10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定探討

熊麗輝（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司馬鞍山供電公司）

10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定探討

熊麗輝（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司馬鞍山供電公司）

在本文就10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定展開(kāi)的研究中，筆者提出了一套適合10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的故障指示器整定原則，并對(duì)這一原則進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，希望這一論述內(nèi)容能夠在一定程度上推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的相關(guān)發(fā)展。【關(guān)鍵詞】故障指示器；小電阻接地系統(tǒng)；架空線路

前言

在我國(guó)電力系統(tǒng)中，架空線路故障指示器通過(guò)采樣線路電流與電壓對(duì)故障進(jìn)行判斷，這就使得架空線路故障指示器直接關(guān)系著我國(guó)電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。在我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展初期，架空線路故障指示器存在著普遍動(dòng)作精度不高的問(wèn)題，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，更高科技水平的架空線路故障指示器早已應(yīng)用于我國(guó)電力系統(tǒng)中，而對(duì)于這一架空線路故障指示器來(lái)說(shuō)，想要較好的發(fā)揮自身職能，就必須保證其自身整定的較好實(shí)現(xiàn)，而這也正是本文就10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定展開(kāi)研究的原因所在。

1 10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)特點(diǎn)

為了較好的完成本文就10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定展開(kāi)的研究，我們首先就需要深入了解10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的特點(diǎn)，而據(jù)筆者調(diào)查得知，我國(guó)當(dāng)下很多城市的10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)一般會(huì)通過(guò)10kV中性點(diǎn)完成接地，而接地過(guò)程中也往往需要應(yīng)用5.7Ω電阻[1]。

在了解了這一電網(wǎng)的接地特點(diǎn)后，我們還需要對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)10kV架空線路較為容易出現(xiàn)的短路故障、接地故障和斷線故障的特征進(jìn)行描述。對(duì)于這類故障來(lái)說(shuō)，單相接地故障短路與兩相接地故障短路是這一電網(wǎng)中最常見(jiàn)的故障形式，短路電流保持在800～1200A區(qū)間代表的是單相接地故障短路，而3000～6500A區(qū)間則代表兩相接地故障短路，此外兩相接地故障短路還會(huì)出現(xiàn)故障相電壓下降50%的特征，這點(diǎn)同樣需要我們予以高度重視；在這一電網(wǎng)中，系統(tǒng)重合閘或正常合閘時(shí)沖擊電流較大也是較為常見(jiàn)的故障形式，這一沖擊電流很多時(shí)候會(huì)達(dá)到1600A，并對(duì)電力系統(tǒng)造成一定破壞。之所以會(huì)出現(xiàn)這類故障，主要是由于我國(guó)當(dāng)下10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定還存在著不能采集零流、不能設(shè)置兩階段及以上的整定等局限所致，而為了解決這一問(wèn)題，筆者將在下文中對(duì)相關(guān)整定的原則進(jìn)行詳細(xì)論述[2]。

2 故障指示器的整定設(shè)置

為了最大程度上避免電力系統(tǒng)中各類故障的發(fā)生，較好的完成10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定，筆者選取了階梯型整定制定了這一架空線路故障指示器整定原則，圖1對(duì)這一原則進(jìn)行了較為全面的表示。結(jié)合圖1我們能夠發(fā)現(xiàn)，這一階梯型整定原則在設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮了一定裕度，并設(shè)置了動(dòng)作門檻是最大負(fù)荷電流的2倍，這就使得動(dòng)作電流能夠隨采樣負(fù)荷電流的變化而進(jìn)行階梯型調(diào)整[3]。

對(duì)于10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路來(lái)說(shuō)，筆者在上文中提到了其主要面臨著短路、接地以及斷線相關(guān)的故障侵?jǐn)_，而結(jié)合這三類故障的特點(diǎn)我們能夠發(fā)現(xiàn)，這類故障總體上可以歸類為永久、半永久、瞬時(shí)故障三類，由于瞬時(shí)故障是指斷路器沒(méi)動(dòng)作前就已消除的故障，為此本文就10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定展開(kāi)的研究將主要針對(duì)于永久故障和半永久故障[4]。

圖1 固定階梯型整定原則

2.1 永久故障的整定

在對(duì)10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器的永久故障整定中，想要斷定永久故障，我們需要結(jié)合上文中提到的固定階梯型整定原則，達(dá)到階梯型整定動(dòng)作門檻的故障電流就是這一故障斷定的最好判據(jù)。在對(duì)這一永久故障的具體整定中，圖2為這一永久故障的整定邏輯圖。

圖2 永久故障整定邏輯圖

2.2 半永久故障的整定

在對(duì)10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器的半永久故障整定中，我們同樣需要對(duì)這一故障進(jìn)行判斷，而想要判斷半永久故障，我們還是需要結(jié)合上文中提到的固定階梯型整定原則，滿足永久故障的條件、重合閘重合成功、檢測(cè)到正常電壓、正常電壓持續(xù)180s是這一故障斷定的最好判據(jù)。在對(duì)這一半永久故障的整定中，圖3為這一半永久故障的整定邏輯圖[5]。

圖3 半永久故障的整定邏輯圖

2.3 沖擊負(fù)荷制動(dòng)整定

除了永久故障的整定與半永久故障的整定，我們還有必要對(duì)沖擊負(fù)荷制動(dòng)整定進(jìn)行研究，這一整定主要針對(duì)裝有重合閘的架空線路發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)下側(cè)的故障指示器在重合閘合閘電流的沖擊下可能會(huì)誤動(dòng)的問(wèn)題，而在對(duì)這一故障的整定中，筆者設(shè)計(jì)了如圖4所示的沖擊負(fù)荷制動(dòng)整定邏輯圖，結(jié)合這一邏輯圖我們能夠發(fā)現(xiàn)，在對(duì)這一故障的解決中，筆者對(duì)指示器進(jìn)行了閉鎖，并待電壓正常后將閉鎖狀態(tài)解除，而在這一機(jī)制中，指示器閉鎖與閉鎖解除的判據(jù)條件就是重中之重，這里筆者將這一條件設(shè)置為：“檢測(cè)到電流消失；未檢測(cè)到電流突變；檢測(cè)到電壓消失；電流、電壓消失持續(xù)一段時(shí)間”。而指示器閉鎖解除的判據(jù)條件為：“檢測(cè)到正常電壓；正常電壓持續(xù)一段時(shí)間；最小閉鎖時(shí)間達(dá)到”[6]。

圖4 沖擊負(fù)荷制動(dòng)整定邏輯圖

3 RTDS仿真

為了驗(yàn)證筆者上文論述10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的故障指示器整定原則的可行性，我們還需要結(jié)合上文內(nèi)容開(kāi)展RTDS仿真，圖5為這一仿真實(shí)驗(yàn)的模型。在這一仿真實(shí)驗(yàn)中，我們需要實(shí)驗(yàn)仿真小電阻接地系統(tǒng)中的一條10kV架空線路等值參數(shù)與實(shí)際系統(tǒng)保持一致，在這一實(shí)驗(yàn)中筆者通過(guò)這一模型模擬了各類故障的電流電壓波形，并利用RTDS將這一故障電流電壓波形放大輸出至故障指示器，這樣我們就能夠?qū)收现甘酒鬟M(jìn)行觀察，以此判斷其是否能夠完成自身工作。為了保證這一實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，筆者選擇了能夠較好滿足本文論述要求的某型號(hào)故障指示器，并對(duì)故障發(fā)生時(shí)重合閘成功和失敗情況下的故障指示器動(dòng)作進(jìn)行了記錄，而通過(guò)仿真結(jié)果，驗(yàn)證了筆者在上文提到整定策略的有效性。

圖5 RTDS仿真模型

為了對(duì)非金屬型單相接地故障時(shí)故障指示器整定原則的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，圖6反映了這一模型的三相電流、電壓情況，結(jié)合該圖我們能夠清楚發(fā)現(xiàn)A相電流為500A，故障持續(xù)時(shí)間40ms，電源側(cè)斷路器動(dòng)作，700ms后再重合，重合不成功。當(dāng)時(shí)間軸為0.4s時(shí)，通過(guò)這一模型模擬A相接地，而40ms后的A相電壓為0且持續(xù)時(shí)間超過(guò)100ms，我們就可以斷定永久故障整定的判據(jù)條件達(dá)到，永久故障實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。

4 結(jié)論

對(duì)于10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器來(lái)說(shuō)，其本身能否正確動(dòng)作受到很多方面的制約，采樣精度、本體防護(hù)等級(jí)、故障特征、天氣環(huán)境情況等因素，都有可能影響架空線路故障指示器的正確動(dòng)作，不過(guò)對(duì)于架空線路故障指示器正確動(dòng)作影響最大的，還要屬整定原則。在本文就10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)的架空線路故障指示器整定展開(kāi)的研究中，筆者詳細(xì)論述了10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電網(wǎng)特點(diǎn)、故障指示器的整定設(shè)置以及RTDS仿真，而結(jié)合這一系列論述，筆者較好的驗(yàn)證了自身提出整定原則的正確性。據(jù)筆者調(diào)查得知，我國(guó)當(dāng)下架空線路故障指示器本身在整定設(shè)置方面還存在著一些缺陷，而為了解決缺陷我國(guó)相關(guān)部門必須加大對(duì)這一領(lǐng)域研究的投入力度，這樣才能夠較好的推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

圖6 非金屬性單相接地RTDS電流電壓圖

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TM862

A

2095-2066（2016）35-0020-02

2016-12-3

熊麗輝（1987-），男，助理工程師，本科，研究方向?yàn)榧芸站€路設(shè)備防雷及故障分析。