電流接地選線裝置解除運行，更換為ZXJ-II綜合故障診斷及錄波裝置，將6kV高壓室各出線開關柜零序電流及I、II段PT柜三相PT電壓、零序電壓使用2*2.5屏蔽電纜從相應端子接入綜合故障診斷屏，接線時務必保證接線正確，并給裝置分別接入220V直流和交流電源。

（5）查看圖紙對所有線路零序電流互感器的接線、極性進行檢查 ，與電纜母線端同極性的端子接（+），異極性的端子接（-），保證極性接線完全正確。

（6）考慮值班人員能更快捷判斷線路接地故障，在技術上加以論證后，將ZXJ-II綜合故障診斷及錄波裝置安裝在主控室方便監(jiān)控，并通過通訊電纜接至后臺監(jiān)控系統(tǒng)，完成后配合廠家做好系統(tǒng)調(diào)試，試驗無誤后投入使用。

7 改造后裝置應用效果分析

（1）友好的人機界面。裝置采用8.4寸彩色液晶顯示屏，人機交互界面，操作簡捷，使用方便；運行界面結構清晰，系統(tǒng)運行參數(shù)、接地信息、波形、診斷結果等一目了然。

（2）具有通信功能。根據(jù)需要可提供RS232、 RS422、RS485及以太網(wǎng)通信接口；支持多種通訊規(guī)約，能夠配合各種RTU和主站系統(tǒng)及上級監(jiān)控系統(tǒng)；將故障發(fā)生的時刻、持續(xù)時間、故障支路編號、故障類型等傳送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，并有報警功能，以便值班人員及時發(fā)現(xiàn)故障。

（3）高精度、高準確率、高可靠性。采用16位高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，數(shù)據(jù)采集速度快、精度高；裝置電流輸入精度可達0.1%，保證接地電流很小時（高阻接地）能準確選線，原來的小電流選線設備的準確性相對較低，不能夠有效準確地辨識復合故障。綜合故障診斷及錄波裝置則有效地解決了這些問題，實際應用過程中選線情況良好，接地故障的辨識正確率100%。2015年元月6日冷627線和2015年元月8日冷626線等多次線路發(fā)生接地故障時都作出了準確判斷，為運行人員果斷判斷提供一個可靠的科學依據(jù)。裝置人機界面和檢測診斷邏輯分屬上下位機，互相監(jiān)測，互不影響；采用歐式標準插框結構，強弱電隔離、硬件看門狗、光電隔離和無觸點設計，確保系統(tǒng)安全可靠。

8 結束語

通過對小電流接地選線系統(tǒng)的改造，并進行了針對性的處理，解決了原先小電流接地選線裝置運行時存在選線不準的問題，盡快查找出故障線路，將故障線路切除，使維修人員能及時排除線路故障，縮短恢復送電時間，大大提高了工作效率，避免事故的發(fā)生，確保變電站線路供電可靠性。

［1］郭清滔, 吳田. 小電流接地系統(tǒng)故障選線方法綜述[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2010(2):146-152.

［2］要煥年. 城市電網(wǎng)中性點接地方式[J]. 電網(wǎng)技術, 1991(3):94-97+104.

［3］張慧芬. 配電網(wǎng)單相接地故障檢測技術研究[D]. 濟南:山東大學, 2006-04-16.

［4］賀家李, 宋從矩. 電力系統(tǒng)繼電保護原理(第三版)[M]. 北京:水利電力出版社, 1996:63-64.

［5］吳清, 許云峰. 小電流接地選線裝置選線準確率低的原因分析及提高選線正確率的方法[J]. 電力設備, 2007(11):11-13.

［6］解偉. 提高小電流選線裝置動作準確率的管理措施[J]. 安徽電力, 2010(3):72-74.

Improvement and Application on Substation of Line Selection for Small Current Grounding System

XU Li-feng
（Dexing Copper Mine, Jiangxi Copper Corporation, Dexing 334224, Jiangxi, China）

The current situation of 110kV substation 6kV line selection for small current grounding system cooling pit is introduced. For the problems existed when operating, the handing methods and solve scheme are put forward, to prevent the system non fault equipment in increasing voltage state for a long time, causing multiphase grounding short circuit. Based on the improvement of line selection for small current grounding system and the application on new model small current grounding line selection device, the accuracy of judging earth fault line is improved, and the safe, reliable and stable operation is realized for the line.

small current grounding line selection；zero sequence current transformer；grounding fault；ratio；recorder；process analysis；accurate

TM63

B

1009-3842（2015）03-0078-03

2015-01-07

徐禮峰（1979-），男，江西廣豐人，本科，主要從事電氣技術管理工作。E-mail: 27873606@qq.com