浅谈小电流接地选线装置的应用

浅谈小电流接地选线装置的应用

赵鹏

（湖北省兴山县峡口镇人民政府443700）

摘要：目前，110kV综合自动化变电站普遍装设了小电流接地选线装置，为防止单相接地故障危害的扩大起着至关重要的作用。但小电流单相接地选线一直是继电保护领域未能彻底解决的一个难题，因此需要结合实际运行经验，分析、研究和改良，来找寻提高小电流接地选线装置选线正确率的措施和方法。

关键词：接地系统；原理；措施

作为世界上最大的六偏磷酸钠和中国最大的三聚磷酸钠生产企业，湖北兴发化工集团目前已运行的110kV变电站有4座，35kV变电站有1座。为满足各种高压电机及其它工业负荷的需要，园区内10kV出线多为电缆敷设方式。随着项目扩建及产品产量的不断增加，10kV出线回路数也随之增加，并被大量的使用。当系统出现单相接地故障时，非故障相对地电压升高至线电压，很容易击穿电力设备绝缘薄弱的位置，引起相间短路，危害着变电站站内设备及配电电网的供电可靠性和供电质量。因此，如何有效地解决好单相接地短路故障的选线问题，将成为提高供电可靠性的重中之重。

电力系统按照接地处理方式可以分为大电流接地系统和小电流接地系统。其中，大电流接地系统分为中性点直接接地、经电抗器接地和低阻接地；小电流接地系统分为中性点不接地、经消弧线圈接地和高阻接地。襄阳兴发化工有限公司110kV综合自动化变电站内10kV站用变压器采用中性点经消弧线圈接地的方式。中性点不接地系统中发生单相接地，流过接地点的接地电流是电容电流，属于小电流接地系统。随着系统容量增大，线路的电容电流增大，使越来越多的瞬间接地故障不能自动消除，而间歇电弧接地引起的弧光过电压，绝缘受到严重的威胁。接地电流在5~10A时，最容易引起间歇电弧，为了防止间歇电弧，应采取减少接地电流的措施，通常是采用中心店经消弧线圈接地，如图所示

中性点经消弧线圈接地系统单相故障示意图

发生单相接地故障时，三相电路的对称性受到破坏，故障点就出现明显的不对称，当A相发生单相接地故障时，A相对地电压变为零，而B相和C相对地电压升高，对地电容电流相应增大。同时，故障线路中将有电感电流流过，接地点F的电流为所有线路电流电流

当发生接地时，流过消弧线圈的电流为

由于对线路电容电流的抵消作用使得接地电流减小，有利于消除接地电流引起的电弧，这就是消弧线圈的作用。

变电站内使用了北京奥特思鼎科技开发有限公司生产的AT-XDL186系列小电流接地微机选线装置。该装置采用80C196单片机进行分析和判断，其原理利用了小电流系统发生单相接地时零序电流“相对幅值与相对相位”的关系。当被测系统发生单相接地且零序电压达到整定值（可在5V—100V之间任意选取，一般选取30V）时，装置将启动选线程序，将所有被测线路的零序电流和故障母线电压同时采集进来，然后进行数字滤波以消除干扰。因为故障线路的零序电流为非故障线路零序电流之和，所以在理论上来说，故障线路的零序电流采样值应为最大。但由于电流互感器误差、信号干扰及线路长短差别悬殊等原因，故障线路的零序电流采样值在排序时不一定排在首位，且不会跌出前三位。因此在第一步排序时采用“相对幅值”原理选取采样值最大的前三个。然后利用故障线路的零序电流方向与非故障线路的零序电流方向相反的原理，进一步确认前三个采样值当中，哪一个为故障线路。

目前，在110kV综合自动化变电站普遍装设了小电流接地选线装置，除了上述的零序电流比幅比相法外，常用的还有零序功率方向原理、首半波原理和外加高频信号电流原理等等，每一种方法都有它自己的有效域。

值得一提的是，针对国内中性点非有效接地系统单相接地选线困难的现状，近几年不断有研究人士提出了一种全新而有效的选线方法，即基于可控短路的故障选线方案。所谓可控短路，是指在中性点非有效接地系统的中性点与地之间串联一晶闸管，当系统发生单相接地时，通过控制晶闸管的触发角，等效的将原有的中性点非有效接地系统在很短的时间内变成有效接地系统。如此一来，在这一时间间隔内，接地故障线路上将流过大的短路电流。与此同时，通过控制上述时间间隔的大小，既能保证该短路脉冲的强度，又不会影响到系统正常运行。通过理论分析、仿真及动模试验均证明了该方案的有效性，随着该方案在试点的挂网运行及缺陷发现改造，有朝一日，它有望成为解决国内中性点非有效接地系统单相接地选线困难的有效方案。

由于小电流接地系统运行方式多样，故障复杂，且原理自身不能消除由于电流互感器误差、过渡电阻和测量误差等因素产生的影响，导致许多装置的选线正确率仍达不到人们的期望值。根据相关统计数据表明，在运行的各种型号的接地选线装置平均选线正确率仅为20%—30%，作为用户工程的我们该如何结合自身的运行经验和使用环境来提高选线的正确率呢？

首先，用户应根据自身的现场情况和实际需求来采购相应原理的选线设备。全国生产小电流接地选线装置的厂家大概有几十家，真正具有研发实力的企业并不多，产品质量参差不齐。由于用户在选择该类产品时不像选择微机保护装置那样慎重，而现阶段许多的选线装置都是由综合自动化厂家或开关柜厂家配套供货，采购时往往只注重价格而不注重质量。正因如此，用户更应该选择质量过硬，售后服务优良的厂家，在设备选型上严格执行有关技术规定。在条件允许的前提下，在选线装置出厂前，用户可派遣相关技术人员前往制造厂商进行出厂前的验收试验，针对装置的电磁兼容性能、绝缘性能、机械及温度等影响按照继电保护行业标准进行检验，确保选线装置的质量。

其次，在电气安装阶段应确保所有的零序电流互感器的极性一致，且二次侧不得开路，应有一个接地点。同一现场的零序电流互感器的电气特性应基本一致，最好选用与小电流接地选线装置同一品牌或专用配套的零序电流互感器。确保零序电压互感器开口三角零序电压极性正确，避免因电压互感器极性接反导致小电流接地选线装置不能正确选线的事件发生。

最后，变电站运行值班人员需要加强对小电流接地选线装置的巡视工作，若发现装置出现异常情况，应在第一时间进行处理，以确保装置的正常运行。充分利用设备停电的机会对相关的二次回路进行检查，并在日常工作中不断总结运行经验和积累检修技能。

设备选型上把好关，施工安装符合规范，运行人员细心负责，只有做好了上述三点，才能更好地发挥小电流接地选线装置的作用，提高选线正确率，满足整个园区对供电可靠性的要求。

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