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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:6637
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

35kV供配电系统单相接地故障检测研究

2020-07-17 15:23:08 产业经济 王强
资料简介

摘要:随着经济和科技水平的快速发展,电力行业发展也十分快速,针对 35kV供配电系统的单相接地故障检修难题,采用单相接地故障选线及选相、单相接地故障定位的方法,在 35kV供配电系统正常运行情况下实时对电力线路绝缘薄弱点进行预测,并在发生单相接地故障后,能准确判断出故障线路、记录故障波形并定位故障点,对变电站安全运行具有重要意义。

35kV供配电系统单相接地故障检测研究

王强

新疆华泰重化工有限责任公司

摘要:随着经济和科技水平的快速发展,电力行业发展也十分快速,针对35kV供配电系统的单相接地故障检修难题,采用单相接地故障选线及选相、单相接地故障定位的方法,在35kV供配电系统正常运行情况下实时对电力线路绝缘薄弱点进行预测,并在发生单相接地故障后,能准确判断出故障线路、记录故障波形并定位故障点,对变电站安全运行具有重要意义。

关键词:中性点不接地系统;接地故障选线;研究

引言

110kV变电站是电力系统中的重要组成部分。35kV供配电系统承担着为变电站提供能源、提供无功补偿等功能,系统的良好运转对保障电力系统的安全稳定运行有着非常重要的作用。该系统是一种中性点不接地系统,常连接电抗器、电容器等设备,具有安全稳定、维护方便等优点。然而,若系统发生单相接地故障时,由于系统不接地,因此故障电流较小且易导致母线保险熔断。该故障较为隐蔽,难于发现,可能会导致35kV系统长期带故障运行,会对电网绝缘产生较大的冲击,严重威胁电网设备的正常运行。因此,当35kV系统发生单相接地故障时,如何快速准确的对故障进行定位并及时消除具有非常重要的价值。

1系统问题分析

1.1中性点不直接接地系统的故障线路识别问题

中压电网采用中性点不直接接地运行方式,当发生单相接地故障时(以下简称接地故障)故障相电压为零,非故障相电压上升为线电压,但是三相线电压依然对称,可以保证对设备的连续供电,且故障相接地电流不大,系统可以带故障运行1-2h,大大提高了系统的供电可靠性。与接地故障后立即跳闸的大电流接地系统相比,这种接地方式在供电的连续性和稳定性方面优势明显,特别适合于生产型企业,对供电的连续性和可靠性方面有很高的要求。但是如果系统发生接地后也会出现一系列问题:(1)瞎子摸路:逐条断开线路,造成不必要的停电。(2)故障升级:系统薄弱环节绝缘易被击穿升级为相间短路。(3)全系过压:弧光接地会引起全系统过电压,造成事故扩大。(4)可怕后果:引发电缆爆炸;PT、母线烧毁;供电机组停运等。所以供电可靠性和运行安全性成为中压系统一对主要矛盾,而且随着现代电网的快速发展,这一矛盾越来越突出。解决这一矛盾的关键,在于快速、准确的故障线路识别和有效的故障处理。

1.2目前企业所使用的供电系统线路识别技术讨论

供电系统在正常供电运行时每个供电线路的电流大小稳定,电流方向不变,但是当系统发生接地故障时,故障线路的运行工况就会发生改变,与之前的工况在电流大小和电流方向方面会发生很大的变化。电流大小方面,正常运行的线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流,而发生接地故障线路流过的零序电流是全系统的电容电流减去自身的电容电流,所以电流大小方面会有很大的不同。在电流方向方面,正常运行的线路电流是从母线流向馈线,而故障线路的零序电流是从故障线路流向母线,这样会使故障线路和非故障线路的电流方向刚好反相。通过这种不同电流的状态可以判断接地线路,所以目前市面上很多小电流接地选线装置就是利用这种原理设计的,但是也加入了其它的智能算法以做综合辅助的判断。基本的原理是:通过突变量启动、电压比幅、电流大小排序、电流比幅比相进行连续的线路识别。

2针对性的解决办法

2.1接地故障的线路识别解决办法

我们转换一下思路,通过上文分析传统的利用小电流选线的方式,选不准故障线路的主要原因是短路电流太小,而导致短路电流太小的根本原因就是因为中性点不直接接地系统。如果我们通过人为的干涉,能够在系统出现接地故障时,人为的把中性点不直接接地系统转换为直接接地系统,在接地的瞬间制造出一个比较大的短路电流用来线路识别,这个问题不就迎刃而解了。通过控制中性点的接地时间和接地电流,从而得到一个易于识别的故障支路但又不引起系统不良反应的大电流,此种方法可以准确的识别故障线路。基于上述可控电流的思想,可以在变电站的主母线上安装一台小容量接地变压器,并在接地变压器的中性点装设接地可控接地电阻,当系统发生接地后,接于接地变压器中性点的可控接地电阻,在其两端电压过零附近使中性点与地之间瞬间导通,以产生一通路短路电流。该短路电流绝大部分会经接地的故障点入地,再通过微机控制器对各条馈线的增大的短路电流加以检测,检测到有大电流通过的馈线即为接地线路。

2.2接地故障处理问题的解决办法

(1)消弧线圈单独使用时的缺陷

当系统发生接地故障时,常见的故障处理方法有消弧线圈补偿法和触点消弧法,这两种故障处理方法都是单独应用于系统中,不能根据系统发生接地故障的性质来针对性的采取不同的处理方式,系统应用都有很大的缺陷。当系统发生瞬时性的接地故障时,由于消弧线圈前期的暂态过程比较长,不能够实现快速消弧补偿,而容易造成故障扩大;另外,消弧线圈不能补偿高频接地电容电流,而补偿的效果较差;对于永久性的接地故障,消弧线圈也不能实现全补偿,故障点有残流,对于电缆支路,对于电缆固体绝缘材料一旦被击穿即无法恢复,导致电缆“放炮”,或发展成相间短路。

(2)触点消弧单独使用时的缺陷

触点消弧法是当发生接地故障时,直接利用真空接触器把故障相变为金属性接地,从而达到稳压消弧的作用。但是当真空接触器打开的瞬间,容易引起操作过电压,也使故障点的再次击穿而导致故障扩大。另外:触点直接接地后,立刻将弧光接地转换为金属性接地,非故障相的过电压稳定在√3倍,使故障的性质是临时性接地,还是永久性接地无法判定。

3零序电流保护

零序电流保护与剩余电流保护有许多相似的地方,同时也有一些不同点。例如零序电流保护测量用到的同样是零序CT,与剩余电流保护不同的是零序CT仅将A相、B相、C相穿入一个零序CT,正常情况下,3根线的向量和Ia+Ib+Ic≈0,零序电流互感器无零序电流流过。当发生单相接地故障时Ia+Ib+Ic≠0,与剩余电流保护所不同的是、故障状态下零序CT测量的故障电流较大,从几十安到几千安。零序电流保护另一种穿线方式是仅在N相上穿一个零序CT,其检测效果一样,当检测到单相接地故障电流超过限制时,保护器件动作将故障切除或者发出报警信号。零序电流保护的整定电流一般为(0.4-0.8)In,动作时间0.1-0.5s,实际应用根据不同的情况整定。零序电流保护适用于TN-S系统、TN-C-S系统、IT系统,不适用于TT系统。

4保护开关的短路保护

现阶段的低压供配电设计中,线路的保护开关多采用断路器,少部分采用熔断器,断路器的热、磁脱扣是通过检测线路的电流与整定过流限值及动作时间来做保护判据;熔断器是利用熔丝的物理电流发热特性来起到保护线路的作用,类似于断路器的热脱扣。这里用断路器作分析举例,当断路器所保护线路距离较长时,其末端短路故障电流较小,达不到断路器的脱扣电流值,导致断路器不动作,故障线路无法切除。

结语

虽然35kV变电站供配电系统的单相接地故障不会直接危及变电站主设备的运行,但易导致设备跳闸;为了减少对变电站的危害,应在2h内完成故障排查和维修。因此,能够较为准确的定位故障位置,有着非常重要的意义。

参考文献:

[1]丁磊.小电流接地系统单相接地选线和定位研究[D].济南:山东大学,2005.

[2]蔡润溟.小电流接地系统单相接地故障选线和测距方法的研究[D].济南:山东大学,2007.

[3]要焕年,曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京:中国电力出版社,2000.