高速铁路10 kV电力系统单相接地误报警故障原因分析

高速铁路 10 kV电力系统单相接地误报警故障原因分析

白枫

中国铁路济南局集团有限公司青岛供电段 山东 青岛 266000

摘要：随着电力电子技术的发展，国内外学者对有源消弧方法已有初步研究。相比于无源消弧方法，有源消弧方法可实现接地故障电流的全补偿。采用有源逆变器与固定档位消弧线圈配合，通过有源逆变器在系统中性点注入补偿电流，改变电网零序潮流分布，进而控制系统中性点电压。基于磁控电抗器和有源补偿器的电磁混合式消弧线圈，快速有效地对接地故障电流进行了全补偿。

关键词:单相接地;接地变压器;消弧线圈;阻尼电阻;阻尼率;脱谐度

引言

随着国民经济的迅速发展，社会现代化程度越来越高，电网安全可靠稳定地运行对人们生产生活的影响程度越来越大。配电线路承担着用户的重要责任，其供应的电力充沛、安全以及稳定是国家和人民经济可持续快速发展的基础。

1单相接地故障经过

2011年12月13日，丙配电所内一级贯通侧丁所方向馈出柜的电压互感器和消弧线圈的电压互感器同时报出接地报警信号，接地报警时电压互感器二次侧的三相相电压数值分别为50V、50V和86V。调度远动系统主站监测到接地报警后，调度员远程操作将丙配电所内一级贯通侧丁所方向馈出柜退出运行，并闭合丁配电所内一级贯通侧丙所方向的馈出柜开关，送电运行后接地报警消除。为了确定一级贯通线路是否真的接地，调度又远程恢复原运行方式，由丙配电所主供，这时接地报警再次起动。调度随后远程将丙所一级贯通侧消弧线圈退出运行，接地报警随即消失。

2故障过程及处置

此次故障的发生及调度员处理过程如下所示。19:57110kV甲变电站：A线22A开关限时电流速断保护动作跳闸，重合闸停用。19:57110kV乙变电站：B线135开关零序Ⅰ段保护动作跳闸(重合闸停用)，当值调度员通知相关配电班组。19:59110kV乙变电站：遥控合上#2主变102A开关，恢复10kVⅢ段母线，恢复送电。22:03查线告：A线#2环网柜112开关后用户及A线#1环网柜102开关至#2环网柜101开关间联络电缆故障，已完成故障隔离。22:11110kV甲变电站：A线主线送电正常，许可负责人故障处理。22:12110kV乙变电站：合上B线135开关，方式恢复。

3单相弧光接地产生的原因

单相弧光接地是威胁供电系统安全、稳定和可靠运行的最主要和最直接因素。根据我国的传统设计经验，在10kV电力系统普遍采用中性点不接地方式，这是因为在早期的10kV电力网中，电力网络简单，电力电缆采用量不大，系统的单相接地电容电流并不大。而随着各电力系统的飞速发展和增容，原电力系统主接线发生了很大的变化，电力电缆的采用量急剧增加。从诸多10kV系统的运行现状和经验来看，其过电压发生的几率越来越高，由于过电压造成的事故在整个电气事故中所占的比例也越来越大。根据《电力设备过电压保护设计技术规程》和电力部、国家的有关标准和要求，对于3kV~10kV电力系统，当单相接地电流小于30A时，如要求发电机能带单相接地故障运行，则当与发电机有电气连接的3kV~10kV电网的接地电流小于5A时，其中性点可采用不接地运行方式。为此在发生单相接地时，在接地点极其容易形成不稳定的间隙性弧光接地，从而产生过电压，危及供电安全。同时强烈的电弧将引起两相或三相短路，造成电气设备严重破坏，危及安全生产。为此如何采取防范措施就显得尤为重要。

4防范措施

4.1故障处理方法

1)由于联络线开关零序保护动作出口跳闸，致使小电阻接地系统站内母线失电，因此应当先合上站内母线分段开关恢复站内母线的送电，确保其他出线供电。2)对于单相接地，此时应当对消弧线圈接地系统的变电站采用逐条拉路法，查出接地线路。如涉及重要用户的，拉路前应当联系营销部门通知用户转移负荷，查出故障线路后，通知配电人员寻线并告知线路状态，如果是用户专线，则通知用电检查人员告知用户线路故障情况，通知配网抢修班录入停电信息。3)对于两相接地，此时消弧线圈系统内的故障线路会跳闸，此时只要通知配电检修人员去检查此条线路即可。4)配电检修人员汇报故障点、停电范围、转供方式，审核无问题后隔离故障，进行线路试送电，试送成功后，转供故障线路正常部分的负荷，许可工作人员处理故障。5)故障处理完毕后，配电检修人员汇报验收合格，可以送电后，故障线路全线恢复送电，并且将运行方式调整至故障发生前的方式。

4.2选线方法DTWE的多数据化判别依据

由DTWE法的判据比值表达式可知，检测点最先检测到故障支路的反向行波能量，此时比值为2，且一直保持到健全支路反向行波到达检测点之后才有所下降，而此期间健全支路的比值判据为0。DTWE法在此时选线灵敏度达到最高，本文把该波形特点称为“最灵敏时间”，该特点反映了“故障反行波在故障支路和健全支路到达检测点的时间不同”的故障特征。方法DTWE利用了故障信息的整体性，究其根本其实就是利用了故障支路的初始行波能量大于任意健全支路的关系来构造选线判据，因此比值判据也是故障支路的最大，以此作为选线判据，也可以选出故障支路，本文定义选线方法DTWE的这个判别依据为“故障支路能量最大”。由此可知DTWE法仅仅在比值判据上具有选线自具性（自具性：仅利用本支路故障特征进行故障选线，不与其他支路相比较），然而利用的却是所有支路故障信息。针对一般的简单故障，可利用单支路零模反、正向行波能量积分比值法(zero-modereverseandforwardtravelingwaveenergyintegralratiomethod，Z-RFTW)选出正确的故障支路，积分比值大于1为故障支路，小于1为健全支路，若所有支路比值均小于1则母线故障。且该方法检测量也是零模方向行波能量，可直接利用DTWE法所得数据即可选线，以此便又为选线方法DTWE提供了一条选线判定依据。

4.3在线监测装置设计

为了实现电压、电流的一体化测量，该装置分成了两个模块，其左边为电压传感器部分，其右边为电流传感器部分。两边不同的传感器利用开放型卡扣的设计，将其结合在一起，形成综合在线监测装置。通过开放型卡扣，让该装置能够较为便捷地在配电线路上进行安装，并且其中间孔径的大小能够依据实际情况进行设计。电压、电流一体化传感器主要存在以下优点：1）结构简单、轻便，有利于现场安装；2）实现了电压信号和电流信号的同步测量；3）因与线路为非接触形式，具有更好的稳定性；4）不存在铁磁谐振，其测量范围大；5）数据比较容易传输。

结束语

随着我国10kV配电网中电缆线路的大规模投入使用，电力线路的容性电流越来越大，为了减少单相接地时故障点的弧光过电压，很多新建10kV电力系统都安装了接地变及消弧线圈，尤其是自动跟踪补偿式消弧线圈的应用越来越多，对电力系统的安全可靠性带来了极大的改善。新技术和新设备也往往会带来新问题，需设计单位生产厂家和使用单位深入分析，不断进行改进和完善。

参考文献

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