小电流接地系统中接地故障检测技术及其在开关上的应用.doc

小电流接地系统中接地故障检测技术及其在开关上的应用 平顶山平高安川开关电器有限公司 郜延伟 摘要：针对目前小电流接地系统的接地检测的难点，经过对小电流接地系统的理论、接地检测设备的原理、采样误差等方面对问题进行分析，提出了一种针对小电流接地系统的接地监测方法，并结合开关制造技术，使其和开关有机的结合起来，达到有效、可靠的检测接地故障的目的。介绍了智能型接地保护开关的使用场合、功能及使用方法 0 概述 在我国6～66 kV电力系统中普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地方式，当系统发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往很小，但系统线电压的对称性并不遭到破坏，系统还可继续运行一段时间，规程规定一般为不超过2h。近年来随着电力传输容量增大、距离延长、电压等级逐渐升高，电力系统的延伸范围不断扩大，且电缆线路的使用量逐步增加，在这种情况下发生单相接地故障时，接地电流越来越大，造成接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，同时间歇电弧产生的过电压往往又使事故扩大，逐步发展成为短路事故，显著降低了电力系统的运行可靠性。为防止系统事故扩大，在接地运行的这段时间里必须设法排除故障或者将故障隔离，这就提出了变电站内单相接地故障选线的课题。同时在配网自动化开展过程中，由于没有有效的接地检测和保护措施，在很大成功难度上制约了配网自动化系统的实施效果和发展。 小电流系统发生单相接地以后，由于故障特征不明显，使得迅速、准确地指示接地回路有一定的难度，小电流系统单相接地选线一直是继电保护领域未彻底解决的一个难题。其难点主要表现在变电站内接地故障正确可靠的选线，以及配电线路上接地故障的查找及通过分段开关对故障段选择性的隔离。目前的难题主要有：①缺少准确获取接地故障特征量（Ｖo、Ｉo、相位角、五次谐波等）的装置；②干扰信号对故障特征量的影响（由于特征量信号小，而所处的环境中电磁干扰又很大）；③科学的判定原理和可靠的判断设备（继电保护装置）。 变电站用的小电流接地选线装置自20世纪80年代以来，众多大专院校、研究院、生产厂家都致力于这一产品的开发与生产，提出了不少新思路与新方法，提出了多种选线原理，并研制基于这些选线原理的多种产品，已经历了几次技术更新换代，其选线的准确性也在不断提高。但是目前尽管有设备厂家宣称100％选线正确率，但工程实际中均存在误判率较高的问题，且硬件的可靠性较低，从现场运行反馈回来的信息来看，用户对这种产品颇有微词, 许多用户有一种不用麻烦，用了也麻烦的感觉，故现场好多情况都是选检设备闲置退出而采用手动拉闸试验的原始方法查找接地，自动选线技术在90年代末期陷入低谷，据称很多地区选线装置退出率达到90%以上。用户基本上处于一种抵触状态，一方面为急需要解决选线问题着急，一方面为没有可信赖的装置而发愁。 而配电线路上，能够对单相接地故障进行分段保护的开关装置几乎处在空白阶段（不少厂家正在着手做这方面的工作，并已有产品通过试验），由于对接地故障准确判断并实施继电保护的设备的缺失，很长时间以来没有得到很好的解决，在很大程度上也制约了配网自动化技术的使用和开展。虽然在线路上有些地方在使用接地故障指示器，以方便进行接地故障点的查找。但由于线路上可以获得的信号源更有限，使得这种产品的误判率更高，达不到缩短故障查找区段、快速找出故障的目的。 1 小电流接地系统单相接地故障的特点 要了解小电流接地故障的检测为什么困难，难在那里，首先要了解一下小电流接地系统发生单项接地故障的特点。 1.1 单相接地时零序电压、零序电流等特征量的关系 1.1.1当发生完全接地时，Ｖo超前Ｉo 90度；当发生不完全接地时，Ｖo和Ｉo的夹角φ=tan-1RgωC。 1.1.2 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，而非故障线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流。 1.1.3 故障线路的零序电流是从线路流向母线，而非故障线路的零序电流是从母线流向线路，两者方向相反。 1.1.4 对于某一区段（比如开关前后）的负载侧出现完全接地故障时，Ｖo超前Ｉo 90 o；电源侧出现完全接地故障时，Ｖo滞后Ｉo 90 o。 1．2 小电流接地特征信号（Ｖo、Ｉo、相位角、五次谐波等）的特征 1.2.1 电压信号较大且稳定。零序电压信号比较明显，且较稳定。 1.2.2?电流信号太小。小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模大小和线路类型(电缆或架空线)有关，数值甚小，经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小，接地基波电容电流达到0.2A左右，而5次谐波电流比零序电流又要小20～50倍。 1.2.3?信号干扰大、信噪比小。小电流系统中的干扰主要包括2方面：一是在变电站和发电厂的小电流系统单相