消弧线圈系统故障选线正确率提高的案例分析.pdf

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1、电气 开 关 (2 0 0 6 No 4)53 文章编号：1 0 0 4-2 8 9 X(2 0 0 6)0 4-0 0 5 3-0 4 消弧线圈系统故障选线正确率提高的案例分析 叶杰宏 王一波(1 广东工业大 学 自动化 学院，广州 5 1 0 0 9 0；2 广东 电网佛 山南海供 电分公 司，佛 山 5 2 8 2 0 0)摘 要：结合某地区 1 0 k V 小电流接地 系统改造情况，分析 了该地区中性点经消弧线 圈接地 系统故障选线正确率 低 的原 因，然 后提 出了消弧线 圈并 联 中值 电阻的方 案，并分析 了该方 案 的选 线 原理。实际 的运 行结 果表 明，该 方案 能 准确

2、、快速 地选 出故 障线路。关键 词：消弧 线 圈；故障选 线；并联 中值 电阻；小 电流接 地；中图分类号：T M4 7 5 文献标识码：B Th e Ana l y s i s on t he I mpr o v e me n t o f Fa ul t Li n e Se l e c t i o n Ac c u r a c y i n Ar c S upp r e s i o n Coi 1 Gr ou d i ng S ys t e m YE Ji e h o n g W AN G Y-b o (1 F a c u l t y o f Au t o ma t i o n，Gu a n

3、 g d o n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Gu a n g z h o u 5 1 0 0 9 0，Ch i n a；2 Na nh a i Br a nc h o f Fo s ha n Po we r Su pp l y Co mpa ny o f Gua n gd o n g Po we r Ne t wo r k，Fo s ha n 5 2 8 2 0 0，Ch i na)Abs t r a c t：Ac c o r d i n g t o t h e r e b u i l d i n g s i t u a t i o

4、 n o f 1 0 k V n o n-e f f e c t i v e l y g r o u n d e d n e u t r a l mo d e i n a r e g i o n，t he r e a s o n a b o ut t h e a c c u r a c y o f f a u l t l i n e s e l e c t i o n i n a r c s up pr e s i o n c o i l g r ou di n g s y s t e m i s a n a l i s e d Th e n，a me t ho d o f a r c s u

5、 pp r e s i on c oi l wi t h p a r a l l e l r e s i s t a nc e i s pu t f or wa r d，a n d t he p r i nc i pl e o f f a ul t l i ne s e l e c t i o n i n t ha t me t h od i s a na l y s e d Th e t e s t r e s ul t s i nd i c at e t ha t t he me t hod i s a bl e t o f i g ur e o ut t h e f a u l t l

6、i ne q u i c kl y a n d a c c u r a t l y Ke y wo r d s：a r c s u p p r e s i o n c o i l；f a u l t l i n e s e l e c t i o n；p a r a l l e l r e s i s t a n c e；n o n e f f e c t i v e l y g r o u n d e d n e u t r a l mo d e 1 引言 中性点非直接接地系统，又称小电流接地系统，包 括中性点不接地、中性点经 消弧线圈接地和中性点经 电阻接地三种方式 1 。这种系统发生单相

7、接地故障的 机率在 8 0 以上。由于故障点的电流很小，而且三相 之间的线 电压保持不变，对 负荷供电没有影响，因此可 以允许系统继续运行 1 2个小时，而不必跳闸。但随 着系统容量的增加，线路长度的增长，电容 电流也在增 大，长时间运行会使故障扩大成相 间短路，弧光接地还 可能引起全系统过 电压，损坏设备，破坏安全运行，应 及时选 出故障线路给予排除。电力行业标准规定：当单 相接地电容 电流大于 1 0 A时，就要装设消弧线圈。随 着我国电网的不断发展扩大，目前普遍采用的是 中性 点经消弧线圈接地的方式。在实际应用中的选线原理有零序 电流、无功方向、首半波比相、谐波电流方向和群体 比幅比相法

8、 2 等。但 只靠这些方法来选线，会出现误选漏选 的情况。采用经 消弧线圈接地方式后，由于 消弧线圈产生感性 电流补 偿了接地点的电容电流，更使得很多的方法都会失效，造成选线准确率极低。因此，寻求一种能够提高中性点 经消弧线圈接地系统的选线准确率的有效解决方 案，对提高 电力系统的安全运行有着重大的意义。文中针对某地区 1 0 k V 经消弧线圈接地系统接地 选线率低的情况进行 了分析，然后提 出改善方案并落 实。实际的运行结果表明，该改善方案使消弧线圈系统 维普资讯 http:/ 5 4 电 气 开 关 (2 0 0 6 No 4)的故障选线正确率大大地提高。2 现状与原 因分析 2 1 现

9、 状 某地区有三个 1 1 0 k V的变 电站。由于近年来该地 区工 业 发 展 迅 速，用 电量 大 增，1 0 k V 配 电 网 不 断 扩 大，系统的容量也随之增加，线路 的对地 电容 电流增 大。所以电力部门于 2 0 0 4年对该地 区的 1 0 k V小电流 接地系统进行了改造，把原来 中性点不接地方式改成 中性 点经消弧线 圈接地的方式。但改造后，X HKI I 型小电流接地选线装置故障选 线正确率却大为下 降。表 1 是该系统改造后，运行人员统计 的其中一个月的 接地选线数据。表 l 接地选线数据 根据往年的统计数据，在 1 0 k V 小 电流接地系统 的中性点安装消弧线

10、圈前，XHKI I 型选线装置的选 线正确率高达 8 9。而从表 1 的数据可知，改造后，同 一型号选线装置 的选线正确率仅为 4 6 1 5 。故障选 线 正 确率 的偏 低，导 致调 度 人 员 误 切正 常 运 行 的 1 0 k V线路，从而造成不必要 的停电，既影响供电可靠 性 又给用 户造 成不 便。2 2 原因分析 综合上述各种 因素，把造成 1 0 k V 系统经消弧线 圈接地后故障选线正确率偏低的原因归纳如下：1)一次设备方面，1 0 k V小 电流接地系统在中性 点加装了消弧线圈后，由于消弧线圈的补偿作用，使得 原有的选线方法暴露 出原理性的缺陷和不足。因为现 有的选线装置

11、主要是通过判别线路残流的大小来判断 故障线路，当发生单相接地故障时，消弧线圈产生感性 电流补偿了接地点的电容 电流，使故障点的残流很小，从而使选线装置难 以通过残流来准确判断故障线路，使得选线装置的选线正确率偏低。2)二次设备方面，由于原有的 xHK-I I 型小 电流 接地选线装置型号较老，精度得不到保障。经现场测试 后发现，x HKI I 型小电流接地选线装置的精度的确 较低，导致选线正确率不高。3)从原理上考虑，传统的选线原理采用零序电流、无功方 向、首半波比相、谐波电流方向和群体 比幅比相 以及 自学习、自适应技术等方法，但这些原理 已不适用 于消弧线 圈接地方式，几乎传统的选线装置都

12、不能准 确判断单相接地故障的位置。由于中性点采用消弧线 圈接地方式，中性 点有补偿，所以零序 电流比幅法、五 次谐波法、以及零序功率方向法等都会失效 引。4)从客观环境方 面考虑，1 0 k V 配 电网主要是 架 空线路，架空线路容易发生接地故障，瞬时性接地会影 响 选线 的正 确率 的。5)远方调度的原因。由于“四遥”改造后变电站无 人值班，远方调度只能靠装置信号判断故障线路。这些 装 置在 生 产工 艺 上必 然 存 在一 些 误 差，所 以靠 这 些装 置 信号来判断故障线路存在不确定性。3 消弧线圈并联 中值电阻 的方案 3 1 方案的制定 根据上述的分析，有必要制定出改善的方案并落

13、 实措施，以提高消弧线圈系统的选线正确率。改善方案 的制定，要满足两个要求：(1)不影响消弧线圈进行补偿 电容电流的功能；(2)对电网电压水平、输送功率的影响不大。根据这两个要求，综合上述的原因，借鉴电力系统 多年的运行和维护经验，决定采取以下方案：在消弧线 圈回路并联 中值 电阻。具体方案如图 1所示。Ll L 2 L 3 图 l 并联 中值 电阻 图 3 2 方案的原理分析 采用并联中值 电阻方案后，通过对并联电阻 的短 时投入，来提高单相接地故障的选线正确率。当系统发 生单相接地故障后，瞬时性的单相接地故障 由于 消弧 线圈的补偿使单相接地故障受到限制，在稳定接地后 由计算机控制装置短时

14、投入并联中值电阻进行选线。由图 2的现场录波波形可以看出，在并联电阻投 入 的时间内(几个周波即可)，零序 电流信号差异相 当 显著，特别是故障线路的零序电流将会明显地增大，选 维普资讯 http:/ 电 气开 关 (2 0 0 6 No 4)5 5 性箸 电 压 -：5 i 性 警 电 压，(中 性 点 电 压 眠 E 槲 -_；l_；(中 性 电 压)i8 8 8 衔 新 I ilii 淅 f搠 嗣 “稀 洧曩 电 锄 ：洧 曩 电 锄 tl t!黼 lttl 撩却 0 (中 性 点 电 蠢)幽 上 笛 l序电1 一 (a)(b)(a)只有消弧线瞬投运时的波形(b)中值电阻投运时的波形 图

15、 2 现场录波波形 线装置可以正确地选出故障线路。作 出并联 中值 电阻后，发生单相接地故 障的等效 电路 图，如 图 3所示。开 一 口 一 r 一 一，L l 谆；c c|、cc：图 3 并联 中值 电阻后单相接地 系统等 效电路 图 图 中，一消弧 线 圈的 电抗 值；R 一并联 电阻 阻 值；一流经消弧线圈的电流；一并联 电阻的 电流；A、B、一每相的相 电压；一 中性点 电压；C A、C B、c c 一每相的对地 电容；R d 一接地 电阻阻值；一接地 电 流；一并联电阻的控制开关。根据等效电路图，以大地为节点，可以作出以下的 状 态方 程：f A +E B +口 E (1)【一+a

16、 E(一j b)+B(弘)+(n，)+【，c(g a+j a,C c)-0(2)计算可得到：In-：(3)=(g o+g d)+z f 一Vo gd 4=9=2o=(x=-=o=C-t)2 (4)l 一，_ 一、4 、(g o+gd)+X 其中，I n f 一正常线路、故障线路的电流；g d 一接地导纳；g o 一并联 电阻的导纳；c 角频率；C C f 一正常线路、故障线路的电容；z 一对地总 电容导纳；【，。一零序电压。线路系数 k由以下式子确定：k 2：=Q !Q !三!=翌 !=垒 l 2 =兰!蔓 !c 4 2 +(3 +邸)(g d-g o)+x 2 1 2 (5)k的含 义是线路

17、 的零序 电流 i。和 接地 电流 i 之 比。归 纳起 来是：正常线路：一(，i o)一厂(z，g d，g o)故障线路：一(，i o)一厂(z，g d，g o，C f)由此看出，对于正常线路，线路系数 k和线路的长 短、连续 电流相位均无关，只与系统参数和接地 电阻有 关。对于故障线路，线路系数 k和线路参数、系统参数 均有关，并且显著区别于正常线路 的线路系数 k。该选线方法克服了残流增量法在系统单相接地后 需调整消弧线 圈档位，以及对高阻接地选线不准的缺 点，能够正确地对金属接地、高阻接地和母线接地进行 选线 4 。4 效果 根据以上的分析，结合 系统的运行要求，把该方案 措施落实到该

18、地 区的变电站中。在消弧装置加装了并 联 中值 电阻设备，并把原来 的 X HK-I I 型小电流接地 选线装置升级为 x HKI I XZ P型接地选线装置。对 于瞬时性单相接地，消弧线 圈无任何延时立刻进行补 偿，这时中值 电阻不投入；而对 于永久性单相接地，先 由消弧线 圈 自动灭弧，延时 后 再投入中值 电阻(投 入时间1 s)，选线装置迅速采样各条线路零序电流的 变化并作比较，切除中值电阻后，选线装置就可以准确 地选线了。延时 的选择应大于瞬时性单相接地故障 恢复时间，值可根据现场运行要求调整，调节范围为 5 s-2 h 5 。根据运行条件这里设置延时 为 1 0 s。该方案落实后，

19、分别在三个变 电站对接地选线装 置 的选线正确率进行了专项试验，最终的试验结果记 录如表 2所示。维普资讯 http:/ 56 电气 开 关 (2 0 0 6 No 4)表 2 接地选线装置改造后的试验结果 由表 2的试 验 结 果可 以看 出，在 消弧 线 圈上 并 联 中值 电阻后，选线装置能迅速、准确地选出接地故障线 路，选线正确率高达 1 0 0 。此外，并联中值电阻投入 时，中性点 电压会进一步降低，不会影响设备的安全运 行。经过一个多月的实际运行，该地 区的三个变 电站 共发生了 1 3次单相接地故障，其 中 1 O次为瞬时性接 地故障，3次为永久性故障，选线装置均能正确选线。5

20、结束语 由 以上 的案 例分 析 可 知，中性 点 经 消弧 线 圈 接地 系统采用消弧线 圈并联 中值 电阻的方法，可 以快速准 确地选出发生单相接地故障线路，大大减少了错选、漏 选 的情况，从 而减 少 了不 必要 的停 电，提 高 了供 电可靠 性。该方案很好地解决经消弧线圈接地的小电流接地 系统 的故障选线问题，具有很高的实用价值。参 考文献 1 贺 家李，宋从矩电力系统继电保护原理(第三 版)M 北京：中国电力出版社，1 9 9 6：5 6 6 4 2 李冬辉，史临潼 非直接接 地系统单相接地故障 选线方法综述 J 继电器，2 0 0 4，3 2(1 8)：7 4 7 7 3 龚静，

21、周有庆，王娜，张 兰 小电流接地 系统单相 接地故障选线诸方法原理及利弊探讨 J 电站系统工 程，2 0 0 4，1 0(1)：3 1 3 3 4 朱以屏 消弧线圈接地 系统采用中电阻选线的原 理及应用 J 华东电力，2 0 0 4，3 2(1 1)：2 O 一2 2 5 陆晓芸，郑曲直 自动跟踪 消弧线圈瞬时并联 小 电阻 的 中性 点接 地 方 式在接 地 选线 中的应 用 J 2 00 2，19(3)：3 4 3 7 收稿 日期，2 0 0 5 1 O 一1 1 作者简介：叶杰宏(1 9 7 9 一)，男，广东顺德人，汉 族，硕士研 究生，研究方 向是电 力 系统安全运行与控制。王一波(1 9 7 9 一)，男，广东化州人 汉族，本科，助工，2 0 0 3年毕业于广东 工业大学电 气工程及其 自动化专业，现 从事继电保护工作。、：联系 人：张丽明 i 电话：0 2 4-2 5 8 3 3 2 1 3转 8 8 5 8 I。I。l。I II I。I 。I 1I 。I。II -维普资讯 http:/