钢铁厂供配电系统单相接地故障管理系统技术研究

钢铁厂供配电系统单相接地故障管理系统技术研究

刘宏伟

摘要：钢铁厂的供配电系统是其正常生产的重要基础设施，而单相接地故障是供配电系统中常见的问题之一。本文主要研究了钢铁厂供配电系统单相接地故障管理系统的技术，旨在提高系统的稳定性和可靠性，减少故障发生和停电时间。

关键词：钢铁厂；供配电系统；单相接地故障管理系统；技术研究

一、引言

钢铁厂是一个高能耗、高负荷的企业，其供配电系统的稳定性和可靠性对于企业的正常生产和经济效益具有重要影响。然而，由于设备老化、动土作业管理不善、防护不到位等原因，钢铁厂的供配电系统常常会出现各种故障，其中单相接地故障是最常见的一种故障，给企业的正常生产和经济效益带来严重影响。因此，如何提高钢铁厂供配电系统的稳定性和可靠性，减少故障发生和停电时间，是当前亟待解决的问题。

钢铁厂供配电系统一般采用的6-35kV中压系统，该系统中性点接地方式主要采用不接地或经消弧线圈接地的方式。该方式下发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，故障电流受到限制，能在短时间内继续运行，提高了中压系统的供电可靠性。但另一方面，这种接地方式也给中压配电系统带来了一些问题，主要是单相接地时会引起弧光过电压及谐振过电压。特别对于较高倍数的间歇性弧光接地过电压，如不能及时消除，可能造成避雷器热崩溃、电缆放炮、电压互感器故障、绝缘闪络等各类事故，引发第二点接地造成危害较大的相间事故。

二、单相接地故障常见处理技术及存在的问题

解决单相接地故障需要精准选出故障点和快速进行处置。目前故障点查找最常见是采用小电流选线技术，但该技术往往受到由于受到接地点阻抗变化范围大、工况复杂、零序电流信号弱、电磁干扰强等多种因素的影响，小电流选线方式难以快速、准确地选出发生单相接地故障的支路。这可能导致故障的误判或漏判，进而影响故障处理的及时性和准确性。

单相接地故障发生后的常见的处理方法有两种，即：消弧线圈补偿法和触点消弧法。消弧线圈补偿法对于瞬时接地故障较为有效；触点消弧法则更适用于对永久性单相接地故障。两种处理方法都存在一定的局限性。若电力系统发生永久性单相接地故障时，常伴随的就是故障点的绝缘破坏，因此当消弧线圈的补偿取消时，故障点将再次流过故障电流，故障点绝缘再次被击穿，其产生的电弧会可能将周围的其它相的绝缘也逐步被击穿，形成相间短路，造成事故扩大。若电力系统发生瞬时接地故障时，此时选用触电消弧法，其会自动将故障相转为金属性接地，把瞬时故障转为了永久性故障；再者，对于采用触电消弧法时，若没有发现故障点时，复归信号时，会瞬时打开人为接地点，故障点存在再次燃弧风险。

二、单相接地故障管理系统技术概述

单相接地故障管理系统是结合消弧线圈补偿技术和触点消弧技术的优点，基于现代信息技术和传感器技术的智能管理系统，针对供配电系统中的单相接地故障进行检测、定位、隔离和恢复供电的综合管理系统。该系统通过集成故障检测技术、智能接地故障定位、自动化隔离与恢复供电等技术手段，实现对单相接地故障的高效处理，保障电力系统的稳定运行。

单相接地故障管理系统组成如下图所示。

 1.脉冲式零序互感器  2.脉冲信号采集器  3.宽频电压传感器   4.真空接触器  5.限流电阻

6.脉冲式限流电抗器   7.高压可控硅       8.接地变压器       9.熔断器      10.母线

11.隔离开关         12.单相接地故障管理系统控制器

图1 单相接地故障管理系统原理图

三、钢铁厂供配电系统单相接地故障管理系统技术研究

1. 接地故障检测技术

接地故障检测是单相接地故障管理系统的核心功能之一，对保障电力系统的正常运行具有重要作用。该系统在正常运行和发生故障时，通过安装的电压传感器，可对系统电压及其谐波、电压闪变、弧光过电压、雷击过电压、操作过电压等稳态和暂态冲击进行实时监测、定时记录和报警。这些功能可以帮助用户分析系统的工作状态并判断故障原因。一旦检测到故障，系统会立即发出警报，并将故障信息传输至主控制器。

2. 接地故障定位技术

单相接地故障管理系统的另一个关键功能是接地故障定位。通过主控制器对故障信息的精细处理和分析，系统能迅速确定故障的确切位置和根本原因。一旦某支路发生单相接地故障，接地变压器的中性点电压会上升。这时，装置中的主控制器会捕获到接地信号，并触发高压可控硅的一次导通。这将在零序回路中产生一个脉冲可控的零序电流。这个零序电流通过故障支路时，会瞬时放大接地电流信号。随后，故障支路选线信号采集单元会捕获到这个零序电流信号，并将其发送给主控制器。主控制器根据这些信息判断出故障支路、故障类型、以及故障发生的时间等关键信息。

3.接地故障处理技术

接地故障处理技术是单相接地故障管理系统的第三个核心功能。主控制器在判断出故障支路和故障类型后，会根据不同性质的单相接地故障，采取相应的处理方式。在脉冲消弧线圈和接触器的协同作用下，系统能够有效地消除弧光故障，确保电力系统的稳定运行。

针对瞬时性接地故障和弧光接地故障，单相接地故障管理系统在完成选线后，会迅速投入消弧线圈和软开关触点进行消弧处理。软开关触点用于旁路暂态和高速接地电容电流，以及消弧线圈的暂态电感电流。一旦消弧线圈稳定工作并实现补偿，系统将退出软开关触点的消弧模式。待故障消除后，再逐步退出消弧线圈。由于引入了消弧线圈来限制真空接触器在软开关触点消弧过程中的操作过电压，这种组合式的工作方式克服了传统消弧线圈或软开关触点消弧单独应用的局限性。它更有利于迅速消除故障，显著提高了装置的可靠性。

对于永久性的单相接地故障，单相接地故障管理系统在完成选线后，会迅速启动软开关触点进行消弧处理。通过直接旁路接地电容电流，这种工作方式能够有效地保护故障支路，特别是电缆支路的安全，确保系统的稳定运行。

4.接地故障处理纠错技术

单相接地故障管理系统应具备容错和自动纠错功能。即使出现误判或误动合错主触点的情况，装置会自动打开并重新判定，从而避免出现两相短路及熔丝熔断的情况。

在触点消弧回路3相主触点的公共端，串联一个大功率电阻，再给电阻设一个旁路开关。

当系统发生单相接地故障时，控制器一旦确认了接地故障相，就会发出指令，使对应相的触点闭合。故障相母线会通过电阻接地。由于电阻的限流和衰减作用，高频弧光电流的峰值能够得到有效抑制并迅速衰减，从而避免了保护熔丝熔断以及对二次设备产生电磁干扰。

此外，通过监测主触点闭合后流过电阻的电流，可以判定主触点动作是否正确。确认主触点动作正确后，旁路开关闭合，短接电阻。完成故障相金属接地。当监测主触点闭合后流过电阻的电流异常大时，判断为主触点动作不正确，此时由于大电阻的限流，不会导致两相短路事故发生，控制器发出断开主触点命令，重新判断故障相。

四、应用案例分析

为了验证钢铁厂供配电系统单相接地故障管理系统的性能，本文选择了龙门钢铁厂的供配电系统作为研究样本。该系统运用了基于脉冲零序电流法的单相接地故障管理系统，以监测和定位接地故障。通过两年的实际运行数据，我们证实了该系统能有效检测和定位接地故障，增强了系统的稳定性和可靠性。同时，该系统的预防措施也降低了接地故障的发生率，提高了企业的生产效率和经济效益。

五、结论与展望

本文深入探讨了钢铁厂供配电系统单相接地故障管理系统的关键技术，包括接地故障的检测、定位、处理技术，以及容错和纠错技术等。通过实际应用案例的详细分析，我们证实了该系统能够显著提高供配电系统的稳定性和可靠性，从而减少故障发生和停电时间。随着技术的不断发展和进步，未来的研究将进一步聚焦于如何实现自动化控制和智能化管理，从而更进一步提高系统的运行效率和安全性。同时，我们还需要更紧密地结合实际生产需求，以确保相关技术的实际应用效果和经济效益得以最大化。

参考文献：

[1]王奔,王栋.单相接地故障管理系统技术研究[J].电工技术,2022(09)

[2]张永生,赵义芬.单相接地故障管理系统技术研究[J].中国新通信,2021,23(14)