智能接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

宣俊楠，陳 益，楊鵬杰

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

0 引 言

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，單相接地導(dǎo)致的配電線路故障為總故障數(shù)的70%左右，其中故障大多由瞬時(shí)性單相接地引起。但是，在中性點(diǎn)非有效接地的情況下，上述的接地故障在滅弧后便可自動(dòng)消失。如果是永久性單相接地、中性點(diǎn)非有效接地，系統(tǒng)同樣可以保證線電壓處于正常狀態(tài)，持續(xù)為用戶(hù)提供安全、穩(wěn)定的電能。但是，中性點(diǎn)非有效接地存在一定問(wèn)題，且消弧線圈只能彌補(bǔ)工頻電容產(chǎn)生的電流。而經(jīng)過(guò)接地點(diǎn)的高頻電流和阻性電流較多，消弧線圈只能把電流彌補(bǔ)至5 A左右，保證形成的電弧繼續(xù)燃燒，繼續(xù)供電則會(huì)擴(kuò)大供電事故的范圍，甚至引起火災(zāi)，危及生命。此外，如果中性點(diǎn)非有效接地配電系統(tǒng)中發(fā)生單相接地事故，故障信號(hào)微弱，將難以準(zhǔn)確定位故障位置。

1 智能接地配電系統(tǒng)基本原理

1.1 智能接地配電系統(tǒng)的構(gòu)成

應(yīng)用過(guò)程中，可以在變配電站每段10 kV的母線中安裝一臺(tái)智能接地設(shè)施，并設(shè)置在配電網(wǎng)的可接入位置。智能接地設(shè)施的構(gòu)成如圖1所示，電阻分級(jí)接地開(kāi)關(guān)裝置由K1、K2接地開(kāi)關(guān)和電阻R組合而成，智能接地設(shè)施由接入斷路器D、接地變壓器JDB、脈沖消弧保護(hù)線圈XHXQ等電氣元件組成[1]。其中，接地變壓器和脈沖消弧保護(hù)線圈不是必選設(shè)備；如果變電站有接地變壓器和脈沖線圈可以直接應(yīng)用，不需在智能接地裝置中再次設(shè)置；接入斷路器為可選裝置，如果智能接地設(shè)施出現(xiàn)問(wèn)題，利用它可以及時(shí)斷開(kāi)智能接地設(shè)施。

圖1 智能接地裝置的構(gòu)成

1.2 智能接地配電系統(tǒng)工作邏輯

如果監(jiān)測(cè)到零序電壓大于閾值，則智能接地配電系統(tǒng)中出現(xiàn)了單相接地。智能接地設(shè)施可快速識(shí)別接地故障的相線，操控故障相電阻分級(jí)接地保護(hù)開(kāi)關(guān)使故障相接地，從而安全、可靠地熄滅電弧，防止危害擴(kuò)大。此外，經(jīng)過(guò)1～3 s的短時(shí)間延時(shí)后，智能接地保護(hù)裝置可以操作故障相接地開(kāi)關(guān)，使智能接地配電系統(tǒng)處于斷開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)測(cè)零序電壓值是否超過(guò)閾值。如果沒(méi)超過(guò)，說(shuō)明只是瞬時(shí)性的單相接地故障，處理完成后就可正常恢復(fù)供電；如果超過(guò)閾值，則說(shuō)明為永久性的單相接地故障，需要進(jìn)一步處理[2]。

針對(duì)永久性的單相接地故障，智能接地保護(hù)裝置可在較短時(shí)間內(nèi)經(jīng)中性點(diǎn)投入中電阻，提高接地點(diǎn)線路的零序電流數(shù)值，而饋線上裝設(shè)的有零序保護(hù)作用的配電設(shè)施和故障顯示儀表可以進(jìn)行單相故障接地選線、定位和隔離。完成一系列步驟后，智能接地設(shè)施便讓中性點(diǎn)投入的中電阻退出保護(hù)系統(tǒng)即可。

2 智能接地裝置單相接線選相防誤措施和校正

智能接地設(shè)施在保護(hù)故障相金屬性接地時(shí)，如果單相接地選擇的相線產(chǎn)生錯(cuò)誤，將會(huì)引起相間出現(xiàn)短路接地故障。接地故障相的電阻分級(jí)接地保護(hù)開(kāi)關(guān)可避免選相錯(cuò)誤并進(jìn)行校正。電阻分級(jí)接地保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置的構(gòu)成如圖2所示。K1、K2為保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置，R是電阻值為50～100 Ω的過(guò)渡電阻。

圖2 接地軟保護(hù)開(kāi)關(guān)組成圖

根據(jù)實(shí)際情況需要X相金屬性接地保護(hù)時(shí)，首先應(yīng)控制開(kāi)關(guān)裝置K1閉合，其次利用過(guò)渡電阻R將相線接地，最后控制開(kāi)關(guān)K2閉合，完成金屬性接地保護(hù)。如果X相金屬性接地保護(hù)處于斷開(kāi)狀態(tài)，首先應(yīng)控制開(kāi)關(guān)K2斷開(kāi)，其次利用過(guò)渡電阻R將相線接地，最后控制開(kāi)關(guān)裝置K1，使相線與地完全斷開(kāi)。如果把B相單相接地錯(cuò)認(rèn)為A相接地故障，需操控智能接地設(shè)施的A相實(shí)現(xiàn)軟導(dǎo)通接地保護(hù)。此時(shí)，應(yīng)控制A相的開(kāi)關(guān)K1閉合，利用過(guò)渡電阻R實(shí)現(xiàn)相線接地。此外，A、B兩相之間通過(guò)電阻R會(huì)產(chǎn)生短路接地現(xiàn)象，但電阻R具有限制電流的功能，電流值為100～200 A的電流可被有效檢測(cè)出來(lái)，因此短路電流不會(huì)產(chǎn)生較大破壞。另外，智能控制接地設(shè)施監(jiān)測(cè)到A相的開(kāi)關(guān)K1閉合引起相間短路接地后，會(huì)及時(shí)控制A相的開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)，并實(shí)施安全防護(hù)。只有在控制開(kāi)關(guān)K1閉合后沒(méi)有監(jiān)測(cè)出相間短路接地的情況時(shí)，才會(huì)將A相的開(kāi)關(guān)K2閉合，完成A相金屬性保護(hù)接地。但是，如果監(jiān)測(cè)A相線的開(kāi)關(guān)K1閉合為錯(cuò)相，可及時(shí)控制A相線的開(kāi)關(guān)K1閉開(kāi)，繼續(xù)上述控制流程，并把接地相實(shí)現(xiàn)金屬性保護(hù)接地。

3 智能接地設(shè)施保護(hù)動(dòng)作引起的系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程分析

3.1 接地開(kāi)關(guān)閉合條件下的系統(tǒng)暫態(tài)分析

智能接地設(shè)施識(shí)別出接地故障的相線后，如果把接地相保護(hù)開(kāi)關(guān)接地，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程產(chǎn)生高頻電流，給予配電網(wǎng)暫態(tài)沖擊而干擾二次設(shè)備。通過(guò)接地相保護(hù)開(kāi)關(guān)直接接地形成的高頻電流，可有效說(shuō)明直接接地的實(shí)際使用情況，全面解釋接地瞬時(shí)引起的保護(hù)動(dòng)作問(wèn)題。此外，利用電阻分級(jí)接地開(kāi)關(guān)實(shí)施保護(hù)后，可導(dǎo)通接地造成的系統(tǒng)暫態(tài)，有效抑制經(jīng)過(guò)接地控制開(kāi)關(guān)K1的高頻電流。

3.2 接地開(kāi)關(guān)閉合后的系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程解析

智能接地設(shè)施保護(hù)故障相金屬接地后將再次斷開(kāi)，如果控制接地相線保護(hù)開(kāi)關(guān)從金屬接地處完全斷開(kāi)，會(huì)造成配電網(wǎng)系統(tǒng)的中性點(diǎn)產(chǎn)生低頻振蕩，引起全相過(guò)電壓和電流互感器的一次繞組側(cè)形成低頻涌流現(xiàn)象，從而損壞電流互感器和互感器保護(hù)熔斷器。此外，通過(guò)電流互感器中性點(diǎn)的低頻涌流數(shù)值可達(dá)到20 A左右，而且會(huì)形成多次低頻涌流現(xiàn)象，燒壞額定保護(hù)電流為0.5 A的電流互感器熔斷器或破壞其一次繞組側(cè)[3]。

有效結(jié)合電阻分級(jí)保護(hù)接地開(kāi)關(guān)和隨調(diào)式消弧線圈，在電阻分級(jí)接地保護(hù)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生動(dòng)作前，消弧線圈可彌補(bǔ)經(jīng)過(guò)電阻分級(jí)接地保護(hù)開(kāi)關(guān)形成的工頻電容電流，控制電阻分級(jí)接地保護(hù)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。當(dāng)電阻分級(jí)接地保護(hù)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，首先控制開(kāi)關(guān)K2斷開(kāi)，其次通過(guò)電阻R進(jìn)行接地保護(hù)，最后控制開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)，進(jìn)而完全斷開(kāi)出現(xiàn)故障的相。

4 結(jié) 論

智能接地配電系統(tǒng)可利用安裝在變配電站的智能接地保護(hù)設(shè)施和安設(shè)在饋線分段位置的配電設(shè)施、故障指示儀表，提升配電系統(tǒng)的可靠性。此外，智能接地設(shè)施應(yīng)用的電阻分級(jí)接地保護(hù)開(kāi)關(guān)技術(shù)，可有效防止相線選擇錯(cuò)誤時(shí)兩相短路接地引起的電氣故障，并可避免保護(hù)開(kāi)關(guān)操控過(guò)程中產(chǎn)生的系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程。