小电流接地系统电容电流自动跟踪补偿及其单相接地选线装置.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除小电流接地系统电容电流自动跟踪补偿及其单相接地选线装置 一、小电流接地系统的接地电流 （一）中性点不接地系统单相接地故障时的接地电流 1中性点不接地系统的正常运行状态 中性点不接地的三相系统在正常运行时，网络中各相对地电压是对称的，各线路经过完善的换位，三相对地电容是相等的，因此各相对地电压也是对称的，如图6-24所示。线路上A相电流等于负荷电流IAL和对地电容电流IAC的相量和，当三相负荷电流平衡，对地电容电流对称时，三相电容电流相量和等于零，所以地中没有电容电流通过，中性点电位为零。但是实际上三相对地电容是不可能绝对平衡的，这就引起中性点对地

2、电位偏移，这个偏移的电压称为中性点的位移电压，如图6-24（a）图所示，UN就是其位移电压。 2单相接地故障时接地电流与零序电压的特点 当电网发生单相接地故障后，为了分析方便，设线路为空载运行，忽略电源内和线路图6-25中性点不接地系统单相接地时电容电流分布上的压降，则电容电流的分布如图6-25所示。 图中以XL一3线路A相接地为例，画出了非故障线路XL-1，XL-2出现的零序电流为非故障相的电容电流之和（故障相因对地电压为零，电容电流也为零）。XL-3故障线路的非故障相电容电流与非故障线路相同，而接地点接地电流/ec和故障相流回母线的电流在数值上均等于系统电容电流的总和，其相量图如图6-26

3、（a）所示。如A相直接接地UA=O，非故障相电压UB和UC均升高倍，即变为线电压值，中性点位移电压U0=-EA。非故障相电容电流IBC和ICC的相量和就是该线路的电容电流：IB（C）+IC（C）=IC3，其相量图如图6-26（c）所示。因为故障线路的非故障相电容电流与故障相流回母线的接地电流方向相反，所以故障线路的零序电流可用式（6-4）表示，其相量图可表示为图6-26（b）o （6一4）由以上相量分析，可得出如下几个结论： （1）中性点不接地系统，单相接地故障时，中性点位移电压为-Eph。 （2）非故障线路电容电流就是该线路的零序电流。 （3）故障线路首端的零序电流数值上等于系统非故障线路全

4、部电容电流的总和，其方向为线路指向母线，与非故障线路申零序屯流的方向相反。该电流由线路首端的TA反应到二次侧。以上三点结论就是中性点不接地系统基波零序电流方向自动接地选线装置软件工作原理。 （二）中性点经消弧线圈接地系统的接地电流 1中性点经消弧线圈的接地方式 中性点不接地系统单相接地故障时，虽然非故障相对地电压升高7丁倍，但由于系统中相对地绝缘是按线电压设计的，据此申性点不接地系统在发生单相接地时可以继续运行，但是不能长期工作，规程中规定继续运行时间不得超过2h。不能长期工作的原因是接地电流将在故障点形成电弧。电弧有稳定和间歇性两种。稳定性电弧很可能烧坏设备或引起两相甚至三相短路。产生间歇性

5、电弧的原因是：在单相接地时由于电网的电容和电感容易形成一个振荡回路，就有可能因振荡出现周期性熄灭和重燃的间歇电弧。间歇性电弧将导致相对地电压的升高而危害系统的设备绝缘，在接地电流大于51OA时最容易引起间歇性电弧，电网的电压越高，间歇性电弧引起的过电压危害性越大，由此可能引起相间故障，使事故扩大。 为了减小接地电流，避免因间歇电弧引起过电压危害，在我国的交流电气装置过电压和绝缘配合（DL/T.620一1997）的电力行业标准中新规定所有的35kV、66kV系统及10kV不直接连接发电机的架空线路构成的系统在单相接地故障超过1OA时，应采用消弧线圈的接地方式（注意：原标准规定10kV系统为30A

6、）；当36kV非钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统及320kV电缆线路构成的系统在单相接地故障电容电流超过30A时，与原规定相同应采用消弧线圈的接地方式。这种中性点经消弧线圈接地方式发生单相接地故障时流过故障点的电流比较小，所以也属于小电流接地系统。 因为接地电流在数值上与系统电压、频率和相对地的电容及线路结构、长度均有关，因此理论上很难用一公式准确计算出来。在实际应用中，可以通过估算方法近似地计算：对架空线路IC=UL/350，对电缆线路IC=UL/10，式中U单位为kv，L单位为km。按以上式子可估算出系统的接地电流并进一步判断是否应采用经消弧线圈接地的方式。 2消弧线圈的补偿方式及

7、其作用 中性点接入消弧线圈的目的主要是消除单相接地时故障点的瞬时性电弧。它的作用是：尽量地减小故障接地电流；减缓电弧熄灭瞬间故障点恢复电压的上升速度。 消弧线圈减小故障接地电流的方式有过补偿、欠补偿和全补偿三种方式。消弧线圈以感性电流IL补偿系统接地电容电流Iec的程度叫做补偿度（也称做脱谐度），定义为 P=（IL一Iec）/Iec （6-5） 按过去的规定，不采用全补偿和欠补偿。因为全补偿有可能发生谐振，使中性点电压超过规定限制的15%相电压，而欠补偿在切除若干线路后也有可能进入全补偿的状态，因此也有可能发生谐振。如果在消弧线圈与地之间串接阻尼电阻，使得在进入全补偿状态时谐振电流变得较小，从

8、而有效地避免了发生申性点过电压的现象。因此目前有的消弧线圈经阻尼电阻接地，允许其工作在全补偿、过补偿、欠补偿的全工况状态。 此外，理论上可以证明：减小补偿度，即尽可能接近全补偿状态，可以在故障点消弧的瞬间，减缓故障点恢复电压上升速度，避免了故障点恢复电压上升过快引起的电压振荡。因此自动跟踪调节消弧线圈电感，应使补偿度调节在适当范围内才能使熄弧效果最佳。 单相接地时零序电压、电流的特点图6-27中性点经消弧线圈接地电网中单相接地时电容电流的分布图 中性点经消弧线圈接地的系统，当在线路XL-3的A相发生单相接地时，电容电流的分布如图6-27所示。 图中表示了单相接地时，加在消Cl弧线圈两端的中性点

9、位移电压为U0=-EA。在该电压作用下，在消弧线圈中产生电感电流IL，这个电流流人故障接地点。流入故障接地点的系统电容电流与图6-25完全相同。IL与系 统电容电流的相量相位关系如图6-28所示，。图6-28经消弧线圈IL补偿后的接地电流 由此可见，在过补偿的条件下经消弧线圈IL补偿后，接地电流与未经补偿的比较明显小了许多，同时还可看出补偿后，故障线路的零序电流的方向与非故障线路的零序电流3I01，和3I02方向完全相同，而数值大小也无明显差异。所以在中性点经消弧线圈接地的电网中，就不能利用基波零序电流的数值大小和方向来作自动接地选线的依据。比较有效的判接地方案是五次谐波判别法和有功分量判别法

10、。 4五次谐波判别法软件原理 在电力系统中，由于发电机的电动势申存在着高次谐波，某些负荷的非线性也会引起高次谐波，所以系统中的电压和电流均含有高次谐波分量，其中以五次谐波分量数值最大。前面分析过，中性点经消弧线圈接地的系统中，在单相接地时 消弧线圈的电感电流补偿接地电容电流是指基波零序电流而言的，对于五次谐波来说，情况就大不相同了。 图6-29所示的是小电流接地系统中性点经消弧线圈接地，在单相接地故障时的五次谐波零序等值电路图。图中假设第一条线路发生单相接地，U0.5就是第一条线路接地时的故障处的五次谐波零序电压。在U0.5作用下，消弧线圈L中流过电感性的零序五次谐波电流IL5，各线路中非故障

11、相流过电容性的五次谐波电流分别为IC1.5、I02.5I0n.5（注意：故障线路非故障相的五次谐波电流应称电容电流，记作IC1.5，非故障线图6-29五次谐波等值电路图路五次谐波电流为零序电流记作I0n.5。它们在接地故障点K汇合后成为故障线路的故障相接地电流，根据基尔霍夫定律，在K点有如下式 （6-6） 对于五次谐波来说，由于消弧线圈的电抗（）增大五倍，通过消弧线圈的电感电流减小五倍；而线路容抗（1/）减小五倍，电容电流（）增加五倍。所以消弧线圈的五次谐波电流（）相对于非故障相五次谐波接地电容电流（）来说是非常小的，可以认为+上述的式子可以改写为：+。即对于五次谐波而言，相当于中性点不接地系

12、统，并不起补偿作用。所以根据式 （6-6），故障线路首端五次谐波零序电流：=-=- （6一7） 上式表明了：中性点经消弧线圈接地系统，在发生单相接地故障时，故障线路首端的五次谐波零序电流（I01.5）在数值上等于系统非故障线路五次谐波非故障线路五次谐波电图6-30中性点经消弧线圈接地单相接地时五次谐波零序电流相量图容电流的总和。其方向与非故障线路中五次谐波零序电流方向相反，该结论与中性点不接地系统中基波零序电流的规律完全相同。因此，当发生单相接地时，故障线路的首端五次谐波零序电流方向从线路指向母线，落后于U0.5五次谐波零序电压90，非故障线路首端的零序电流为本线路五次谐波零序电容电流，方向从

13、母线流向线路，超前于U0.5为90。如果系统是三条线路，其相量图如图6-30所示。图中第一条线路单相接地其非故障相五次谐波电容电流为IC1.5，线路首端测出的五次谐波零序电流为I01.5。 以上结论是中性点经消弧线圈接地的单相接地选线的判别依据，即五次谐波判别法。 5有功分量判别法软件原理 五次谐波判别法与基波零序电流判别法都存在一个主要的缺点，即当系统的引出线较少，长度较短时，单相接地故障线路的五次谐波和基波零序电流均较小，其方向也较难判别，因此其接地判别的准确率并不是很高的。 当消弧线圈采用启动跟踪消弧线圈并经阻尼电阻（阻尼电阻的作用详见自动跟踪消弧线圈装置一节）接地时，系统单相接地选线可

14、以采用基波有功分量判别法。 基波有功分量判别法的软件原理是：单相接地时，故障线路通过接地点与消弧线圈和阻尼电阻构成串联回路。该回路在中性点零序电压U0作用下，产生的基波零序电流必然流经阻尼电阻，因而基波零序电流含有有功分量从。而有功分量人在消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿中是不会被补偿消失的，因此该有功分量电流将全部流回故障线路的首端，被零序电流互感器测量出来，如图6-36（a）所示。而非故障线路没有与消弧线圈阻尼电阻构成回路，必然没有流过消弧线圈的有功电流分量，只有本线路的零序电容电流，其中包含约有功电流为线路对地泄漏电流，数值很小。因此可以测量各线路基波零序电流中约有功电流分量值，比较

15、它们的大小，最大者即为接地线路。 有功分量判别法是接地选线的一种新技术，该方法必须与带阻尼电阻的自动跟踪消弧线圈装置配套使用。其理论与实际验证，都证明了其选线准确率很高。 二、ML一98H系列微机接地选线装置 （一）ML一98H的接地选线方式选择 ML一98H系列微机接地选线装置适用于小电流接地系统申性点不接地、中性点经消弧线圈（老式消弧线圈，手动调节）直接接地、申性点经自动跟踪消弧线圈和阻尼电阻接地三种情况。这三种接地选线的方式，由微机接地选线装置的控制字决定。当选择控制字为0（00），选线方式定义为申性点不接地系统，程序是按基波零序电流方向原理工作；当选择控制字为1（01）时，其补偿方式定

16、义为中性点经消弧线圈直接接地，软件按五次谐波判别法原理工作；当选择控制字为2（10）时，其补偿方式定义为中性点经自动跟踪消弧线圈及阻尼电阻接地，软件按有功分量判别法原理工作。 （二）ML一-98H接地选线装置工作原理图6-31ML一98H整机硬件框图 ML-98H整机硬件框图如图6-31所示。 系统母线TV的开口三角形电二次线分别接入线路零序TA的线板MaD、MXD和CTL、CTN输出开关量经继电器板至后背板得输出端子TZ，四个母线接地信号送至MBJ端。 输入的TV和TA二次模拟量分别经电压、电流通道板1和2变换、隔理。各线路零序电流II经零序TA二次电流I2，I2在大功率绕线电阻RI上转换为

17、Ul，经隔离后送人放大电路。TV和TA道板电路如图6-32（a）、（b）所示。 TA输人电路的整定原则为：一次流过最大电流30A（按规程规定，最大接地电流为30A，接地电流大于30A时必须安装消弧线圈进行补偿），RI两端电压满档设计为100Mv，则根据零序TA变比K，可以确定岛的阻值RI=0.lk/30，一次零序电流II和TA输入端子电压UI的关系为II=UI30/0.1，此式可用于校验TA输入通道。 ML-98H接地选线装置必须与自动跟踪消弧线圈成套装置配套使用时的工作原理祥见本节的自动跟踪消弧线圈装置。 三、自动跟踪消弧线圈装置 （一）普通消弧线圈的缺点 由于消弧线圈的电感电流可以抵消接地

18、点流过的电容电流，当调节很好时，电弧大多能自灭。因接地电流得到补偿，单相接地并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性大大高于其他接地方式，但旧式消弧线圈也存在如下缺点。图6-32 电压、电流通道电路图（a）TV变换和隔离电路；（b）TA变换和隔离电路 1调整不能及时进行 我国电网中目前普遍使用的都是手动调匝消弧线圈，在需要调分接头时，必须使消弧线圈退出运行，即不能在线调消弧线圈。因其调节不便，在实际使用中很少根据电网电容电流的变动及时地调整分接头位置。还因为没有在线的实时测量系统电容电流的设备，运行人员无法判断出是否需进行调节及调节到哪个档位。因而实际上虽装有消弧线圈，在电

19、力网络运行方式发生变化时，却不能很好地补偿电容电流，仍然有弧光不自灭及过电压等问题出现。 2单相接地选线不准确 当系统发生单相接地时，由于接地点残流很小 （接地点残流就是经消弧线圈补偿后还剩有的高次谐波和有功分量电流），当消弧线圈处于过补偿状态时，故障线路与非故障线路的基波零序电流无论在数值和方向上均无法区分。近年来多采用零序电流的五次谐波方向来判别接地线路，但是在实际使用中，因五次谐波含量较小（乓5o），且经常处于变化之中，而TV和TA是按基波设计的，对五次谐波存在较大的附加相位移，造成五次谐波功率方向继电器自动判接地不准。据有关资料统计，五次谐波法判接地准确率大约只有60%70%，使接地故

20、障不能及时得到处理。 （二）自动跟踪消弧线圈装置硬件原理 1自动跟踪消弧线圈装置概述 自动跟踪消弧线圈是采用微机自动跟踪控制器，在线测量计算系统电容电流等有关参数，根据补偿度等定值自动调整消弧线圈分接头，使消弧线圈有载分接头调在最佳位置。 自动跟踪消弧线圈装置按改变电感方法的不同分为如下四种类型：有载开关调匝式（电感有级可调）；可调气隙式（无级调电感）；直流偏磁式（无级调电压）；晶闸管调电感式（电感有级可调）。 可调气隙式是靠移动插入线圈内部可动铁芯来改变磁导率从而改变线圈电感，由于这种铁芯是可连续移动，所以电感连续可调。但它响应时间长，最长可达数十秒而噪声大。直流偏磁式是通过加人直流电流改变

21、线圈铁芯的磁通工作点，达到调电感的目的。晶闸管调电感式，是利用四组晶闸管不同导通方式将四个电容按十五种组合方式投人申性点变压器T2的二次侧来改变一次侧的阻抗，从而达到改变消图6-33晶闸管式自动跟踪消弧线圈原理图弧线圈电感的目的，如图6-33所示。 直流偏磁式和晶闸管调感式由于是全电子式，调感方便，较容易实现全状态调感。全状态调感是指正常运行状态、金属接地状态、间歇电弧接地状态，即在各种状态下均能自动调感。有载开关调分接头和调气隙式消弧线圈因为机械调感速度较慢不能实现全状态自动调感。 我国的电网中的消弧线圈都是分接头调匝式消弧线圈，国外大部分也是采用此类方式调感。虽然此类机械式调感速度较慢，但

22、将无载开关换为有载开关并采用非预调式，即测量时不进行调档操作，从而较大地减小了测量周期，便有载分接头调感自动跟踪消弧线圈装置进人了实用阶段。2ZGTD系列自动跟踪消弧线圈成套装置 图6-34ZGTD自动跟踪消弧装置构成ZGTD系列自动跟踪消弧线圈成套装置包括有：Z型接地变压器、有载调压线圈、阻尼电阻箱、微机自动跟踪控制器、ML98微机选线保护装置五个部分构成。其电路图如图634所示。（1）Z型接地变压器 在主变压器为型接线或Y型但无中性点引出时Z型接地变压器用作 引出中性点连接消弧线圈。因此系统己有中性点引出时可不用该z型接地变压器。 所谓z型接线就是曲折接线，如图6-35所示。Z型接地变压器

23、与普通变压器的区别是每一相线圈分别绕在两个磁柱上，使得A、B、C三相的零序磁通可沿磁柱流通。普通变压器的零序磁通在磁柱内不能流通，只能通过漏磁通沿着变压器的壳体构成磁的通路。所以零序电流可以顺利地通过Z型接地变压器，从中性点D输出至消弧线圈，见图6-34所示。 一般在系统不平衡电压较大情况下，z型接地变压器做成平衡式，Z型变压器中性点O就有不平衡电压输出，可供自动跟踪测量控制器在线测量系统对地电容电流。但是当系统不平衡电压较小时（如全电缆电网）Z型变压器就要做成不平衡式，使Z型变压器中性点O有50100V的不平衡电压输出，以满足自动跟踪测量控制器的测量需要。 为了充分利用接地变压器的资源，接地

24、变压器除可带消弧线圈外，也可带二次负载，即替代站用变，但在带二次负荷时，接地变压器的容量应为消弧线圈容量与二次负荷容量之和。 （2）自动跟踪消弧线圈。 自动跟踪消弧线圈有自动式、调气隙式、直流偏磁式和晶闸管式图6-35Z型接地变压器曲折接线等多种可调消弧线圈。自动调匝式将绕组按不同的匝数抽出9档到15档的分接头，用有载分接开关进行自动切换，改变接人的匝数，从而改变电感量。这种自动调匝式消弧线圈简单、可靠，目前应用较多。其他几种方式有的还在试验研制阶段，本节只分析自动调匝式消弧线圈。 为了减少残流增加分接头数（根据容量不同，有9档至15档的调匝量），使每档分接头改变电感量值较小，从而使调整后电感

25、量尽量达到最佳位置，残流降到最小值。 自动调匝式消弧线圈的调流范围为额定电流的30%100%，相邻分接头间的电流数按等差排列，其电流差按小于5A来确定。消弧线圈还附有一个电压绕组 （由P1、P2引出）和一个电流互感器（由C1、C2引出）如图6-37所示，以做自动跟踪调整时使用。 （3）阻尼电阻箱 ZGTD自动跟踪消弧线圈有三种运行方式：过补偿、欠补偿、全补偿。当运行在全补偿时，由于补偿的电感电流接近等于系统电容电流，接近谐振点运行，因此残流较小。为防止发生谐振过电压，在消弧线圈接地回路中串接阻尼电阻箱。这样，即使在长期运行中处于全补状态，但因电阻的阻尼作用，中性点电压也不会超过中性点长期运行最

26、高允许电压（我国规程中规定为相电压的15%） 在发生单相接地故障时，消弧线圈、阻尼电阻与故障线路通过故障点构成回路，其等效电路如图6-36（a）所示。由于阻尼电阻R的存在，在该通路中形成有功电流分量IR，其相量图如图6-36（b）所示。IR通过R阻尼电阻，产生UR电压，从而提高了中性点电压。因IR数值较大，因此单相图6-36中性点经消弧线圈阻尼电阻接地（a）等效电路，（b）相量图接地时中性点电压将超过允许值。为了防止中性点过电压，在阻尼电阻R的两端并联有两副接触器触点，在正常运行时，这两副触点断开，即使处于全补状态，R可使谐振电流变得很小，限制了中性点屯压升高；当单相接地故障发生0.5s后，自

27、动控制这两副触点接通，使这时有功电流分量从降为零值，同样防止了中性点电压升高。因此该系统可以运行于过补、欠补、全补三种方式。 为了与ML一98H接地选线装置配合，单相接地故障时与阻尼电阻并联的两副触点延时0.5s闭合，以使接地选线装置在0.5s内采样有功电流分量IR，经采样计算比较选出网络中有功电流分量最大者即为接地线路。 由以上分析可见，与ML一98H装置配合自动调匝跟踪式装置中，阻尼电阻的作用有两个：限制全补偿状态下因谐振引起中性点电位的升高；在单相接地故障线路中产生较大的有功电流分量，供接地选线装置采样选线。 为了确保在单相接地故障时，与阻尼电阻并联的两副接触器触点能可靠短接，ZGTD装

28、置设置了双套措施。 1）交流驱动。由母线TV开口三角形启动电压继电器，经时间继电器延时，通过中间继电器驱动交流接触器K1短接阻尼电阻。 2）直流驱动。由消弧线圈的附加电压绕组（P1、P2）启动电压继电器，由时间继电器延时，申间继电器驱动直流接触器K2短接阻尼电阻。 由于两套措施的启动方式及操作电源均不相同，可以保证接地故障时阻尼电阻被可靠短接。图6-37控制屏与消弧线圈、阻尼电阻箱等设备联系示意图 （4）微机测量控制器。 微机测量控制器和ML一98H接地选线装置可安装于控制屏里，控制屏与自动跟踪消弧线圈、阻尼电阻箱及母线TV、交直流电源、中央信号屏之间的联系图如图6-37所示。 装于控制屏里的微机测量控制器的作用是：通过单片微机测量UAB、U0和TL值，经计算获得系统总的电容电流根据补偿度的整定值要求，控制调整消弧线圈的分接头位置；在单相接地故障时控制阻尼电阻器两端的接触器触点经整定时闭合。【精品文档】第 11 页