中性点不接地系统的接地保护

~~配电网接地故障分析与分界开关掌握器的接地判据乡市裕诚电气郭君保1、架空线路与电缆线路的接地故障现象和接地保护现状架空线路接地故障主要集中在绝缘子、PT、高压电容器、高压熔断器、电力变压器等设备绝原因障和高压导线与树枝树叶或其它高空接地物体的接触，开头表现为暂态闪络和高阻接地，接地电流变现为数值很小，时间很短，随着绝缘进一步破坏，碳化，逐步引发刚性接地故障，此时线路有较大谐振过电压，另外两相工频电压提高1.7倍。如不快速断电处理就会引发相间短路事故扩大，另外假设此时在其它线路上同时存在另外一相的接地故障，就形成短路故障，将会造成较大的损失，并且恢复送电需要较长时间。电缆线路接地故障常常集中电缆终端，如环网柜电缆接头处、后插式避雷器还有高压电容器、高压熔断器、PT、电力变压器等设备绝原因障和安装工艺故障，还有城市建设常常消灭高压电缆被挖断。这些接地接地故障发生都会产生更为严峻的影响。一般掌握器能牢靠处理接地故障将可以避开80%以上线路故障，削减多数短路故障的发生。接地故障初期接地电流一般很微弱，高阻接地一次电流毫安级，很难检测，需要感应灵敏度高、采集精度高的零序互感器，而且三相ZCT特性要求格外全都。还有闪络故障要求采集暂态波形而不是连续波形。一般接地电流越大形成短路故障时间越短，接地电流越小持续时间越长而且不易觉察。乡市裕诚电气承受1000/1,0.5级ZCT解决了采集的问题。可以采集带0.01A一次值，最小保护设定0.1A〔一次值〕。接地故障总是伴随相电压的变化和零序电压的产生，这是一个重要的判据，一般零序电压越大，接地故障越严峻，假设刚性接地那么零序电压等于相电压，裕诚电气承受3-6只电子式电压传感器采集进出线侧相电压，并合成出零序电压和线电压，它具有采集精度高、角差误差小，采集波形不失真、损耗小，不怕二次短路，不怕一次线路过电压谐振等优点，格外适合中压配网线路开关电压采集使用。中性点不接地系统接地故障都是容性电流，零序电流超前零序电压90度，负荷侧接地在270度左右，开关电源侧与负荷侧接地零序电流方向相反，电源侧90度左右。依据接地回路负载感容负载或阻容负载不同相位角有相应的变化，但不超过85度。中性点消弧线圈接地系统一般分为过补偿和欠补偿，过补为阻感性负载，负荷侧接地Vo、与Io的夹角在90-180度，欠补为感容性负载，负荷侧接地Vo、与Io的夹角在180-270度.所以VO与IO的夹角是判定接地故障界内界外的最重要判据。现在市场上多数的开关零序电流互感器承受20/1的互感器，安匝比小，采集灵敏度低，精度差，很难到达0.5级。甚至有些用10P10保护CT合成零序电流，这样采集的零序电流不准，很难采集毫安级接地电流；另外掌握器测量范围小，精度低，抗干扰力量差，有些0.2A以下不能显示，有些可以测量更小的幅值，但零飘电流很大，抗干扰力量差；掌握器接地判据仅仅是零序电流幅值，而真正判定接地故障界内界外的判据是VO和IO的相位角。所以掌握器判定接地故障要么有故障不动作，要么误推断接地故障误动作。也就错过接地故障初期的推断和故障处理，也就谈不上牢靠的接地保护了。传统掌握器接地保护叫做零序保护，仅承受零序电流幅值为接地保护依据，设置幅值小时系统上开关乱动，设置幅值大时，接地保护不动，目前多数用户承受设置幅值大，报警不动作来躲避接地保护推断不准乱动的现状，这样就增加了短路故障的发生。裕诚电气引进韩国技术生产的分界开关掌握器、线路分段掌握器和重合器不仅可以形成局域配网自动化系统〔自动推断故障点、自动隔离故障点、快速自动恢复非故障区域送电、故障和动作信息上传〕，而且均具备承受零序电流〔最小一次设定动作值0.1A，采集值0.01A〕，零序电压〔10%-100%相电压〕，相位角采集〔误差小于2度，动作相位角基准0-360度可调、推断范围0-180度可调〕做综合判据，正确的设置推断接地故障准确率100%，可以准确判定那两台开关之间或那台分接开关负荷侧存在故障，并可以通过我公司超声波接地故障探测仪快速找到故障点。曾有不少客户反响开关接地跳闸找不到故障点均被我公司帮助找到，有些为树枝短时接地〔树枝已烧糊〕有些微绝缘损坏〔有较强闪络爬电痕迹〕,接地保护采集闪络时暂态值，比照相位角并采集工频与谐波，滤除不相关干扰波形，准确采集数据。掌握器就应当做到预防故障为主，不能等到演化为短路故障再保护，那时已经造成巨大的损失，而且停电时间会更长，停电面积会更大。一、中性点不接地系统的接地分析在负荷侧〔用户侧〕发生接地故障时在中性点不接地系统上发生负荷侧接地故障时矢量图如下.VcVVcVbZCTVaI Ib1 c1II I0b2 c2C1IGC2I01I02在负荷侧发生接地故障时接地电流值如下：错误!未找到引用源。-ASS检测出来的零序电流值如下错误!未找到引用源。上述的计算式可以表现为如以下图式.VVbVcVbV0VcVaVac1正常运行时A相接地故障时阻抗成分一起存在的矢量图如下：9090V0180V00I01发生接地故障时270在实际系统上存在阻抗成分时的零序电压和零序电流零序电流和零序电压因此以零序电压的相位角为基准的零序电流的相位角位于270°四周.在电源侧发生接地故障时MPP-MPP-ASSVcVbZCTVaI Ib1 c1II I0b2 c2C1C2IGI01I02在电源侧发生接地故障时，电容电流 错误!未找到引用源。检测不出来，此时零序电流值如下：错误!未找到引用源。VVbV0VcVaA相接地故障时在A相发生接地故障时，如阻抗成分存在的话，零序电流的方向矢量图如下：9090V0Ib2180V00I02270阻抗成分存在的时候电源侧发生接地故障时零序电压和电感电流零序电压和零序电流概要在中性点不接地系统上，接地电流为容性电流，零序电流超前与零序电压，270°四周，如在电源侧发生接地故障时零序电流的相位角位于90°角四周，所以易判别接地故障的方向。依据上述结果在中性点不接地系统中，掌握器的最适当的相位设定范围是270±85°，依据线路长度，线径、接线方式不同,假设接地回路为阻容负载接地相位角在第四象限，假设接地回路为感容负载接地相位角在第三象限，动作范围依据线路运行环境和条件可以调整。二、消弧线圈接地系统的接地保护裕诚电气掌握器是承受微电子技术，依据馈线接地故障稳态重量和对接地故障线路的故障相和非故障相暂态重量进展提取分析计算，依据零序电压V0和零序电流I0的幅值，零序电流I0,、零序电压V0的相位进展分析及比较，提取出更牢靠的信号成分来作为接地故障位置的判据。适用中性点不接地(NUS)、经小电阻(NRS)或经消弧线圈(NES)接地系统。从故障点暂态电流的组成分析，主要有：1、故障相的对地电容的放电波；2、非故障相对地电容的充电波；3、消弧线圈的暂态电感电流。由于暂态接地电流的频率很高，幅值很大，并且暂态零序电流与零序电压之间存在着固定的相位关系。说明：由于消弧线圈的接入使NES的基波分布〔如欠或过补偿〕与NUS的基波分布不一样，从而适用于NUS的基波大小、相位判据对于NES〔日本判据：基波无功方向方法〕NES由于消弧线圈的接入，使得其单相接地故障判据较NUS难度增加很大，传统的单一判据很难正确推断故障或故障点，而综合判据原理奇异利用了故障的暂静态特征量，减小了单一判据而导致的误判。在负荷侧〔用户侧〕发生接地故障时在消弧线圈接地系统上发生负荷侧接地故障时状况如下.MPP-ASSVVcVbZCTVaI Ib1 c1I0LC1IGC2I01IIL02在负荷侧发生接地故障时电流值如下：此时从裕诚电气掌握器-ASS检测出来的零序电流值如下：上述的计算式可以表现为如以下图式.VVbVcVbVVc0VaVaILc1正常运行时发生A相接地故障时在A相发生接地故障时，零序电压和零序电流如下,在实际系统线路上除了纯电感成分和对地电容成分以外，阻抗成分也一起存在。因此考虑电阻因素可以表现为如下公式：上述的计算式可以表现为如以下图式.对零序电压的电容电流位于90°以上角度，电感电流位于-90°以下角度。2702700270000V0VaV0180000Va1800ILIL900900发生接地故障时在实际系统上零序电压和电容电流,电感电流零序电压和电容电流,电感电流过补偿和欠补偿时零序电压和零序电流的关系如下：27027002700V0V0I000 1800 00 1800I0ILIL900900过补偿时过补偿时欠补偿时零序电压和零序电流零序电压和零序电流90°~＜180°范围，在欠补偿时位于＞180°~＜270°范围。在电源侧发生接地故障时VcVVcVbZCTVaI Ib1 c1II0b2 Ic2LC1C2IGI01I02IL在电源侧发生接地故障时，电容电流 错误!未找到引用源。和电感电流 错误!未找到引用源。不被检测出来，零序电流值如下：VVbV0VcVa发生A相接地故障时考虑阻抗成分的零序电流的方向如下：2700 2700V000V01800 001800900900在实际系统上在电源侧发生接地故障时零序电压和电容电流零序电压和零序电流在电源侧发生接地故障时，以零序电压的相位为基准，零序电流的相位位于＞0°~＜90°角度范围，概要在消弧线圈接地系统中，如消弧线圈的电感补偿值充分补偿于线路电容值条件时〔即IL＞IC〕，在负荷侧发生接地故障时零序电流值微小，零序电压和零序电流位于180差。但此时可以造成线路谐振，所以发生过补偿或欠补偿的问题。按上述计算方法，尤其经消弧线圈(NES段和线路末端，在负荷侧发生接地故障，过补偿时位于＞90°～＜180°角度范围，如欠补偿时位于＞180°～＜270°角度范围。在电源侧发生接地故障时，位于＞0°～＜90°角度范围。所以，裕诚电气掌握器-ASS的最适当的相位设定范围是180o±85°。无论安装在变电站出线端、线路中段和线路末端，依据零序电压V0和零序电流I0的幅值以及零序电流I0,零序电压V0的相位能准确判定接地故障和故障点位置。裕诚电气掌握器-ASS的接地故障的判据原理1、接地故障的判据原理单相接地保护、高阻抗接地故障保护和断线保护功能的判据：承受微电子技术，依据馈线接地故障稳态重量和对接地故障线路的故障相和非故障相暂态重量进展提取分析计算，依据零序电压V0和零序电流I0的幅值、零序电流I0,零序电压V0的相位进展分析及比较，提取出更牢靠的信号成分来作为接地故障位置的综合判据，准确、快速地推断接地故及故障点位置；2、接地故障的检测过程1〕裕诚电气掌握器-ASS采集故障线路暂态重量为主作为故障计算分析依据，结合采集稳态重量作为比较参数，承受以下三个因素和综合比较判据来推断接地故障与否和区内或区外的接地故障。①零序电流I0的大小②零序电压V0的大小③以零序电压V0比较零序电流I0的相位角2〕零序电流I0的检测过程如下.零序电压V0的计算过程如下.零序变流器干扰防止零序变流器干扰防止信号变换CT保护回路回路回路干扰过滤器过滤回路数字式测量及变换回路计算电压电压传感器干扰整合传感器保护回路防止回路回路干扰数字式测量及过滤器过滤回路变换回路计算接地故障的推断过程接地故障电流接地故障电流故障电压值值超过超过VIMTA±TAW0 0范围内负荷侧接地故障VI0 0MTA±TAW范围内电源侧接地故障设定相位角〔经消弧线圈接地系统〕IVIV说明：如是中性点不接地系统、经小电阻接地系统，设定相位角为：MTA基相位角2700.TAW相位角范围±850.单相接地故障判据：以V0(零序电压)相位角为设定基准，MTA是基相位角，TAW是相位角的范围。如在MTA±TAW的范围(划斜线的范围)满足零序电流I0和相位即推断为区内故障〔负荷侧接地故障〕。在其(划斜线的范围)范围外推断为区外故障〔电源侧故障〕。即，这种补偿方式没有发生过电压的危急，因而得到了广泛的应用。承受过补偿后，通序方向保护无法检测出已接地的故障线路。因此不接地系统中常用的零序电流选线原理和零序功即，这种补偿方式没有发生过电压的危急，因而得到了广泛的应用。承受过补偿后，通序方向保护无法检测出已接地的故障线路。因此不接地系统中常用的零序电流选线原理和零序功1、 稳态I0，V0I0原理的判据存在问题在中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障，会造成承受稳态零序电流〔I0〕原理、零序功率方向〔V0I0〕原理的接地故障为判据的正确率急剧下降。其缘由是中性点经消弧线圈接地系统单相接地时，电容电流分布的状况与中性点不接地系统不一样了。假设补偿以后的接地电流 大于本身线路电容电流，且方向由线路流向母线，故障线路欠补偿IL＜IC∑时假设补偿以后的接地电流 大于本身线路电容电流，且方向由线路流向母线，故障线路假设补偿以后的接地电流 小于本身线路电容电流，故障线路零序电流不但大小变化，零序电流将削减。假设补偿以后的接地电流 小于本身线路电容电流，故障线路零序电流不但大小变化，且方向也变为由母线流向线路。b.b.当过补偿时，过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流，它与零序电压的相位关系和非故障线路电过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流，它与零序电压的相位关系和非故障线路电容电流与零序电压的相位关系一样，数值也和非故障线路的容性电流相差无几，故零序过流、零 率方向选线原理已不能承受。〔指深圳日高、平高安川的方向接地判据〕c.c.目前在配网接地检测中还存在的问题有：故障信号叠加在负载电流上、稳态幅值较小〔故障信号叠加在负载电流上、稳态幅值较小〔与消弧线圈的补偿状况有关〕、环境的电磁干扰等影响着故障分辩的正确性；系统运行方式多变、故障状态多变、不确定因素多，故要求检测方法具有更强的适应力量〔单一的承受稳态零序电流〔I0〕原理为判据，尽管提高了ZCT的检测精度，但在使用上存在较大的局限性，也已不能全部、准确推断故障，〕；变电站的专用选线装置接线简单，并与馈线故障点相距又远，保护不一体，影响了对故障点的在线参数感测的精度和准确性，不利于馈线自动化。2、裕诚电气掌握器接地故障保护的判据要提高小电流接地系统单相接地故障推断的正确率，必需承受先进、可行的保护原理，并对2、裕诚电气掌握器接地故障保护的判据要提高小电流接地系统单相接地故障推断的正确率，必需承受先进、可行的保护原理，并对接地故障的推断依据2个以上的判据，单相接地故障保护的正确率才能到达较高的水平。裕诚电气掌握器是依据馈线接地故障暂态电流重量(TransientCurrentComponent，TCC)、零序电压V0和零序电流I0为判据，能准确判定接地故障和故障点位置。1、依据零序电流I0的幅值；2、承受微电子技术，依据对接地故障线路的故障相和