主動干預保安消弧裝置故障選線及消除方法

國網舟山供電公司 楊海波 姜 鵬 李士國 王 維

隨著電網電纜化率的提高，系統電容電流和諧波電流不斷增大，發生單相接地故障時消弧線圈往往不能有效熄滅電弧，可能導致事故擴大，引發火災和人身傷害等災難性后果。另外小電流接地系統在發生單相接地故障時產生的故障信號小且接地故障點狀態復雜，故障選線準確率低和故障定位困難，難以利用現有配網自動化系統實現單相接故障地區域的自動快速隔離和恢復供電。

針對3～35kV 小電流接地配電系統存在的這些問題，主動干預保安消弧裝置綜合使用了多種單相接地故障處理技術，實現了對多種復雜單相接地故障的智能化處理，可自動快速清除臨時性單相接地故障，使系統恢復正常；在配網系統發生永久性單相接地故障時，可將復雜且不穩定的單相接地故障狀態安全、平穩地轉換成無電弧金屬性單相接地方式繼續安全供電一段時間，將突發性停電事故轉換成用戶可預期的停電。由于能準確完成單相接地故障選線和定位并將故障相電位固定在地電位上，對一些易處理的故障甚至可不停電完成修復，這樣就可充分發揮出小電流接地配電系統供電可靠性高的優越性。即便是希望對永久性單相接地故障實現快速跳閘、隔離故障支路，主動干預保安消弧裝置也能提供足夠啟動配網自動化的零序電流信號，與處理短路事故一樣來實現故障區域的隔離和恢復供電[1]。

1 裝置功能介紹

1.1 技術參數

本裝置適用于3～35kV 中性點不接地、中性點經消弧線圈接地的配網系統，型號ZNJD-12，額定電壓12kV，額定電流630A，額定頻率50Hz，出廠日期2018年6月，安徽一天電氣技術股份有限公司、國網陜西電力科學研究院制造。

1.2 裝置功能

線路發生瞬時性單相接地，裝置會自動復歸并記錄相關接地信息，如發生永久性單相接地裝置會告知接地的線路，由配網監控進行試拉，并在遠方分別對消弧裝置控制器和消弧裝置選線控制器進行復歸，如試拉不正確消弧裝置將不再動作，依據別的方式對接地線路進行判斷試拉，待母線電壓恢復正常3秒后，消弧裝置會自動判別并再次投入工作[2]。

故障識別：系統發生單相接地故障時，裝置根據采集到的相對地電壓、零序電壓變化范圍快速準確地識別故障相；故障處理：系統發生單相接地故障時，裝置能在短時間內通過軟開關將故障相直接接地，熄滅接地電弧，限制弧光接地過電壓，并根據故障點的性質判定并以不同的方式處理瞬時性接地故障和永久性接地故障，同時輸出信號供用戶使用。

選線和定位：采用瞬時零序電流倍增選線原理放大接地故障支路的零序電流信號，可快速準確地選出故障線路并在面板上給出故障信號。有利于沿線配置的常規FTU、DTU 和故障指示器實現單相接地故障定位。要實現高阻接地故障時的故障定位需用在沿線配置的常規FTU，DTU 和故障指示器中加裝能識別高阻接地選線信號的智能接地預處理器。

暫態電壓在線監測：可選配暫態電壓在線監測功能。由于采用不同于傳統電磁式電壓互感器的寬頻電子電壓傳感器和高速數據采集系統，并采用無間斷數據采集、事件觸發記錄的“黑匣子”運行方式，可對系統電壓及其諧波、電壓閃變、弧光過電壓、雷擊過電壓、操作過電壓等暫態和瞬態過程進行實時監測、定時記錄、報警，供用戶分析系統的工作狀態及判斷故障原因[3]；其他功能：運行監測、越限告警、事件記憶、數據遠處等。

2 裝置工作以原理

2.1 基本原理

主動干預消弧裝置柜內配置分相合閘開關，主動消弧裝置控制器可自動判別出線接地相別，在變電站內進行同相別主動接地，實現主動轉移接地點，從而使接地故障點電流幾乎消失，實現故障點滅弧目的。系統發生單相接地故障時，智能接地裝置進行自動消弧、選線，彈出故障報告，記錄故障信息并上傳給監控后臺。故障信息包括故障發生時間、故障時三相電壓、零序電壓、故障支路編號、系統電容電流等。智能接地裝置為全自動控制，用戶無需手動干預。對于瞬時性單相接地故障，裝置處理完成后系統恢復正常運行；對于永久性單相接地故障裝置進行選線、處理，故障排除后，需進行本地或遠程復歸裝置。智能接地裝置的復歸控制、投退控制、位置信號、測量信號、故障信息、裝置故障、裝置失電等，均通過軟報文通訊或硬遙信方式傳到變電站后臺監控系統及調度監控系統。

2.2 動作流程

智能接地裝置由下列主要元件構成：消弧軟開關（由故障相接地開關K1、K2、K3和接地軟開關K4、過渡電阻R 構成），帶阻抗接地變壓器JDB 及其投切三相一體式接觸器K5、主控制器等（圖1）。

圖1 智能接地裝置一次接線原理圖

智能接地裝置的控制器通過檢測系統母線三相電壓和零序電壓，可迅速發現智能接地裝置覆蓋的零序系統范圍內發生的單相接地故障并判明故障相別。為盡快熄滅電弧以避免危害升級，智能接地裝置控制故障相開關（K1或K2或K3）經過渡電阻R合后再通過閉合開關K4將故障相金屬性接地（通過對流過過渡電阻R 的電流和相關量的監測，確認選相正確后閉合開關K4將故障相金屬接地；若選相錯誤，則打開已閉合的相別開關，重新選相并完成動作），熄滅接地電弧并轉移故障點電流，保護故障點防止出現事故擴大化。

經短暫延時后（預設時間為10秒，用戶可根據實際運行經驗改設），三相一體式接觸器K5閉合，投入接地變壓器JDB，延時50毫秒后，先開關K4斷開投入過渡電R 再斷開故障相接地開關（K1或K2或K3），并判斷是否再次出現單相接地故障，如若沒有出現則表明這是一次瞬時性單相接地故障，記錄事件，系統恢復正常運行；若是單相接地故障再現則表明這是一次永久性單相接地故障。同時智能接地裝置發出瞬時選線零序電流，完成選線后接地故障相軟開關重新閉合，進入單相接地安全供電模式持續運行一段時間或與常規繼電保護配合實現單相接地故障的快速隔離和轉供電[3]。

2.3 裝置特點

選相的容錯和糾錯能力。通過檢測流過過渡電阻R 的電流和相關量，可快速判明單相接地故障選相動作的正確性。如若出現選相錯誤，由于過渡電阻R 的限流作用，線間電流小于200安培會造成母線相間短路，即具有選相容錯能力；此后可將合錯相別的接地開關分斷重新選相，即為選相糾錯能力。可避免因選相錯誤而造成的系統母線相間短路事故。

快速準確的故障選線和定位。主控器采用DSP處理技術、交流模擬信號數字傳輸技術，當系統發生永久性單相接地故障時，通過短時投入帶阻抗接地變壓器的方式增大故障點接地電流信號，與智能接地預處理器配合，可準確選出1500歐姆以下的高過渡電阻接地的故障線路。同時可幫助配置在沿線的FTU、DTU 和故障指示器提高單相接地故障定位能力。

有效的故障處理。消弧軟開關的過渡電阻對高頻弧光電流的幅值限制和衰減，避免了高頻電流對故障點的進一步破壞和對二次設備的電磁干擾，可實現快速有效消弧；過渡電阻和帶阻抗接地變壓器的短時投入，為系統提供了低阻抗零序電流通道，解決了在接地故障恢復，故障相接地開關斷開過程中造成的系統中性點低頻振蕩。

3 設備運行方式及操作

3.1 運行方式

智能接地裝置內無單獨電壓互感器，裝置采用原系統母線PT 信號且不需對原有母線PT 進線改造，故障開始和恢復時，智能接地裝置通過軟開關技術和接地變的投切有效抑制PT 勵磁涌流，從而起到有效保護母線PT 作用；10kV 段母線并聯運行時，只要母聯開關位置接到了其中的一臺智能接地裝置，兩套裝置可并聯運行、也可退出一套裝置。

智能接地裝置設置“復歸”、“復位”控制，“復歸”控制使合上的接地開關分開，“復位”控制裝置控制重新啟動；智能接地裝置投運后老消弧線圈系統可以不退出運行，智能接地裝置可和站內原有消弧線圈并列運行，消弧線圈不僅不會影響智能接地裝置判相和選線，還有助于智能接地裝置高阻的識別能力；選用接地線纜絕緣應滿足10kV 輸電纜絕緣水平及電流載流能力，接地連接點用接地箱，用金屬網圍欄包圍并標注文字“消弧接地，嚴禁斷開”。

3.2 運行操作

兩套智能接地裝置既隨母線單獨運行也可并列運行，兩段母線經分段開關并聯運行時，其中一臺智能接地裝置收到母聯閉合位置時自動閉鎖本臺裝置；10kV 統發生接地故障時，系統出現3U0告警信號后，由于本主動干預型消弧裝置采用主動接地旁路原理，故在試拉開關查找接地點過程中不管是否正確隔離了接地點3U0并不自動消失，需手動或遙控復歸主動接地消弧裝置，使主動接地的分相開關斷開以檢查3U0告警是否消失，但如故障點依存在，本裝置又會主動選相動作接地，在試拉過程中操作復雜且存在故障點電弧重燃、熄滅等反復出現。對于裝置的“復歸”，執行誰拉路、誰復歸原則；主動干預型消弧裝置動作，系統恢復正常后3日內檢修單位調取、記錄、整理現場裝置動作報告。

4 故障處置

4.1 系統發生單相接地時

系統發生單相接地故障時，智能接地裝置進行自動消弧、選線，彈出故障報告，記錄故障信息并上傳給監控后臺。故障信息包括故障發生時間、故障時三相電壓、零序電壓、故障支路編號、系統電容電流、選線脈沖電流等。智能接地裝置為全自動控制，用戶無需手動干預。對于瞬時性單相接地故障，裝置處理完成后系統恢復正常運行；對于永久性單相接地故障裝置進行選線、處理。故障排除后可進行本地或遠程復歸。

4.2 發生接地故障后調度、運檢等專業處置

調控中心：當系統發生單相弧光接地時，故障相真空斷路器動作合閘，5s（可設）后自動打開重新判斷，若故障消失，系統恢復正常；若接地故障還在，故障相真空斷路器再次動作合閘；等待人工處理故障后手動復歸裝置。發生接地故障后調度根據選線結果拉路查找接地點，拉路過程中根據主動干預型消弧裝置特點順序復歸主動干預型消弧裝置，檢查3U0告警是否消失，復歸成功，系統恢復正常。若接地故障還在（選線錯誤），接地相真空斷路器繼續合閘，復歸失敗，則需人工依次拉路選線后并復歸消弧柜，直至找到故障線路并復歸成功[4]。

10千伏線路設備主人單位：根據調控指令完成相關故障線路故障點查找并匯報調控；變電運檢中心：如設備工作正常則無需操作與巡視，否則將異常的主動干預型消弧裝置轉檢修狀態并做好檢修安全措施，待電網接地消失系統恢復正常后，3日內去現場調取裝置內部報告、錄波文件及后臺機有關序列報文。

5 結語

主動干預保安消弧裝置是一種新型的智能選線裝置，該裝置綜合使用了多種單相接地故障處理技術，實現了對多種復雜單相接地故障的智能化處理，并能自動快速地消除瞬時性單相接地故障，使系統恢復正常運行，實現了單相接故障地區域的自動快速隔離和恢復供電。