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小電流接地系統(tǒng)接地檢測工程應(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，由于不能構(gòu)成短路回路，接地故障電流往往很小，系統(tǒng)線電壓的對稱性并不遭到破壞，系統(tǒng)還可繼續(xù)運行一段時間，規(guī)程規(guī)定一般為1～2h，為防止系統(tǒng)事故擴大，在接地運行的這段時間里必須設(shè)法排除接地點。小電流接地選線裝置自20世紀(jì)80年代問世以來，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，但工程實際中均存在誤判率較高的問題，使許多用戶有一種不用麻煩，用了也麻煩的感覺，故現(xiàn)場好多情況都是選檢設(shè)備閑置退出而采用手動拉閘試驗的原始方法查找接地。 1小電流系統(tǒng)單相接地的特點 分析小電流系統(tǒng)單相接地時的運行狀態(tài)，其不同于正常運行狀態(tài)的信息主要有2點：故障線路流過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，或者說兩者反相。從小電流系統(tǒng)單相接地時與正常運行時，狀態(tài)信息的不同看，故障線路的判定似乎非常容易，然而事實并非如此，其原因主要有以下四點： 1．1電流信號太小 小電流系統(tǒng)單相接地時產(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)中性點接人消弧線圈補償后，其數(shù)值更小，且消弧線圈的補償狀態(tài)(過補償、欠補償、完全補償)不同，接地基波電容電流的特點與無消弧線圈補償時相反或相同，對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，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)單相接地保護裝置的裝設(shè)地點，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，對地電容電流較小時，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應(yīng)電流。 1．3隨機因素影響的不確定 我國配電網(wǎng)一般都是小電流系統(tǒng)，其運行方式改變頻繁，造成變電站出線的長度和數(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，對應(yīng)的諧波電流大小隨時在變化。 2小電流接地系統(tǒng)接地信號裝置的分類 基于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時具有的特點，目前，小電流接地信號裝置的設(shè)計判據(jù)主要有以下8種：①反映零序電壓的大小；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)較小或是加裝自動調(diào)諧的消弧線圈后，電容電流數(shù)值較小，接地點電弧電阻不穩(wěn)定時，零序電流(或諧波電流)數(shù)值很小，可能被干擾淹沒，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，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時二次側(cè)基本無電流輸出，無法保證接地檢測的準(zhǔn)確度，且選線檢測裝置用的電流變換器線性性能差，目前變電站自動化系統(tǒng)的選線檢測元件大多按保護級選擇，保護級互感器在所測電流遠(yuǎn)小于額定電流值時，綜合誤差難以滿足要求，兩級電流變換元件的總誤差是造成現(xiàn)場誤判的主要原因。工程實際中使用的零序濾序器的線性測量范圍超出了實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繞組，而是將被測回路的導(dǎo)體(引線套管或匯流排)或電纜穿過它的內(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時已不能保證準(zhǔn)確度，一般的電流互感器在制作時，額定電流400A以下多采用多匝式結(jié)構(gòu)，這是因為電流互感器的誤差決定于它的鐵心所消耗的勵磁安匝I0N1(磁勢)占原方繞組總勵磁安匝I1N1(磁勢)的百分?jǐn)?shù)，對于同一臺鐵心，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，正常運行時其原方基本無電流，出現(xiàn)接地故障時其原方電流(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，規(guī)程規(guī)定要裝設(shè)消弧線圈進行補償，帶有消弧線圈補償時接地故障電流更小，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)廠家對零序電流互感器均不能給出變比，也無誤差保證指標(biāo)。從零序電流互感器的實際一、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，已經(jīng)不能再給出具體的二次電流輸出值。 經(jīng)實際測量，在原方零序電流為5A以下時，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、無功功率原理的接地檢測裝置和微機保護無法保證接地檢測的準(zhǔn)確度。 3．2零序濾序器的誤差分析 工程實際中使用的零序濾序器大多為三相保護用電流互感器的組合，即用三相保護電流合成零序電流，眾所周知零序濾序器本身固有的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護用電流互感器在一次電流低于50％額定電流值時誤差已不能保證[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)使用零序濾序器，單相電容電流僅為保護用互感器一次額定電流的0．6％，互感器綜合誤差根本無法保證。 3．3微機檢測裝置的測量誤差 目前典型的微機選檢裝置的電流變換器均按普通保護級選擇，額定電流為5A或1A，其線性范圍為0．1～201N，而實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濾序器取較小值60(300／5)時，二次側(cè)的電流值為0．16A；當(dāng)接地電容電流值為2A時，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量線性范圍。 4工程中采取的措施 通過以上分析可知，測量環(huán)節(jié)的綜合誤差是目前各種微機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)零序濾序器應(yīng)盡量使用變比較小的計量級(最好為S級)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，有利于檢測裝置的電流變換器采集電流值，S級使電流互感器的測量精確線性范圍更寬，有利于測量較小的電容電流。工程實踐中不宜與計量系統(tǒng)合用同一電流互感器線圈。 3)微機檢測裝置的電流變換器的線性測量范圍應(yīng)與互感器的二次輸出值配套，工程實踐計算經(jīng)驗表明：零序電流互感器的二次側(cè)電流一般為mA級，電流變換器的線性測量范圍應(yīng)以mA級起步，例如：CSL-200E系列保護零序最小檢測電流為6mA；德國西門子7SJ系列保護的高靈敏接地保護的零序最小檢測電流為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，即高壓電纜外皮的接地線應(yīng)穿過互感器在線路側(cè)接地，當(dāng)電纜穿過零序電流互感器時，電纜頭的接地線應(yīng)通過零序電流互感器后接地，由電纜頭至穿過零序電流互感器的一段電纜金屬護層和接地線應(yīng)對地絕緣。 5結(jié)論 隨著技術(shù)的進步，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 共 6 頁