论消弧线圈接地方式选线装置的应用

论消弧线圈接地方式选线装置的应用

李令琦 1，陈波 1，刘建耘 1，丁月明 2

1.日照港股份动力公司 山东日照 276800

2.国网山东省电力公司日照供电公司 山东日照 276800

【摘要】港口10KV供配电单相接地故障频繁，为了保证供电运行的可靠和稳定性，供电系统采用非直接接地的小电流接地系统。本文主要讨论目前港口使用的中性点经消弧线圈接地系统，并且阐述对于小电流接地选线装置如何在消弧线圈接地系统中合理的选择以及消弧线圈的工作原理、小电流选线装置的选线方法等浅谈一下自己的想法。

【关键词】消弧线圈、选线方法

一、背景

电力系统中性点运行方式主要分两类,即直接接地（大电流接地系统）和不直接接地（小电流接地系统）。直接接地系统供电可靠性相对较低。这种系统中发生单相接地故障时,出现了除中性点外的另一个接地点,构成了短路回路,接地相电流很大,为了防止损坏设备,必须迅速切除接地相甚至三相。不直接接地系统供电可靠性相对较高,但对绝缘水平的要求也高。因这种系统中发生单相接地故障时,不直接构成短路回路,接地相电流不大,不必立即切除接地相,但这时非接地相的对地电压却升高为相电压的1.7倍。

港口供配电系统中，为了保证港口业务的生产需要，提高供电的可靠性，中性点采用了不接地运行方式，该运行方式在发生单相接地时，由于接地故障电流小，三相线电压仍保持对称平衡，不会破坏系统运行，规程规定允许运行1-2小时。由于供电线路多为电缆线路为主，系统对地容流过大，当发生单相接地故障时，接地弧光不易熄灭，容易产生间隙性弧光过电压，造成相间短路故障，所以在接地方式中选择了中性点经消弧线圈接地方式。

二、消弧线圈接地方式

中性点接入消弧线圈，发生单相接地时，通过接地点总电流为电感电流与全系统电容电流的总和，消弧线圈的感性分量和全系统的容性电流可以相互抵消，大大减小接地时接地点的故障残余电流，从而熄灭电弧，减小弧光接地过电压对电网系统的危害。根据消弧线圈电感电流的补偿程度，补偿方式可以分为欠补偿、全补偿、过补偿，为了避免产生串联谐振，实际运行中广泛采用过补偿方式。

中性点经消弧线圈接地方式由于存在感性电流补偿容性电流的作用，影响了大多数小电流接地选线的方法的选线准确性，当单相接地故障发生时，选线装置大多通过采集故障相容流幅值和方向的方式进行选线，但消弧线圈的补偿作用为了减小接地故障发生间歇性电弧重燃而引发的电网过电压危害，很大程度上将故障相容流限制在与非故障相容流大小和方向相差很小的范围内，增加了选线的难度，虽然现在很多选线方法已经改变方式，但依然无法做到选线的百分之百准确性。

三、小电流接地选线方法

3.1零序电流幅值法

这种方法主要利用故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点，将零序电流最大的线路选为故障线路，但是由于系统可能存在某条长线路的电容电流大于其他线路电容电流之和的情况，当该长线路发生故障时，选线装置就无法通过电流幅值来比较进行接地选线。在中性点消弧线圈接地系统中，由于消弧线圈感性电流的补偿作用，使故障线路电流小于非故障线路电流，更加加大了零序电流幅值选线的难度，由于港口使用中性点经消弧线圈接地系统，零序电流幅值法选线存在的极大弊端。

3.2零序电流方向比较法

当发生单相接地故障时，该方法利用故障线路零序电流与非故障线路零序电流方向相反的特点，比较各线路零序电流方向，从而选出故障线路。当故障点距离采集互感器较远或者线路很短时，零序电流太小使相位难以判断，受到干扰后就会造成误判和据动的情况。同样由于消弧线圈的补偿作用，造成故障相电流方向与非故障相电流方向一致，都为母线指向线路，影响选择装置的准确性。

3.3比幅比相法结合

将PT的开口三角电压作为零序电压监测，当零序开口电压大于设定电压时闭锁，启动选线功能，通过FFT分解，按基波或5次谐波排队，取幅值最大的前3个零序电流进行比相，若某个与另外两个方向相反则判该线路接地，否则为母线接地^【1】。此种方法的弊端在于当以基波零序电流作为比幅比相时，线路较短或故障点经过高阻值接地以及消弧线圈补偿作用，零序电流较小，相位和幅值误差会变得很大，导致选线错误。如果以零序谐波电流（其中以五次谐波为主）作为比幅比相对象，存在五次谐波含量太小，不易捕捉，而且极易受干扰等特点，导致选线的失败。

3.4其他方法

3.4.1有功分量法

克服消弧线圈补偿作用干扰选线的弊端，提取零序有功分量同样可以作为选线方法的一种，故障相零序有功分量方向为线路流向母线，大小是非故障相和消弧线圈零序有功分量之和，非故障相零序有功分量方向为母线流向线路，利用零序有功分量的相对大小和相位关系可以确定故障线路。但线路有功损耗较小，而且受到CT不平衡、线路长短等因素的影线，加大了选线的难度^【2】

。有的装置为了提高灵敏度，在消弧线圈上并联电阻，人为在接地点产生一个有功分量电流，这样确实可以提高选线准确度，但也造成了接地点电流增大，尤其对于电缆线路来说，加大了故障点绝缘的破坏的风险，可能导致事故的扩大。

3.4.2“S”注入法

基本原理是当发生单相接地故障时，通过电压互感器TV二次侧向接地相注入一种特殊的信号电流，该电流耦合到TV的一次侧，将沿接地线路的接地相流动并经接地点入地，与大地形成电流回路，通过信号探测装置进行捕捉，实现接地故障的探测。

3.4.3首半波法等暂态选线方式

以上方法均为稳态分量的选线方法，而首半波法、小波法为暂态分量选线方法。暂态分量选线方法利用小电流接地系统发生单相接地时，存在一个明显的暂态过程，尤其接地电容电流的暂态分量往往是稳态值得几倍到几十倍，容易测量。首半波法的原理是利用故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设，根据故障线路暂态零序电流和电压首半波的幅值和方向与正常线路不同的特点来构成选线条件进行选线^【3】。

3.5选线误判原因分析

由于各种干扰的影响，特别是当系统较小或是加装自动调谐的消弧线圈后，电容电流数值较小，接地点电弧电阻不稳定时，零序电流(或谐波电流)数值很小，可能被干扰淹没，其相位不一定正确，从而造成误判。工程上所采用的零序电流互感器精度太低。当原方零序电流在5A以下时，许多厂家生产的零序电流互感器，带上规定的二次负荷后，变比误差达20%以上，角误差达20'以上，当一次零序电流小于1A时二次侧基本无电流输出，无法保证接地检测的准确度，且选线检测装置用的电流变换器线性性能差，变电站自动化系统的选线检测元件大多按保护级选择，保护级互感器在所测电流远小于额定电流值时，综合误差难以满足要求，两级电流变换元件的总误差是造成现场误判的主要原因。工程实际中使用的零序滤序器的线性测量范围超出了实际可能的接地电容电流。

四、结束语

目前港口供配电存在的选线装置大多将多种方法集成于装置中，根据实际不同的接地方式，选择不同的选线方法。但任何的选线方法都存在局限性，也有很多选线方法只是停留在理论模拟中，对于实践操作的作用发挥很小，为了提高选线装置的正确率，除了选择相对最适合的选线方法外，对装置本身以及采集设备的安装、调试和维护都至关重要，在接地故障发生时，电力运行人员的合理判断也是快速消除接地故障的关键。只有做到多种方式结合，将最大限度的减少选线的错误率，才是保证电网可靠运行的关键。

参考文献

[1]郝玉山,杨以涵.小电流接地选线群体比幅比相原理[J].电力情报.1994

[2]牟龙华.零序有功分量方向接地选线保护原理[J].电网技术.1999

[3]张兰，周有庆.小电流接地系统单相接地暂态保护判断研究[J].湖南大学学报.2004