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小電流接地系統(tǒng)接地檢測(cè)工程應(yīng)用分析 0引言 在6～66kV電力系統(tǒng)中普遍采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)方式，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于不能構(gòu)成短路回路，接地故障電流往往很小，系統(tǒng)線電壓的對(duì)稱性并不遭到破壞，系統(tǒng)還可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，規(guī)程規(guī)定一般為1～2h，為防止系統(tǒng)事故擴(kuò)大，在接地運(yùn)行的這段時(shí)間里必須設(shè)法排除接地點(diǎn)。小電流接地選線裝置自20世紀(jì)80年代問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)歷了幾次技術(shù)更新?lián)Q代，其選線的準(zhǔn)確性也在不斷提高，盡管備廠方宣稱100％選線正確率，但工程實(shí)際中均存在誤判率較高的問(wèn)題，使許多用戶有一種不用麻煩，用了也麻煩的感覺(jué)，故現(xiàn)場(chǎng)好多情況都是選檢設(shè)備閑置退出而采用手動(dòng)拉閘試驗(yàn)的原始方法查找接地。 1小電流系統(tǒng)單相接地的特點(diǎn) 分析小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，其不同于正常運(yùn)行狀態(tài)的信息主要有2點(diǎn)：故障線路流過(guò)的零序電流是全系統(tǒng)的電容電流減去自身的電容電流，而非故障線路流過(guò)的零序電流僅僅是該線路的電容電流。故障線路的零序電流是從線路流向母線，而非故障線路的零序電流是從母線流向線路，兩者方向相反，或者說(shuō)兩者反相。從小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)與正常運(yùn)行時(shí)，狀態(tài)信息的不同看，故障線路的判定似乎非常容易，然而事實(shí)并非如此，其原因主要有以下四點(diǎn)： 1．1電流信號(hào)太小 小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流是系統(tǒng)電容電流，其大小與系統(tǒng)規(guī)模大小和線路類型(電纜或架空線)有關(guān)，數(shù)值甚小，經(jīng)中性點(diǎn)接人消弧線圈補(bǔ)償后，其數(shù)值更小，且消弧線圈的補(bǔ)償狀態(tài)(過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、完全補(bǔ)償)不同，接地基波電容電流的特點(diǎn)與無(wú)消弧線圈補(bǔ)償時(shí)相反或相同，對(duì)于有消弧線圈的小電流系統(tǒng)采用5次諧波電流或零序電流有功功率方向檢測(cè)，而5次諧波電流比零序電流又要小20～50倍。 1．2干擾大、信噪比小 小電流系統(tǒng)中的干擾主要包括2方面：一是在變電站和發(fā)電廠的小電流系統(tǒng)單相接地保護(hù)裝置的裝設(shè)地點(diǎn)，電磁干擾大；二是由于負(fù)荷電流不平衡造成的零序電流和諧波電流較大，特別是當(dāng)系統(tǒng)較小，對(duì)地電容電流較小時(shí)，接地回路的零序電流和諧波電流甚至小于非接地回路的對(duì)應(yīng)電流。 1．3隨機(jī)因素影響的不確定 我國(guó)配電網(wǎng)一般都是小電流系統(tǒng)，其運(yùn)行方式改變頻繁，造成變電站出線的長(zhǎng)度和數(shù)量頻繁改變，其電容電流和諧波電流也頻繁改變；此外，母線電壓水平的高低，負(fù)荷電流的大小總在不斷地變化；故障點(diǎn)的接地電阻不確定等等。這些都造成了零序故障電容電流和零序諧波電流的不穩(wěn)定。 1．4電容電流波形的不穩(wěn)定 小電流系統(tǒng)的單相接地故障，常常是間歇性的不穩(wěn)定弧光接地，因而電容電流波形不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的諧波電流大小隨時(shí)在變化。 2小電流接地系統(tǒng)接地信號(hào)裝置的分類 基于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)具有的特點(diǎn)，目前，小電流接地信號(hào)裝置的設(shè)計(jì)判據(jù)主要有以下8種：①反映零序電壓的大??；②反映工頻電容電流的大??；③反映工頻電容電流的方向；④反映零序電流有功分量；⑤反映接地時(shí)5次諧波分量；⑥反映接地故障電流暫態(tài)分量首半波；⑦信號(hào)注入法；⑧群體比幅比相法。3選線誤判原因分析 由于各種干擾的影響，特別是當(dāng)系統(tǒng)較小或是加裝自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈后，電容電流數(shù)值較小，接地點(diǎn)電弧電阻不穩(wěn)定時(shí)，零序電流(或諧波電流)數(shù)值很小，可能被干擾淹沒(méi)，其相位不一定正確，從而造成誤判。工程上所采用的零序電流互感器精度太低。當(dāng)原方零序電流在5A以下時(shí)，許多廠家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比誤差達(dá)20％以上，角誤差達(dá)20以上，當(dāng)一次零序電流小于1A時(shí)二次側(cè)基本無(wú)電流輸出，無(wú)法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度，且選線檢測(cè)裝置用的電流變換器線性性能差，目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的選線檢測(cè)元件大多按保護(hù)級(jí)選擇，保護(hù)級(jí)互感器在所測(cè)電流遠(yuǎn)小于額定電流值時(shí)，綜合誤差難以滿足要求，兩級(jí)電流變換元件的總誤差是造成現(xiàn)場(chǎng)誤判的主要原因。工程實(shí)際中使用的零序?yàn)V序器的線性測(cè)量范圍超出了實(shí)際可能的接地電容電流。 3．1零序電流互感器誤差分析 零序電流互感器的工作條件屬于套管型(或稱母線型)電流互感器，這種電流互感器原方無(wú)繞組，而是將被測(cè)回路的導(dǎo)體(引線套管或匯流排)或電纜穿過(guò)它的內(nèi)孔，作為原方繞組，因而僅有1匝。套管型電流互感器在其原方電流小于100A時(shí)已不能保證準(zhǔn)確度，一般的電流互感器在制作時(shí)，額定電流400A以下多采用多匝式結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯恼`差決定于它的鐵心所消耗的勵(lì)磁安匝I0N1(磁勢(shì))占原方繞組總勵(lì)磁安匝I1N1(磁勢(shì))的百分?jǐn)?shù)，對(duì)于同一臺(tái)鐵心，在相同的原方電流下，原方繞組匝數(shù)越少，誤差越大。套管型(或稱母線型)電流互感器原方繞組僅有1匝，原方電流里激磁電流占的比例較大，造成較大誤差[1]。而零序電流互感器實(shí)際應(yīng)用在小電流接地系統(tǒng)中，其原方電流值均很小，正常運(yùn)行時(shí)其原方基本無(wú)電流，出現(xiàn)接地故障時(shí)其原方電流(故障電流)也很小，一般在10A以下。如該系統(tǒng)接地故障電流大于．10A時(shí)，規(guī)程規(guī)定要裝設(shè)消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，帶有消弧線圈補(bǔ)償時(shí)接地故障電流更小，一般小于2～5A(可小到0．2～0．5A)。在這樣小的原方電流下常規(guī)零序電流互感器的變比和相角誤差均很大，所以一般各互感器生產(chǎn)廠家對(duì)零序電流互感器均不能給出變比，也無(wú)誤差保證指標(biāo)。從零序電流互感器的實(shí)際一、二次電流變化曲線(變比曲線)中可知：零序電流互感器的電流變比值隨一次電流值變化很大，而一次電流在小于1A時(shí)，已經(jīng)不能再給出具體的二次電流輸出值。 經(jīng)實(shí)際測(cè)量，在原方零序電流為5A以下時(shí)，各廠家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比誤差達(dá)20％～80％，角誤差達(dá)10～50使得利用零序電流大小與方向、零序電流中5次諧波電流大小與方向和零序有功、無(wú)功功率原理的接地檢測(cè)裝置和微機(jī)保護(hù)無(wú)法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度。 3．2零序?yàn)V序器的誤差分析 工程實(shí)際中使用的零序?yàn)V序器大多為三相保護(hù)用電流互感器的組合，即用三相保護(hù)電流合成零序電流，眾所周知零序?yàn)V序器本身固有的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護(hù)用電流互感器在一次電流低于50％額定電流值時(shí)誤差已不能保證[3]隨著系統(tǒng)容量的增大考慮到電流互感器飽和的原因，保護(hù)所使用的電流互感器的變比逐漸增大，額定一次電流值多大于等于600A，因此在接地電容電流小于10A的小電流接地系統(tǒng)使用零序?yàn)V序器，單相電容電流僅為保護(hù)用互感器一次額定電流的0．6％，互感器綜合誤差根本無(wú)法保證。 3．3微機(jī)檢測(cè)裝置的測(cè)量誤差 目前典型的微機(jī)選檢裝置的電流變換器均按普通保護(hù)級(jí)選擇，額定電流為5A或1A，其線性范圍為0．1～201N，而實(shí)際使用中的輸入電流在幾十毫安左右，遠(yuǎn)超出它的線性范圍。以IN=5A為例，當(dāng)系統(tǒng)取最大接地電容電流10A，零序電流互感器或零序?yàn)V序器取較小值60(300／5)時(shí)，二次側(cè)的電流值為0．16A；當(dāng)接地電容電流值為2A時(shí)，二次側(cè)的電流值為0．03A；二次側(cè)電流值均小于0．1IN(0．5A)，超出電流變換器的測(cè)量線性范圍。 4工程中采取的措施 通過(guò)以上分析可知，測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差是目前各種微機(jī)選線裝置誤判的主要原因，工程應(yīng)用中盡量使參數(shù)配合適當(dāng)，減小測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差，有效提高小電流接地選線系統(tǒng)的選線準(zhǔn)確率。工程中一般采取的有效措施包括： 1)盡量選擇準(zhǔn)確度高的專用零序電流互感器，額定原方電流的選擇應(yīng)保證系統(tǒng)出現(xiàn)最大接地電容電流時(shí)能處在零序電流互感器的線性范圍內(nèi)(準(zhǔn)確限值)，原方電流的線性測(cè)量范圍應(yīng)向下延伸到0．2A左右，用以適應(yīng)經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)。 2)零序?yàn)V序器應(yīng)盡量使用變比較小的計(jì)量級(jí)(最好為S級(jí))電流互感器組合而成，較小的變比可使電容電流的二次值較大，有利于檢測(cè)裝置的電流變換器采集電流值，S級(jí)使電流互感器的測(cè)量精確線性范圍更寬，有利于測(cè)量較小的電容電流。工程實(shí)踐中不宜與計(jì)量系統(tǒng)合用同一電流互感器線圈。 3)微機(jī)檢測(cè)裝置的電流變換器的線性測(cè)量范圍應(yīng)與互感器的二次輸出值配套，工程實(shí)踐計(jì)算經(jīng)驗(yàn)表明：零序電流互感器的二次側(cè)電流一般為mA級(jí)，電流變換器的線性測(cè)量范圍應(yīng)以mA級(jí)起步，例如：CSL-200E系列保護(hù)零序最小檢測(cè)電流為6mA；德國(guó)西門子7SJ系列保護(hù)的高靈敏接地保護(hù)的零序最小檢測(cè)電流為3mA 4)使用接線中盡量減小誤差和電磁干擾影響，二次電纜采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地。在安裝零序電流互感器時(shí)標(biāo)有"P1"(或"L1")端應(yīng)朝向高壓母線，零序電流互感器與母線之間不應(yīng)有接地點(diǎn)，即高壓電纜外皮的接地線應(yīng)穿過(guò)互感器在線路側(cè)接地，當(dāng)電纜穿過(guò)零序電流互感器時(shí)，電纜頭的接地線應(yīng)通過(guò)零序電流互感器后接地，由電纜頭至穿過(guò)零序電流互感器的一段電纜金屬護(hù)層和接地線應(yīng)對(duì)地絕緣。 5結(jié)論 隨著技術(shù)的進(jìn)步，小電流接地選線系統(tǒng)的功能漸趨完善，只要選擇原理與系統(tǒng)相適應(yīng)的設(shè)備，在工程中盡量減少測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差，采取一定的抗干擾措施必將大大提高目前的接地選線準(zhǔn)確性和可靠性。 第 6 頁(yè) 共 6 頁(yè)