消弧系統引起10kV母線接地故障分析

張寶倉

【摘 要】電氣系統中最常見和最危險的故障是各種短路。短路類型包括三相短路、兩相短路、接地兩相短路和接地單相短路。短路的概率因類型而異，許多統計數據表明，地面單相短路的數量占電力系統短路總數的75%以上。如果10kV母線因電弧抑制系統而發生接地故障，將嚴重影響變電站和配電網的安全和經濟運行。

【關鍵詞】消弧裝置;10 kV母線接地;諧振過電壓

2016年3月11日，某變電站新增10kv 916斷路器后，變電站后臺監控系統頻繁接地10kv母線信號。信號每次持續約1秒后，系統恢復，監測系統檢測到故障信息。916斷路器斷開后，10kv系統恢復正常運行。檢查小電流接地選線裝置記錄的接地故障信息，發現只有10kv母線接地信息，沒有916線接地信息。

一、瞬間暫態特征的接地選線原理

當消弧線圈處于臨界補償狀態時，故障線零序接地電流最終降至零。當消弧線圈處于過補償狀態時，故障線零序接地電流補償后最終變為穩態值，故障線零序接地電流由流向總線變為流向線。從上面的分析，可以看出目前滅弧線圈接地系統單相接地的，最重要的故障特征，斷層線的零序電流對線路的零序電流，和斷層線的零序電流近似等于線路的零序電流的總和。只要通過不同的方法可靠地獲得單相接地力矩的上述故障特征，就可以判斷故障線。

二、案例分析

1.現場調查。經檢查，10kv母線的接地信號由安裝在10kv一段母線電視機柜二次室內的電壓監測繼電器發出。信號原理圖如圖1所示。該繼電器與10kv第一節母線電視的開式三角形繞組相連接，根據本條例的要求設置為15v。測量發現10kv第一段母線開孔處的三角電壓一直波動，最高電壓約為35v。判斷電壓監控繼電器動作正確，10kv母線接地信號電路正確。10kv母線的接地信號不是監控系統的誤發，而是10kv系統的電壓波動。

在調度應用中，10kV消弧控制裝置停運后，經過l h觀測，10kV母線三相電壓和開VI三角電壓正常，不再發出10kV母線接地信號。

2.原因分析。變電站10kv系統配備廣州智能燈kd-xh消弧控制裝置。消弧線圈容量1000 kvar，最大補償電流165 A。當設備正常運行時，實時跟蹤監控測量10kv系統的電容電流。當10kv系統對地電容變化時，即消弧控制裝置檢測到接地變壓器中性點電壓波動 有變化，立即測量10kv系統測量完成后，10kv系統對地電容電流將自動顯示在設備面板上，為10kv系統接地補償做好準備。（1）KD-XH消弧控制裝置測量系統工作原理。KD-XH型消弧控制裝置測量系統如圖2所示，消弧線圈高短路阻抗變壓器式可控消弧線圈，控制器通過控制兩個反并聯晶閘管導通角，從而控制消弧線圈電感0到額定阻抗之間的無級變化，從而實現補償電流從零到額定補償電流不同。

KD-XH型消弧控制裝置根據分銷網絡系統零序回路圖，使用消弧線圈電感變化前后的中性點電流、電壓值，計算lO kV系統電容電流。等效零序環圖基爾霍夫方程：

（1）

該消弧裝置由可控硅導通角控制，改變消弧線圈的電抗值，然后改變滅弧線圈兩端的電壓Ju。與更改之前和之后兩個狀態方程，獲得五個分別通過中性接地變壓器安裝在電視和TA的消弧線圈結束測量（見圖2），以確保測量的準確性，并考慮影響系統的正常運行，控制在25—75 V之間（值）。

（2）

（3）

消弧控制裝置根據式（2）、式（3）在1 S內計算出10 kV系統對地容抗。

（4）

當KD—XH型消弧控制裝置檢測到接地變壓器中性點電壓波動時，立即復歸裝置，然后測量電容電流。裝置的工作過程為：發送可控硅導通角 ，使消弧線圈的感抗與濾波回路的容抗相抵消，系統對外電抗為無窮大;測量 ，判斷其是否大于25 V，如果不是，則重新發送 ;發送第2個可控硅導通角 （ 的值是 的值減去測量步長設定值）;測量 ，判斷其是否大于25 V，如果不是，則再次循環這個步驟;直到 、 ：均大于25 v時，測量結束，根據得到的2個狀態方程，計算出10 kV系統電容電流值。零序電壓隨導通角變化波形如圖3所示。

（2）原因分析。①10kv 916斷路器運行前，10kv系統的電容電流約為75a。消弧控制裝置的電容電流測試時，剛好錯過了系統的諧振點，所以監控系統沒有發送10kv母線的接地信號。②10kv 916斷路器投入運行，消弧控制裝置在測量電容電流過程中，通過改變晶閘管導通角，逐步降低消弧線圈電抗值，以獲取滿足電容電流計算所需的以 、 。如果此時測量得到的 大于75 V，不滿足消弧控制裝置計算系統容抗的要求，裝置會繼續減小可控硅導通角，使消弧線圈電抗減小，并逐步偏離系統諧振點，直到測出符合要求的 測試結束，裝置自動計算出系統電容電流。③10 kV YJV22—3x300型電纜的額定電流約為2.33 A/km，該變電站10 kV系統電容電流估算值為34.149x2.33=79.57 A，現場實測值為83.2 A，而消弧控制裝置顯示值為82.5 A，3個數據接近，證明消弧控制裝置測試的電容電流值正確。根據以上分析認為，由于KD—XH消弧控制裝置的測量步長設置不合理，使改變后的消弧線圈感抗值接近或等于10 kV系統容抗值，引起10 kV系統發生諧振，導致監控系統頻發10 kV母線接地信號。

3.現場改進措施。調整裝置內部參數設置后，經觀察，0.5 h內系統監測電壓3玩波動9次，每次裝置均能計算出10 kV系統電容電流，未發生10 kv系統3 大幅度波動情況，監控系統也未再發10 kV母線接地告警信號。

KD—XH型消弧控制裝置測量步長定值的調整功能設置在裝置內部，需要生產廠家技術人員到現場進行修改，由此造成故障消除時間長，且浪費生產廠家人力資源。由于該故障處理方法比較簡單，建議生產廠家改進裝置程序，將測量步長值的調整功能放人人機操作界面，由繼電保護維護人員根據系統運行方式和現場實際情況及時進行修改，從而達到縮短故障消除時間和節約人力資源的目的。

參考文獻：

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[2]薛倩.消弧線圈接地系統接地故障線路選擇方法[J].電力設備，2017，8（11）：10-15.

（作者單位：陜西有色榆林新材料集團有限責任公司）