【文章內(nèi)容簡介】 路。 （ 4）在故障元件中流過的零序電流，其數(shù)值為全系統(tǒng)非工作元件對地電容電流之總和；電容性無功功率的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地單相接地故障電氣特征 在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，如圖 22 所示，若接地點(diǎn)流過的全系統(tǒng)對地電容電流，若此電流過大，會(huì)使故障擴(kuò)大。為防止上述情況發(fā)生，常在中性點(diǎn)接入 消弧線圈。各級電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流超過下列數(shù)值時(shí)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈： 36kV 電網(wǎng)為 30A， 10kV 電網(wǎng)為 20A， 2266kV 電網(wǎng)為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 ?AE?BE?CETC 1C2C線路1線路2ABC1CI? 1BI?2CI? 2BI?? ?0I?BI?CITBI??LI ?CTI圖 22 性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障電氣原理圖 如圖 22 所示的電網(wǎng)中，電源的三相電動(dòng)勢相等。為了簡便起見，不計(jì)電源內(nèi)部的電壓降和線路上的電壓降，電源每相電動(dòng)勢的有效值等于電網(wǎng)正常工作時(shí)的相電壓 ?U ，電源兩相電動(dòng)勢之差等于電網(wǎng)的線電壓， 變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。 假設(shè)線路 2 的 A 相發(fā)生金屬性接地故障，各線路電壓變化以及非故障線路電容電流的分布與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的情況相同。由于中性點(diǎn)接地方式不同，此時(shí)故障點(diǎn)的接地電流由原來的電容電流變?yōu)橛上【€圈產(chǎn)生的電感電流補(bǔ)償后的殘流，但仍具有零序性質(zhì)。所以線路 2 的基波零序電流為： 8 LG IIII ???? ??????? ??? 00102 33 （ 219） 式中 ?LI 為消弧線圈的補(bǔ)償電流，而此時(shí)從接地點(diǎn)流回的總電流 ?KI 為 : ???? ?? CLK III （ 220） 式中 ??CI 為全系統(tǒng)的對地電容電流。 由于 ?KI 和 ??CI 相位相差 180。，幾將隨消弧線圈的補(bǔ)償程度而變化，因此，故障線路零序電流的大小和方向也隨之改變。根據(jù)對電容電流補(bǔ)償程度的不同，即補(bǔ)償度 P 的大小 (這里 P 定義為 : ? ???? CL IIP )，可分為以下三種 不同的補(bǔ)償方式 : 全補(bǔ)償時(shí) P=0 即 ?? CL II 的補(bǔ)償方式，它雖可使接地點(diǎn)的電流為零，但卻有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因?yàn)榇藭r(shí)剛好有式子 ?? CL ?? 31 成立，這正是工頻串聯(lián)諧振的條件。但是如果三相的對地電容不相等或斷路器三相非同期合閘時(shí)，出現(xiàn)的零序電壓在串聯(lián)諧振回路中產(chǎn)生很大的電流，此電流在消弧線圈上會(huì)產(chǎn)生很大的壓降，使電源中性點(diǎn)的電壓大大升高，造成設(shè)備的絕緣損壞，因而不宜采用這種補(bǔ)償方式。 欠補(bǔ)償就是 P0 即 ?? CL II 的補(bǔ)償方式。采用這種補(bǔ)償方式時(shí)，補(bǔ)償后的接地點(diǎn)電流是容性的。它的缺點(diǎn)在于系統(tǒng)運(yùn)行方式改變時(shí)，例如某些線路因檢修或跳閘退出運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的電容電流會(huì)減少，以至有可能成為完全補(bǔ)償而出現(xiàn)危險(xiǎn)的諧振過電壓。因此，這種補(bǔ)償方式也很少采用。 過補(bǔ)償就是 P0 即 ?? CL II 的補(bǔ)償方式。它沒有發(fā)生上述過電壓的危險(xiǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用，一般選擇過補(bǔ)償度值為 P=510%。采用過補(bǔ)償以后，通過故障線路保護(hù)安裝處的電流為補(bǔ)償以后的感性電流，它與零序電壓的相位關(guān)系和非故障線 路電容電流與零序電壓的相位關(guān)系相同，數(shù)值大小也和非故障線路的容性電流相差無幾，因此不接地系統(tǒng)中常用的零序電流選線原理和零序功率方向選線原理顯然已不能采用。 總結(jié)以上分析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論 : (1)故障相的對地電壓為零，非故障相的對地電壓為系統(tǒng)的線電壓。 (2)全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，其大小為系統(tǒng)正常工作時(shí)的相電壓。 (3)欠補(bǔ)償時(shí)，接地故障處的電流超前零序電壓 90o。過補(bǔ)償時(shí)，滯后零序電壓 90o，小于未補(bǔ)償時(shí)的值。 (4)非故障線路零序電流超前于零序電壓 90o，其 大小等于該線路的對地電容電流。故障線路零序電流的大小等于系統(tǒng)所有非故障線路總對地電 9 容電流與消弧線圈的補(bǔ)償電流的和，其相位隨補(bǔ)償度而異，欠補(bǔ)償時(shí)滯后于零序電壓 90o,過補(bǔ)償時(shí)超前零序電壓 90o[10]。 (3)故障線路始端的零序功率的有功分量和無功分量均小于零；非故障線路始端的零序功率的有功分量大于零，無功分量小于零。 本章小結(jié) 本章主要分別分析了在中性點(diǎn)不接地方式系統(tǒng)中和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障后的線路中各 電氣量的 變化 。 10 第 3章 接地選線技術(shù)綜述 利用穩(wěn) 態(tài)信號的接地選線技術(shù) 目前，已開發(fā)出的接 地選線裝置大多是利用接地故障產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)工頻或諧波信號構(gòu)成，稱為穩(wěn)態(tài)選線法。此外，還有一種注人信號尋跡法，其前提是故障點(diǎn)永久接地，信號比較穩(wěn)定，因此也歸入穩(wěn)態(tài)選線法。下面簡單介紹幾種有代表性的穩(wěn)態(tài)選線方法。 零序電流幅值比較法 零序電流幅值比較法簡稱幅值法，它利用故障線路零序電流幅值比非故障線路大的特點(diǎn)選擇故障線路。以前的做法是使用電流繼電器，電流繼電器在零序電流超過整定值時(shí)動(dòng)作，指示故障線路 ,繼電器的整定值要躲過本線路可能出現(xiàn)的最大對地電容電流?，F(xiàn)在使用比較多的是群體比幅法，應(yīng)用微機(jī)技術(shù)采集并比較接地母線上 所有出線零序電流，將幅值最大的線路選為故障線路。由于不需設(shè)定門檻值，群體比幅法 提高了檢測 可靠性 和靈敏度， 但在母線故障時(shí) 會(huì)出現(xiàn)誤判斷。 幅值法的致命問題是不適用于諧振接地電網(wǎng)。由于該電網(wǎng)中消弧線圈補(bǔ)償電流的存在，往往使故障線路電流幅值小于非故障線路；另外一個(gè)影響可靠性的因素是故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象，小電流接地故障往往伴隨有間歇性拉弧現(xiàn)象，由于沒有一個(gè)穩(wěn)定的接地電流，因此可能造成選線失敗。一些裝置在試驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，甚至在現(xiàn)場進(jìn)行人為接地試驗(yàn)時(shí)選線結(jié)果很 準(zhǔn)確，但實(shí)際應(yīng)用效果卻并不好，這是因?yàn)槟M試驗(yàn)時(shí)線路異體與地 之間是金屬性接觸，與實(shí)際運(yùn)行中的絕緣擊穿現(xiàn)象并不完全相同。 零序電流方向法 零序電流方向法簡稱方向法或相位法 ,它利用故障線路零序電流與非故障線路方向相反的特點(diǎn)選擇故障線路。一種實(shí)現(xiàn)方法是檢測零序功率方向，如果某線路的零序無功功率方向?yàn)檎戳阈螂妷撼傲阈螂娏?90o則說明零序電容電流的方向是由線路流向母線，該線路被選為故障線路；另一種方法是群體比相法，選擇 3 個(gè)以上幅值最大的線路零序電流，比較它們之間的相位，相位與其他線路相反的線路被選為故障線路。 與幅值法相比，方向法有較高的檢測靈敏度，但仍然存在不適用于諧振接地電網(wǎng)的弱點(diǎn)。因?yàn)樵谶^補(bǔ)償或完全補(bǔ)償狀態(tài)下，故障線路零序電流的方向與非故障線路相同；對間歇性接地故障來說，零序電流畸變嚴(yán)重，難以計(jì)算其相位，方向法比幅值法更容易出現(xiàn)誤判斷。 11 諧波法 由于故障點(diǎn)、消弧線圈、變壓器等電氣設(shè)備的非線性影響，故障電流中存在著諧波信號，其中以 5 次諧波分量為主 。 由于消弧線圈對 5 次諧波的補(bǔ)償作用 僅 相當(dāng)于工頻時(shí)的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，可以忽略其影響。因此，故障線路的 5 次諧波零序電流比非故障線路的都大且方向相反，據(jù)此可以選擇故障線路，稱為 5 次諧波法。為了進(jìn)一步提高靈敏度，可將各線路 的 7 次等諧波分量的平方求和后進(jìn)行幅值比較，幅值最大的線路選為故障線路。 諧波法優(yōu)點(diǎn)是可以克服消弧線圈的影響，但實(shí)際應(yīng)用效果并 不 理想，主要原因是故障電流中的 5 次諧波含量較小 (小于 10%)，檢測靈敏度低；多次諧波平方和法雖然能在一定程度上克服單次諧波信號小的缺點(diǎn)，但并不能從根本上解決問題。 零序電流有功分量法 由于線路存在對地電導(dǎo)以及消弧線圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量。非故障線路和消弧線圈的有功電流方向相同且都經(jīng)過故障點(diǎn)返回，因此，故障線路有功分量比非故障線路大且方向相反 。 根據(jù)這一特點(diǎn) ，可以選 出故障線路。 InI ojI ok 圖 31 DESIR法原理 在設(shè)計(jì)具體的選線裝置時(shí)，可利用零序電壓與零序電流計(jì)算并比較各 12 線路零序有功功率的大小與方向來確定故障線路。為避免零序電壓互感器誤差的影響，法國電力公司 (EDF)提出了一種僅利用零序電流的方法，稱為 DESIR 法，其原理見圖 31。此外，還提出了一種電導(dǎo)法，利用零序電壓與電流計(jì)算各線路電導(dǎo)。對非故障線路來說，計(jì)算出的電導(dǎo)等于本身對地泄漏電導(dǎo)；而對故障線路來說計(jì)算出的電導(dǎo)極性為負(fù)， 且 幅值遠(yuǎn)大于本線路泄漏電導(dǎo)。 有功分量法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響，但由于故障電流中有功 分量非常小并且受線路幾相參數(shù)不平衡的影響，檢測靈敏度低，可靠性得不到保障。為了提高靈敏度，有的裝置采用在消弧線圈上 并 聯(lián)接地電阻的做法加大故障電流中有功分量。這樣做帶來的問題是使接地電流增大，加大對故障點(diǎn)絕緣的破壞，很可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大。且對電纜線路來說這一問題更為突出。 負(fù)序電流法 小電流接地故障的負(fù)序電流具有與零序電流相同的分布特征，因此也可以通過比較各線路負(fù)序電流的大小與方向選擇故障線路。 由于負(fù)序電源阻抗比較小，故障線路負(fù)序電流絕大部分流入了電源回路，使得非故障線路的負(fù)序電流比較小，有利于接地選線。但正 常運(yùn)行時(shí)線路中也會(huì)存在較大的負(fù)序電流，并且負(fù)序電流的獲取遠(yuǎn)小如零序電流來得簡單、準(zhǔn)確，所以負(fù)序電流法的實(shí)際應(yīng)用效果并不會(huì)比零序電流法好。 注入信號法 注入信號尋跡法簡稱注人法，在發(fā)生接地故障后，通過三相電壓互感器 (TV)的中性點(diǎn)向接地線路注人特定頻率 (225HZ)的電流信號，注人信號會(huì)沿著故障線路經(jīng)接地點(diǎn)注入大地，用信號探測器檢測每條線路， 有 注人信號流過的線路被選為故障線路。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響，不要求裝設(shè)零序電流互感器(TA)，并且用探測器沿故障線路探測還可以確定架空線路故障點(diǎn)的位置。其缺點(diǎn) 是需要安裝信號注人設(shè)備。 對于諧振接地電網(wǎng)來說，注人法選線正確率遠(yuǎn)高于前面介紹的幾種方法，但從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來看，還有相當(dāng)一部分故障情況下不能正確選線。上主要原因是信號注入能量受三線電壓互感器的限制，不能太高；在接地電阻較大時(shí)，健康線路分布電容會(huì)對注入信號分流，干擾正確選線。對間歇性接地來說，注人的信號變化不連續(xù)，影響正確選線。 利用暫態(tài)信號的接地選線技術(shù) 利用穩(wěn)態(tài)信號的選線方法應(yīng)用效果不理想，在諧振接地電網(wǎng)中選線的成功率很低。根本原因有二個(gè)：一是穩(wěn)態(tài)接地電流微弱，故障線路中零序 13 電流僅有幾個(gè)安培，遠(yuǎn)小于線路正 常負(fù)荷電流，檢測起來比較困難；二是故障線路的工頻零序電流在幅值及方向上都與非故障線路沒有明顯的差異。由前面的介紹可知，小電流接地故障暫態(tài)電流幅值是穩(wěn)態(tài)對地電容電流的幾倍到十幾倍，數(shù)值在數(shù)十安培到數(shù)百安培之間，并且不受消弧線圈影響。因此，利用暫態(tài)信號進(jìn)行接地選線可以克服穩(wěn)態(tài)選線法存在靈敏度低，以及受消弧線圈影響的缺點(diǎn)。 幅值與極性比較法 這二種方法分別是穩(wěn)態(tài)選線法中的幅值法與比相法在暫態(tài)信號上的推廣應(yīng)用，統(tǒng)稱為暫態(tài)電流比較法。幅值比較法選擇暫態(tài)零模電流幅值最大的線路為接地線路。極性比較法選擇 3 個(gè)以上幅值最大的 線路暫態(tài)零模電流來比較它們之間的極性關(guān)系，極性與其他線路相反的線路被選為接地線路。 暫態(tài)電流比較法具有簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但從理論上分析并不是很嚴(yán)格，用于實(shí)際選線有可能出現(xiàn)誤判斷。應(yīng)用暫態(tài)信號，自然會(huì)遇到選擇數(shù)據(jù)時(shí)間窗口的問題。如果窗口時(shí)間選得過小，信號利用不充分，影響檢測靈敏度及抗干擾能力；反之，窗口選得過長 (如大于一個(gè)周期 )，則信號中穩(wěn)態(tài)分量作用變大，受消弧線圈電流的影響， 可能造成選線失敗。 另一方面，故障暫態(tài)信號包含從直流到數(shù)千赫茲豐富的頻率分量，其中包含支持上述選線原理的“正確”分量，也有不支持選線 原理的“錯(cuò)誤”分量。因此，需要對暫態(tài)信號的利用方式加以研究。 暫態(tài)電流比較法原理來自于圖 1(b)所示的零序 (模 )等效網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)電路中，所有的線路都用相應(yīng)的電容來等效。根據(jù)電工理論，零模網(wǎng)絡(luò)中的饋線是一個(gè)末端開路的傳輸線，由母線看進(jìn)去的輸人阻抗隨信號頻率變化，在頻率小于其第一次串聯(lián)諧振頻率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)，阻抗角接近 90，線路呈容性，可以用電容來等效；而在頻率大于 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 后的一段頻率范圍內(nèi)，阻抗角接近 +錯(cuò)誤 !未找到引用源。 線路呈感性，則不能用電容來等效。因此，實(shí)際利用的 暫態(tài)信號頻率應(yīng)該低于選定的頻率上限，以保證所有線路都可以用電容來等效，否則，如果饋線中一部分呈容性，一部分呈感性，就難以確定零模電流分布規(guī)律，找不出故障線路零模電流區(qū)別于非故障線路的特征來。實(shí)際的配電網(wǎng)中，對頻率在2021HZ 以下