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消弧線圈接地電網小電流接地選線法

文檔作者：計建仁文檔來源：杭州市電力局		點擊數：	更新時間： 2022年07月28日
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消弧線圈接地電網小電流接地逑線法
● I — I ：一■ 一● ■ 孵曩一一 _ ● 一一一一<■ 鼉 ● 習■ ≮■
計建仁
(杭州市電力局，浙江杭州 310009)
[摘要] 在對消孤殘圈接地電網的特點進行分析的基礎上，比較詳細地介紹了消弧線圈接地電同單相接
地的幾種選殘方法。
關鍵詞消孤殘圈接地選殘方法
U 刖昌
在相當長的時間里，杭州市
10kV配網中架空線路占了很大一
部分，線路數量也不多，故中性點
采用了不接地運行方式。該方式
下，單相接地時故障電流不大，3
個線電壓仍然對稱，不會破壞系
統(tǒng)的穩(wěn)定運行，按有關規(guī)程規(guī)定
允許繼續(xù)運行1～2h。與此同時，
為使工作人員迅速采取措施消除
接地故障，微機型接地選線裝置
得到了大量的應用，其選線原理
主要為零序電流原理、零序功率
方向原理。
近年來，隨著國民經濟的不
斷發(fā)展，城市電網規(guī)模日漸擴大，
電纜出線日漸增多，系統(tǒng)對地電
容電流急劇增加，接地弧光不易
自動熄滅，容易產生間隙性弧光
過壓，進而造成相間短路，使事故
擴大。為了防止這種事故，新頒布
的電力行業(yè)標準DL／T620．1997《交
流電氣裝置的過電壓保護和絕緣
配合》中明確規(guī)定：3～10kV架空
線路構成的系統(tǒng)和所有35kV、66kV
電網，當單相接地故障電流大于
10A時，中性點應裝設消弧線圈；
3-10kV電纜線路構成的系統(tǒng)，當
單相接地故障電流大于30A時，中
性點應裝設消弧線圈。
l 消弧線圈接地系統(tǒng)特點
由圖1可知，中性點接入消弧
線圈后，發(fā)生單相接地時，通過接
收稿日期：2003—01—11
作者簡介：計建仁， 碩士，主要
從事繼電保護技術管理工作。
52四圓2003年4期
地點的總電流為電感電流與全系統(tǒng)總
電容電流的向量和，即：I=IL+I
+ l+
l+I
． 線路 圭圭
+ I+
l+I
． 線路， 圭
+ l+
l+l
辜辜 豐豐上c
圖1 消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地
電容電流分布圖
由圖2可見，式中：， =3 j
(Cl+c2+c )=3 。J C r；tL=UJ
J L=一jUo／ L
圖2 消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地
零序等效網絡圖
因此，感性分量和全系統(tǒng)的
電容電流可互相抵消，減少了通
過接地點的電流，從而防止事故
的擴大，甚至還能自動消除部分
故障。根據加入電感電流的補償
程度的不同，可以分為完全補
償、欠補償、過補償3種。
1．1完全補償
完全補償就是，=，．+， =0的
補償方式。它雖然可使接地點的
電流為零，但卻有嚴重的缺點，
因為此時正是串聯諧振的條件。
若三相對地電容不等或斷路器三
相不同期合閘，出現的零序電壓
在串聯諧振回路中產生很大的電
流，此電流在消弧線圈上會產生
很大的壓降，使電源中性點的電
壓大大升高，設備的絕緣損壞，
因而不采用這種補償方式。
1．2欠補償
欠補償就是，．<， 的補償方
式，采用這種補償方式時，接地點
的電流是容性的。它的缺點在于
系統(tǒng)方式發(fā)生變化，即某些線路
因檢修或跳閘退出運行時，系統(tǒng)
的電容電流會減少，有可能成為
完全補償而出現危險的過壓。因
此，這種補償方式很少采用。
1．3過補償
過補償就是，．>， 的補償方
式，它沒有發(fā)生上述過壓的危險，
因而得到了廣泛的應用。采用過
補償后，通過故障線路保護安裝
處的電流為補償以后的感性電流
它與零序電壓的相位關系和非故
障線路電容電流與零序電壓的相
位關系相同，數值也和非故障線
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。
2 消弧線圈接地系統(tǒng)接地選
線的原理
2．1插入有效電阻法
發(fā)生接地故障時，在消弧線
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圈上短時并上一個有效電阻，使
接地點產生一個有效分量電流，
再利用此有效分量電流作為選線
依據，經一定延時后，再把電阻切
除。只要電阻選擇合適，就能使接
地點的有效分量電流足夠大，從
而達到選線的目的。但投入電阻
后會使接地電流增大，可能導致
故障發(fā)展。
2．2 S注入法
該原理是通過運行中的母線
PT注入一個特殊電流信號，從故
障線路接地故障點流回形成通路，
從而進行接地選線。為使接地裝
置能正確地從電力系統(tǒng)的各次諧
波中識別被注入的特殊電流信號，
其頻率介于n次和n+1次諧波之間
(通常介于4次和5次諧波之間)。
由于被注入的信號區(qū)別于系統(tǒng)中
固有的各種信號，所以對該信號
的檢測不受系統(tǒng)運行情況的影響。
當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，被注入
的信號僅在接地線路中流通，經
過接地故障返回，非接地線路中
沒有信號，故只要通過人工探測
或各線路安裝的探測器檢測線路
中有無注入信號，便可進行故障
選線。
由于故障選線是通過注入特
殊信號實現，無需電氣量，因此可
廣泛應用于線路僅有2相CT的小
電流接地系統(tǒng)，避免了為接地選
線裝置加裝B相CT或零序CT的
麻煩。同時，由于電壓互感器變比
的關系，具有較強的耐受過渡電
阻的能力。但若各出線對地電容
相差很大，注入的信號與故障線
路的信號可能相差無幾，且在無
人值班變電所如用自動選線的方
案，由于各線路信號探測器的靈
敏度并不一致，因此給正確選線
帶來困難。
2．3 5次諧波原理
電力系統(tǒng)中，電源感應電勢
中本身就存在高次諧波分量，此
外由于變壓器、電壓互感器等設
備鐵芯非線性的影響，電網中也
必然包含一系列高次諧波分量，
其中主要為5次諧波分量。對中性
點經消弧線圈接地的系統(tǒng)，由于
消弧線圈對5次諧波呈現的感抗
高中低安金技術
為基波的5倍，而線路容抗為基波
1，5，和線路容抗相比，消弧線圈
近似處于開路狀態(tài)，因此，5次諧
波感性電流可以忽略。系統(tǒng)單相
接地時，5次諧波容性電流分布與
中性點不接地系統(tǒng)中基波容性電
流幾乎相同，籍此可進行故障選
線。
但在實際運行的系統(tǒng)中，因
外界的諧波干擾以及用戶的電弧
爐、整流設備等諧波源，向系統(tǒng)輸
送5次諧波電流，使得故障線路中
5次諧波電流不一定總是最大，相
位關系也不一定成立。此外，由于
有的系統(tǒng)中5次諧波本身含量很
小，加之CT、PT對5次諧波造成
的附加相移，往往造成判線不準。
2．4零序有功功率方向原理
當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，因
消弧線圈自身有一定的有功成分，
因此，零序等效網絡可用圖3表
示，其中消弧線圈電抗用電阻R和
圖3 消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地
零序等效網絡
純電感L表示。由圖3可知，流過
故障線路3保護安裝處的零序電
流為：
31 03=一U0[IlR—j， L+j3
(C￡一C3)】
流過非故障線路1保護安裝
處的零序電流為：
31 01=j3U 0 C1
流過非故障線路2保護安裝
處的零序電流為：
31 02=j3U0 c2
由上可知，流過非故障線路
的零序電流為該線路本身對地的
電容電流，相位超前零序電壓90。
不存在有功分量。流過故障線路
的零序電流由3部分組成：中性點
電阻R產生的有功分量；消弧線圈
電感L產生的感性電流，相位超前
零序電壓90。；非故障線路的對
地電容電流的總和，相位滯后零
序電壓90。。因此，不管用何種補
償方式，由于有功電流方向不變，
只要以零序電壓作參考矢量，就
可方便地將此有功電流取出，實
現接地選線。
目前我國電網使用的預調式
自動跟蹤補償消弧線圈，為了能
在過補償時靠近諧振點正常運行，
一般在消弧線圈的接地端串入1
個限壓電阻。當電網發(fā)生接地故
障時，由于限壓電阻增大了接地
故障電流中的有功分量，故可提
高接地選線的靈敏度。但由于限
壓電阻在一定程度上增大了殘流
中的有功分量，加快了振蕩電壓
分量的衰減，給接地電弧的熄滅
帶來不利因素，因此在發(fā)生單相
接地后，必須在最短時間內將限
壓電阻短接。
2．5首半波原理
該原理是基于接地故障發(fā)生
在相電壓接近最大值這一假設，
利用單相接地瞬間，故障線路暫
態(tài)零序電流第1個周期的首半波
與非故障線路相反的特點構成。
理論分析認為，在小電流接地系
統(tǒng)的接地過渡過程中，暫態(tài)電容
電流的估算可用圖4的近似等效
網絡進行，圖中L、R、C為系統(tǒng)的
田
圖4 分析過渡過程電容電漉等效圖
分布參數(L 為消弧線圈的集中
電感，在中性點不接地時無此元
件)。暫態(tài)電容電流中包括自由分
量和強制分量，它具有以下幾個
特點：
(1)在相電壓接近最大值瞬
間單相接地過程中，暫態(tài)電容電
流比流過消弧線圈的暫態(tài)電感電
流大很多，暫態(tài)電感電流可忽略
不計。因此，在同一電網中，即使
中性點經消弧線圈接地，其過渡
過程與中性點不接地情況下近似
相同。
(2)故障線路暫態(tài)零序電流
和暫態(tài)零序電壓首半波方向相反。
2003年4期——豳弱
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智麓式多C P U 電壓無功綜合
囊麓嘲 穗懶瀚強鞭麓鐲翻■ ●I —I 剖囂
張麗平，楊振，文永明，蘇彥民
(西安交通大學， 陜西西安 710049)
[摘要] 介紹一種基于DSP(數字信號處理器)的新型智能式無功補碴控制器。詳細給出了控制器的控制
策略和系統(tǒng)結構。該控鉑器采用I)SP和單片機雙CPU方案，控鋤‘閘管投切電容器。其結構緊湊、控銦
方法靈活，能根據負荷的變化情況，選擇最佳方式進行動態(tài)無功補碴， 不會產生無功倒送和投切振蕩，
通用性強，智能化程度高。
關鍵詞DSP 雙CPU 動態(tài)無功補碴
0引言
根據有關資料分析，電力系
統(tǒng)的無功負荷約為有功負荷的1．3
倍。大量的無功消耗造成功率因
數下降，導致無功電源不足，系統(tǒng)
電壓下降，損耗電能，降低供電能
力。因此，為節(jié)約能源，提高電
力系統(tǒng)的可靠性和供電質量，必
須采用無功補償措施。
本文所介紹的智能式無功補
償控制器，從控制算法和運行速
度等方面綜合考慮，采用主從式
雙CPU控制方案，是一種新型的
實時無功功率控制器。此控制器
性能穩(wěn)定，功能設置簡便，智能化
收稿日期：2002-12-11
作者簡介：張麗平，碩士，研究方
向：工業(yè)、企業(yè)自動化控制；蘇彥
民，教授，博導，研究方向：交、
直流電力傳動及其微機控制．
程度高，可自動跟蹤無功變化，并
能自動投切補償電容，還可實時
顯示投切狀態(tài)和電網參數，因此
亦可兼作電網質量檢測儀使用。
l無功補償原理及控制策略
1．1無功補償原理
無功補償原理就是通過測量
三相電壓、電流來計算無功功率
Q ，然后根據Q值的大小確定投切
電容器的容量，使系統(tǒng)運行達到
最優(yōu)狀態(tài)。
以A 相為例來說明無功補償
的原理。由于諧波分量的存在，相
電壓和相電流只能用各諧波分量
的集合來定義? ，即
“ ：>。42U sinncot
”=】
三- 一
f = 421，。sin(neat一妒) (1)
電壓、 龜流的有效值為
√ 2，， √ ”2
單相有功功率為
只= Ida／ad(mt)
= ΣU ，
單相視在功率為
一 _
= 1／ J 2
單相功率因數為
． P
= 一
ΣU l 。
因而，無功功率可由下式求
出— —
Q=4s 一P (6)
式(6)只反映能量的流動和交換，
(3)非故障線路暫態(tài)零序電流
和暫態(tài)零序電壓首半波方向相同。
(4)首半波電容電流幅值比
穩(wěn)態(tài)電容電流大幾倍到幾十倍，
且對總線路長度短的系統(tǒng)，暫態(tài)
過程更加明顯。
由上述特點可知，對短線路
而言，其穩(wěn)態(tài)電容電流小，暫態(tài)電
容電流大。該原理比其它各類反
映接地穩(wěn)態(tài)量的原理靈敏度高。
對單相接地反應迅速。但由于該
原理是基于接地故障發(fā)生在相電
四田豳2003年4期
壓接近最大值瞬間，若在相電壓
值較小情況下發(fā)生接地(從近幾
年1OkV線路的事故統(tǒng)計看。大部
分接地故障由外力引起，而非發(fā)
生在相電壓接近最大值瞬間)。則
暫態(tài)電容電流很小。容易引起方
向判別的錯誤。
3結束語
現有的接地選線方法。在中
性點改為經消弧線圈接地后。有
的已不能再用，有的雖然能用但
有較大的局限性，選線效果不理
想。鑒于以往的應用經驗。要提高
小電流接地選線裝置的動作正確
率，除了需要好的原理外。電力部
門自身的安裝、運行、維護至關重
要。只有各環(huán)節(jié)的工作均到位了
接地選線裝置的動作正確率才能
達到較高的水平。
參考文獻
[1】華中工學院．電力系統(tǒng)繼電保護原
理與運行．電力工業(yè)出版社，1981
[2】要煥年，曹梅月．電力系統(tǒng)諧振接
地．中國電力出版社，2000

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