浅析小电流接地系统的接地选线及判据

-z.浅析小电流接地系统的接地选线及判据[摘

要>文中分析小电流接地系统单相接地时零序电压及零序电流的特点，阐述了利用变电站综合自动化系统接地选线的具体实现和判椐。[关键词>综合自动化系统小接地电流系统选线零序1.引言

**油田地处柴达木盆地西北部，盆地内海拔一般在2800米－3000米，其气候枯燥、植被奇缺、氧气稀薄、自然地理条件恶劣。该地区只有一个油田自备电站，无外电网支撑，运行环境多为盐碱空气，运行时发生姐弟现象较为频繁，以往采取拉路法方式逐一排除，不但为油田的生产生活带来极大的被动，同时也加大了工人的工作量，增加了劳动强度。随着花土沟电网的改造调整，大量新技术推广，供电的可靠性得到了进一步提高，但是对35Kv线路接地仍然采用传统拉路法，因此引进先进的小电流接地选线装置，是花土沟电网目前迫切的需要。下面就小电流接地原理与中原油田在这方面的应用阐述如下，供大家参考。一、小电流接地系统的接地选线的必要性在我国35kV及10kV电力系统中，变压器的中性点多采用非直接接地方式〔为小接地电流系统〕，当线路发生单相接地故障时，故障电流的数值往往较负荷电流小的多，故障相电压降为零，非故障相电压升高为相电压的倍，但三相之间的线电压仍然保持对称，对供电负荷没有影响，因此规程允许继续运行1～2h。但实际运行中可能由于过电压引发电力电缆爆炸、TV保险熔断甚至烧坏、母线短路等事故，因此，迅速确定系统接地点消除单相接地故障对系统的平安运行有着十分重要的意义。传统的寻找接地故障线路的方法是：依次逐条断开每回出线的断路器，故障线路被断开后，接地相电压恢复且接地信号消失，否则继续寻找。虽然这种寻找方法大多可通过重合闸来进展补救，但随着工业的飞速开展，对一些供电要求很高的用电客户来说，这种方法的弊病是显而易见的，尤其是对那些负荷较重的35kV线路，这种方法已不满足平安稳定供电的要求。小电流接地选线装置自八十年代问世以来，迅速得以普及，经历了几次更新换代，其选线的准确性虽在不断提高，但选线效果却不是很理想，据有关资料统计目前在线运行的各种型号的选线装置平均选线正确率仅为20％～30％，存在误判率较高的通病，因此许多装置安装后形同摆设，根本无法使用，造成了浪费。微机综合自动化系统较基于单片机原理的传统选线装置有着不可比较的硬件优势和对复杂软件程序的处理能力。如何利用现有的微机综合自动化系统资源来进展准确的选线是一个亟待解决的问题。2.小接地电流系统单相接地时零序电压及零序电流分析

单相接地故障时，故障点的零序电压为U(·)d0=(U(·)ad+U(·)bd+U(·)cd)/3=-U(·)a，故障零序电流为全系统的容性电流。

其向量图如图1所示：由于架空线路对地有一样的等值电容，根据向量图，零序电压及零序电流的特点归纳起来有以下四点：

①发生单相接地故障时〔例如A相〕，故障相的对地电容C0被短接；

②非故障线路3I(·)01的大小等于本线路的接地电容电流，其电容性无功功率的方向为由母线流向线路；

③故障线路3I(·)02的大小等于所有非故障线路的3I(·)01之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和；其电容性无功功率的方向为由线路流向母线；

④假设零序电流互感器的极性是以变电所母线流向线路为正方向，则非故障线路的零序电流超前零序电压90°，故障线路的零序电流滞后零序电压90°，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流在相位上相差180°；3.综合自动化变电站小电流接地选线的具体实现及判据

青州电网目前广泛采用了基于WINDOWSNT(WORKSTATION4.0)操作系统的微机综合自动化系统，其小接地电流选线功能的实现硬件上配置简单、灵活，选线的软件程序也不复杂。当*段母线电压互感器的开口三角电压〔零序电压〕越限时〔一般设置为10～20V〕，由公用采集装置检测出，并向选线功能主站发出信号，功能主站收到报警信号后向该段母线上的所有出线保护装置召唤零序电压及零序电流的向量，根据采集到的向量计算出接地时电容性无功功率的方向，同时根据各线路零序电流的大小，判出接地的故障线路。选线零序方向元件的最大灵敏角为90度。一般说来，从以下几点可以对接地线路进展初步的判别：

①如果以变电所母线流向线路出口的方向为正方向，接地时电容性无功功率为：Q=Im(U(·)×I(*))=Uy×I*-U*×Iy＞0

②接地线路的3I(·)0幅值最大；

③如无正向线路接地的特殊情况下，则判母线接地；4.零序电流、零序电压的获取及试验方法

对于电流互感器采用三相完全星型的接线方式，可以用三相电流的矢量和作为零序电流，其优点是接线简单，不易混淆零序电流的同名端。当电流互感器为两相不完全星型的接线方式，且出线端口为高压电缆时，可加装单独的零序电流互感器，其优点是不平衡电流较小，故障情况时，反响更为灵敏。一般情况下，为在故障情况下获取较大的故障二次电流特征量数值，零序电流互感器的变比应选择的尽可能的小，精度尽可能的高，最好加装专用的选线型零序电流互感器〔据统计，一般的200/5零序电流互感器，当一次电流小于5A且二次侧带规定负荷时，其比差达20～40％，角误差达30～50度〕。应特别注意零序电流的方向均应以母线流向线路为正，零序电流虑过器或零序电流互感器的同名端接保护装置的同名端。

大局部微机线路保护装置零序电压的选取，都由保护装置本身计算故障时的三相电压直接得出，也有的保护装置需外加零序电压，外加零序电压时应注意零序电压的方向，电压互感器的开口三角采用正极性接法但是以反接线接入保护装置，也就是电压互感器的开口三角同名端(星号端)接出N并接地，再接微机保护装置的同名端3U0*。非同名端(不带星号端)接出L，同时接微机保护装置的非同名端3U0，如图2所示。

根据以上对零序电压和零序电流特点的分析及现场实际的接线，试验时需模拟故障线路的实际零序电流和零序电压的相位，如:利用**昂立公司的6108G微机综合试验仪试验时，先加三相均衡正相序电压，再将U(·)a降为零，同时设置3I(·)0超前U(·)a90度〔因为实际U(·)0与U(·)a的相位差180度〕，对选线装置进展试验。设备送电后，对10kV系统可选定*条出线进展实际接地试验，以此判定接线是否正确及选线装置的动作特性，但对35kV系统因接地电流较大，电压等级较高，危险性较大，可不予实际接地试验。微机综合自动化系统选线较传统的小电流接地选线装置有极大的优越性和进步性，但中性点非直接接地系统单相接地时产生的高次谐波以及故障过渡过程产生的过电压等，造成了传统选线装置误判率较高的弊病。微机综合自动化系统选线时往往提供三组可能接地的线路，再进展人工筛选、细化分析，将有助于提高选线正确率。。国内局部电网在35kV变电所采用了四方公司的微机综合自动化系统的选线功能，据运行统计，选线正确动作率高达95.6％，提高了供电部门的经济效益和社会效益。5.

中原油田小电流接地选线与定位的应用中原油田6kV、35kV供、配电网络，均采用小电流接地系统运行方式。由变电所(35/6kV)配出的线路：35kV采用三相TA架空配出，6kV少数采用零序TA由电缆配出，多数采用两相TA架空配出。当线路发生单相接地故障时，一般仍采用零序电流法进展单相接地选线、拉路法及人工巡线目测法确定接地点的准确位置。零序电流法只适合出线装有零序TA和架空出线装有三相TA的情况，使用范围有一定的限制，且效果不理想，经常出现误选现象，使运行人员无所适从；拉路法需要进展大量的倒闸操作，给油田的生产造成了一定的损失；人工巡线目测法寻找接地点，每次都要消耗大量的人力、物力。以上这些方法与当前配电网高度自动化开展水平极不相适应，为此我们选用了一种TY-01型接地选线装置，它能很好地解决线路单相接地的问题，在电网中应用效果较好，下面就其原理、组成等加以说明。

2、TY-01装置的组成原理及特点

该装置由主机和信号电流探测器两局部组成(其面板图见图1)。主机通过五根线(A、B、C、N、L)接于TV副边，如图2所示，信号电流探测器插于主机内，并由主机内部电源对其可充电电池进展充电。

正常运行时，TV副边电压为UAN=UBN=U=57.8V、ULN=0V；当发生单相接地时,以B相为例，则UBN=0V、UAN=U=100V、ULN=100V。主机根据TV副边电压的变化，能自动判断出接地相别。并向接地相注入一种特殊的信号电流，如图2中虚线(1)所示。由于此时接地相TV原边处于被短接状态，信号电流必然会感应到原边，感应电流的路径如图2中虚线(2)所示。该电流沿接地线路接地相流动并经接地点入地。信号电流探测器为特殊信号电流的承受装置，它只反映信号电流而不反映工频及其各次谐波。所以当线路发生单相接地时，用信号电流探测器对信号电流进展寻踪，就可以找出接地线路和接地点确实切位置。

该装置为通用小电流接地系统单相接地选线与定位保护，适用于6kV~35kV小电流接地系统单相接地选线与单相接地点定位。其特点：通用，能够适合小电流接地系统的各种情况，如两相TA和消弧线圈过补和全补偿的情况；接线简单，主机只需通过5根线接于TV的副边，无需零序电流回路；有定位功能，能够迅速判断出接地分支和接地点确实切位置。

3、主要技术参数

3.1输入电压：三相交流100V，3Uo=100V、电源电压交流220V；3.2主机发送特殊信号电流的基波幅值为5±1A,基波频率为fo；3.3探测器灵敏度在探测器收到的信号频率f=fo、探测器与电缆等之间的距离L=35CM的情况下，50格/50mA；

3.4分辨率=(IZD/IFZD)≧10，其中IZD为用信号电流探测器在接地线路开关柜后

探测到的信号电流值、IFZD为用信号电流探测器在非接地线路开关柜后探测到的信号电流值；

3.5定位精度≦10M。

4、单相接地点的定位方法

当线路发生单相接地时，可以在接地线路下，离开接地线路8米如图3所示，令信号电流探测器上边的红线与接地线路垂直，按下定位按钮沿接地线路进展测量，当信号电流突然减小时，背后一基杆即接地点所在杆。如遇到分支点，则在非接地分支线路离开分支点6米处，令信号电流探测器上边的红线与被测分支线路垂直，并对两个分支分别进展探测，则信号电流为零的是非接地分支，信号电流为50mA的为接地分支，此时沿接地分支继续进展测量，直至找到接地点确实切位置。

对分支线路探测结果如图4所示。为了提高探测速度，亦可采用对分法定位。即在线路总长度的二分之一处探测一次，如能探测到信号说明接地点在远离变电站的50%处；如探测不到信号说明接地点在靠近变电站的50%处。以此类推，再将接地点所在的50%线路分成两个50%继续探测，直至找到接地点确实切位置。5、应用情况

为解决油田线路单相接地选线与定位问题，经过调研、论证，2004年6月份，我们在我局卫一35kV变电所，安装了一套TY-01型小接地选线与定位保护装置。从投运至今，从卫一变出现的几次单相接地故障看，该装置都能正确选出接地线路。并具有如下优点：

5.1接线简单、安装方便，无需对一次设备进

行任何改动，不需要零序TA，不受系统运行方式的影响。

5.2能够实现准确选线与定位功能，利用

信号探测器可方便、快捷地查到接地点。

5.3机器性能好，包括：选线分辨率高，

如果在接地线路开关柜后探测结果是100，而在非接地线路开关柜后探测结果要≤10；定位误差小，如果未过接地点时探测结果是100，则过接地点10m，探测结果为≤10，离开分支点6m进展探测，如果接地点所在分支探测结果为100，则非接地点所在分支探测结果为零，如图4所示。

5.4能够查出人工巡线目测不到的一些接地点，如变压器内部接地等。

6、结论

该装置的应用，很好地解决了困扰油田多年的两相架空出线的单相接地选线问题，防止了以往拉路法进展单相接地选线