基于自然直流方法的小电流接地选线装置原理及应用

(整期优先)网络出版时间:2015-12-22
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基于自然直流方法的小电流接地选线装置原理及应用

聂彤云王玉凯王志

聂彤云王玉凯王志

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摘要:目前10千伏短路故障大部分是10千伏线路单相接地短路故障,故障发生时通常采用人工拉路查找故障点的方法,此方法缺点是延长了故障持续时间,同时也加大了操作人员工作量。因此,针对小电流单相接地故障,研究一种快速实用的定位故障点的选线方法,具有很强的现实意义。

关键词:小电流系统;单相接地;选线;故障定位

一、小电流接地故障选线现状

非直接接地系统发生单相短路故障,电网的电压和电流均会发生变化,通过提取变化的电压和电流信号就能够实现故障线路定位,目前选择性短路保护大部分是采用零序电流保护和零序电流方向保护原理构成,这些保护的选择性,当故障发生时,保护只切断故障支路,而非故障支路不受任何影响。因此,在减小了由短路故障而引起的停电范围,提高了供电的可靠性。下文将分别介绍上述短路保护原理,分析其优缺点。

1.1零序电流保护

零序电流保护原理主要是判断各个支路的电流大小来确定线路是否发生故障。在中性点不接地的供电网中,可以认为各相对地绝缘阻抗相同。正常条件下电网不会有零序电压和零序电流。但当某一支路发生短路故障时,电网三相对地绝缘阻抗就不再平衡,中性点对地电压即零序电压不再为零,并与电网的对地分布电容、绝缘电阻和短路电阻构成零序电流通路。通过观察零序电流流通情况可以看出,故障支路的零序电流是所有非故障支路零序电流的总和。

这种保护能有选择性的切除故障支路,并且灵敏度比较高,因为只需在支路上装设零序互感器,所以电路结构相对简单。但这种保护方式,往往受到电网条件的限制,仅适用于分支线路比较多、分布电容比较大的场合,在电网支路数少时,易发生拒动。

1.2零序电压短路保护

当发生短路故障时,尽管供电系统的三相电压仍然是对称的,但是此时三相对地阻抗不再对称,系统出现了零序电压,因此三相对地电压不再对称。零序电压保护就是利用短路故障时供电网中零序电压的大小来反映各线路对地绝缘损坏的程度。

由前面的分析可看出,当线路的分布电容一定时,短路电阻越小,零序电压越高。所以这种保护可以准确的反应绝缘的破坏程度。但是线路零序电压存在于任何一个支路当中,因此这种保护没有选择性,这是这种方法最主要的缺点。这种保护的优点是设计较简单、动作可靠,可以检测电网中的不对称短路故障。但不能检测对称短路故障。

1.3零序电流方向保护

零序电流方向保护原理主要利用故障支路和非故障支路的零序电流的方向不同而实现的。对于中性地不接地系统,故障线路中流过的是所有分支线路的零序电流的和,故而电流值最大,方向由线路流向母线。我们可以规定从母线流出的电流方向为正,从母线流入的电流方向为负。我们可以通过判断线路中零序电流的方向选出故障线路,从而实现选择性短路保护的目的。

零序电流方向保护装置主要是通过比较判断零序电流和电压之间的相位关系,对于零序电流和电压的数值要求不是很大,且灵敏度较高。故障线路电流和非故障电流在相位上相差一百八十度,能够很灵敏的选出故障线路,这也是零序电流方向保护的最大优点。

因为零序电流方向保护不能反映三相绝缘对称短路故障,特别是支路少时,线路对地的电容电流就太小,保护的灵敏度下降。另外当变压器中性点采用消弧线圈接地时,当电网有出现过补偿的条件时,该保护就失去了选择性的作用。因此,该保护原理也具有一定的局限性。

1.4自然直流保护理论

不同于以上基于零序电流和零序电压的检测方法,自然直流保护是利用三相供电线作为电源,通过二极管的整流后,得到有脉动的直流电。通过限流电阻,检测电阻,大地以及线路的绝缘电阻构成回路。这种保护方式,可以准确地确定故障支路,动作电阻值也较稳定;它只监测电网的缘绝电阻水平,与电网的分布电容和运行方式没有关系,且不需要电网中附加电容,这样就减小了附加电容的电容电流对人身触电的危害。

二、小电流接地系统接地故障选线方法

不管是发生三相绝缘的对称下降还是发生单相或者两相漏电故障,故障支路的电流都会增大,只是脉动幅度的大小不同而已。在三相对称漏电故障中,我们根据平均短路电流的大小,可以整定出短路动作电阻;在非对称故障中,我们根据故障电流的波形,也可以整定短路电阻的大小。下面我们以两个分支电路的供电系统为例,分析故障时每个支路故障电流的变化情况。电路图如图1.1所示。

在基于前期理论的计算的基础上,提出了基于自然直流的选择性漏电保护系统。本电路采用分布式结构,在干路和支路上均装设漏电检测电阻,在干路开关和每个支路开关上,装设信号接收装置和闭锁装置。干路开关处的保护装置设为主站,支路开关处的保护装置设为从站。主站和从站之间采用RS485进行通信。该硬件电路主要包括主控单元、模拟量输入电路、模数转换电路、数模转换电路、开关量输出电路、液晶显示电路、声光报警电路、键盘输入电路、断路器跳闸电路等组成。干路漏电保护主控单元和支路漏电保护主控单元之间互相通信,以保证保护的选择性,通过主控单元的延时,来实现对两级开关的选择性操作。

四、结语

采用基于自然直流的故障选线方法,可以有效的定位故障线路,此种选线方法准确率高,可以有效缩短电网运行人员排除故障时间,提高中压配网的供电可靠性。

参考文献:

[1]丁毓山、雷振山.中小型变电所使用设计手册[M].北京:中国水利水电出版社,2000.

[2]傅知兰主编.电力系统电气设备选择与实用计算[M].北京:中国电力出版社,2004.