新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

 

我國的中壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)一般采用非有效接地方式；電容電流比較小的網(wǎng)絡(luò)，采用中性點(diǎn)不接地方式；3～10kV架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35（66）kV電網(wǎng)，當(dāng)單相接地故障電流大于10A時(shí)，以及3～10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流大于30A時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地（諧振接地）方式。消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置的發(fā)明，推動(dòng)了諧振接自動(dòng)熄滅的可能性也大為提高。另外，如能選擇到可靠的自動(dòng)調(diào)諧裝置和可靠的自動(dòng)接地選線裝置，并且電纜線路等的絕緣水平能適應(yīng)，電纜網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該優(yōu)先考慮采用諧振接地方式，以提高供電可靠性。

 

中性點(diǎn)非有效接地（小電流接地）電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，不影響對負(fù)荷的供電，一般情況下，允許繼續(xù)運(yùn)行1～2h。但電網(wǎng)帶接地點(diǎn)長期運(yùn)行，接地電弧以及在非故障相產(chǎn)生的過電壓，可能會燒壞電氣設(shè)備或造成絕緣薄弱點(diǎn)擊穿，引起短路，導(dǎo)致跳閘停電。因此，非有效接地電網(wǎng)應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)單相接地的保護(hù)裝置，其功能是選擇出接地故障線路并發(fā)出指示信號。為了與用于直接跳閘的保護(hù)相區(qū)別，一般將其稱為小電流接地選線。根據(jù)繼電保護(hù)的基本定義，小電流接地選線實(shí)際也是保護(hù)的一種形式。在發(fā)生小電流接地故障后，選出故障線路并動(dòng)作于信號，以便運(yùn)行人員及時(shí)采取措施消除故障。

 

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電路圖

 

一、不接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的選線

 

由電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理課程可知，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相接地故障時(shí)的特點(diǎn)是：

（1）中性點(diǎn)位移電壓為相電壓，母線電壓互感器開口三角形出現(xiàn)3U。電壓。

（2）非故障線路電容電流就是該線路的零序電流。

（3）故障線路首端的零序電流數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路全部電容電流的總和，其方向?yàn)榫€路指向母線。與非故障線路中零序電流的方向相反，該電流由線路首端的電流互感器反應(yīng)到二次側(cè)，這就是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)基波零序電流方向自動(dòng)接地選線裝置所用的工作原理。

 

二、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的選線

 

中性點(diǎn)接入消弧線圈的目的主要是消除單相接地時(shí)故障點(diǎn)的瞬時(shí)性電弧。它的作用是盡量地減小故障接地電流，減緩電弧熄滅瞬間故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的上升速度。

在過補(bǔ)償?shù)臈l件下經(jīng)消弧線圈電感電流補(bǔ)償后，接地電流與未經(jīng)補(bǔ)償時(shí)的接地電流比較明顯小了許多，故障線路的零序電流和故障線路的零序電流方向完全相同，而數(shù)值大小也無明顯差異。所以在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，就不能利用基波零序電流的數(shù)值大小和方向來作自動(dòng)接地選線的依據(jù)。比較有效的判接地方案是五次諧波判別法和有功分量判別法。

 

三、五次諧波判別法實(shí)現(xiàn)接地選線的原理

 

在電力系統(tǒng)中，由于發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢中存在著高次諧波，某些負(fù)荷的非線性也會引起高次諧波，所以系統(tǒng)中的電壓和電流均含有高次諧波分量，其中以五次諧波分量數(shù)值最大。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，在單相接地時(shí)消孤線圈的電感電流補(bǔ)償接地電容電流是對基波零序電流而言的，對于五次諧波來說，情況就大不相同了。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在五次諧波零序等值電路中，消弧線圈中流過感性的零序五次諧波電流，非故障線路為容性的零序五次諧波電流，它們在接地故障點(diǎn)匯合后成為故障線路的故障相接地電流。對于五次諧波來說，由于消弧線圈的電抗（5ωL）增大五倍，通過消弧線圈的電感電流減小五倍；而線路容抗（1/5ωC）減小五倍，電容電流增加五倍。所以消弧線圈的五次諧波電流相對于非故障相五次諧波接地電容電流來說是非常小的，可以認(rèn)為對于五次諧波而言，相當(dāng)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，并不起補(bǔ)償作用。所以有如下結(jié)論：

（1）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路首端的五次諧波零地方式的應(yīng)用，因?yàn)樗軌蜃詣?dòng)跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化，使接地點(diǎn)殘余電流盡可能小，故障電弧序電流在數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路五次諧波電容電流的總和。

（2）故障線路首端的五次諧波零序電流其方向與非故障線路中五次諧波零序電流方向相反。

以上結(jié)論與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中基波零序電流的規(guī)律完全相同。因此，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障線路的首端五次諧波零序電流方向從線路指向母線，落后于五次諧波零序電壓90°；非故障線路首端的零序電流為本線路五次諧波零序電容電流，方向從母線流向線路，超前于五次諧波零序電壓90°。該結(jié)論就是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地選線的判別依據(jù)，即五次諧波判別法。

 

四、有功分量判別法接地選線的原理

 

五次諧波判別法與基波零序電流判別法都存在一個(gè)主要的缺點(diǎn)，即當(dāng)系統(tǒng)的引出線較少、長度較短時(shí)，單相接地故障線路的五次諧波和基波零序電流均較小，其方向也較難判別，因此其接地判別的準(zhǔn)確率并不是很高。當(dāng)消弧線圈采用自動(dòng)跟蹤消弧線圈并經(jīng)阻尼電阻接地時(shí)，系統(tǒng)單相接地選線可以采用基波有功分量判別法。

基波有功分量判別法的原理是：單相接地時(shí)，故障線路通過接地點(diǎn)與消弧線圈和阻尼電阻構(gòu)成串聯(lián)回路。該回路在中性點(diǎn)零序電壓U₀作用下，產(chǎn)生的基波零序電流必然流經(jīng)阻尼電阻，因而基波零序電流含有有功分量。而有功分量在消弧線圈的電感電流對接地電容電流補(bǔ)償中是不會被補(bǔ)償消失的，因此該有功分量電流將全部流回故障線路的首端，被零序電流互感器測量出來。而非故障線路沒有與消弧線圈阻尼電阻構(gòu)成回路，必然沒有流過消弧線圈的有功電流分量，只有本線路的零序電容電流，其中包含的有功電流為線路對地泄漏電流，數(shù)值很小。因此可以測量各線路基波零序電流中的有功電流分量值，比較它們的大小，最大者即為接地線路。

有功分量判別法是接地選線的一種新技術(shù)，該方法必須與帶阻尼電阻的自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置配套使用。其理論與實(shí)際驗(yàn)證，都證明了其選線準(zhǔn)確率很高。

新一代微機(jī)接地選線裝置可適用于小電流接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（老式消弧線圈，手動(dòng)調(diào)節(jié)）直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)自動(dòng)跟蹤消弧線圈和阻尼電阻接地三種情況。這三種接地選線的方式，由微機(jī)接地選線裝置的控制字決定。當(dāng)選擇控制字為0（00）時(shí)，選線方式定義為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，程序按基波零序電流方向原理工作；當(dāng)選擇控制字為1（01）時(shí)，其補(bǔ)償方式定義為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈直接接地，軟件按五次諧波判別法原理工作；當(dāng)選擇控制字為2（10）時(shí)，其補(bǔ)償方式定義為中性點(diǎn)經(jīng)自動(dòng)跟蹤消弧線圈及阻尼電阻接地，軟件按有功分量判別法原理工作。

 

發(fā)電機(jī)房接地裝置布置圖

 

五、自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置

 

由于消弧線圈的電感電流可以抵消接地點(diǎn)流過的電容電流，當(dāng)調(diào)節(jié)很好時(shí)，電弧大多能自滅。因?yàn)榻拥仉娏鞯玫窖a(bǔ)償，單相接地并不會發(fā)展為相間故障，所以中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的供電可靠性大大高于其他接地方式，但舊式消弧線圈也存在如下缺點(diǎn)。

1、舊式消弧線圈缺點(diǎn)

（1）調(diào)整不能及時(shí)進(jìn)行

我國電網(wǎng)中目前普遍使用的都是手動(dòng)調(diào)匝消弧線圈，在需要調(diào)分接頭時(shí)，必須使消弧線圈退出運(yùn)行，即不能在線調(diào)消弧線圈。因其調(diào)節(jié)不便，在實(shí)際使用中很少根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變動(dòng)及時(shí)地調(diào)整分接頭位置。還因?yàn)闆]有在線的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)電容電流的設(shè)備，運(yùn)行人員無法判斷出是否需進(jìn)行調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)到哪個(gè)擋位。因而實(shí)際上雖裝有消弧線圈，在電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，卻不能很好地補(bǔ)償電容電流，仍然有弧光不自滅及過電壓等問題出現(xiàn)。

（2）單相接地選線不準(zhǔn)確

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，由于接地點(diǎn)殘流很小（接地點(diǎn)殘流就是經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后還剩有的高次諧波和有功分量電流），當(dāng)消弧線圈處于過補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，故障線路與非故障線路的基波零序電流無論在數(shù)值和方向上均無法區(qū)分。近年來多采用零序電流的五次諧波方向來判別接地線路，但是在實(shí)際使用中，因五次諧波含量較小（≤5％），且經(jīng)常處于變化之中，而TV和TA是按基波設(shè)計(jì)的，對五次諧波存在較大的附加相位移，造成五次諧波功率方向繼電器自動(dòng)判接地不準(zhǔn)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，五次諧波法判接地準(zhǔn)確率大約只有60％～70％，使接地故障不能及時(shí)得到處理。

2、自動(dòng)跟蹤消弧線圈原理介紹

自動(dòng)跟蹤消弧線圈采用微機(jī)自動(dòng)跟蹤控制器，在線測量計(jì)算系統(tǒng)電容電流等有關(guān)參數(shù)，根據(jù)補(bǔ)償度等定值自動(dòng)調(diào)整消弧線圈分接頭，使消弧線圈有載分接頭調(diào)在最佳位置。自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置按改變電感方法的不同分為如下四種類型：有載開關(guān)調(diào)匝式（電感有級可調(diào)）、可調(diào)氣隙式（無級調(diào)電感）、直流偏磁式（無級調(diào)電壓）、晶閘管調(diào)電感式（電感有級可調(diào)）。

可調(diào)氣隙式是靠移動(dòng)插入線圈內(nèi)部可動(dòng)鐵芯來改變磁導(dǎo)率從而改變線圈電感的，由于這種鐵芯是可連續(xù)移動(dòng)，因此電感連續(xù)可調(diào)。但它響應(yīng)時(shí)間長，最長可達(dá)數(shù)十秒且噪聲大。直流偏磁式是通過加入直流電流改變線圈鐵芯的磁通工作點(diǎn)，達(dá)到調(diào)電感的目的。晶閘管調(diào)電感式是利用四組晶閘管不同導(dǎo)通方式將4個(gè)電容按15種組合方式投入中性點(diǎn)變壓器的二次側(cè)來改變一次側(cè)的阻抗，從而達(dá)到改變消弧線圈電感的目的。

直流偏磁式和晶閘管調(diào)感式由于是全電子式，調(diào)感方便，較容易實(shí)現(xiàn)全狀態(tài)調(diào)感。全狀態(tài)調(diào)感是指在正常運(yùn)行狀態(tài)、金屬接地狀態(tài)、間歇電弧接地狀態(tài)，即在各種狀態(tài)下均能自動(dòng)調(diào)感。有載開關(guān)調(diào)分接頭和調(diào)氣隙式消弧線圈因?yàn)闄C(jī)械調(diào)感速度較慢，不能實(shí)現(xiàn)全狀態(tài)自動(dòng)調(diào)感。

我國電網(wǎng)中的消弧線圈都是分接頭調(diào)匝式消弧線圈，國外大部分也是采用此類方式調(diào)感。雖然此類機(jī)械式調(diào)感速度較慢，但將無載開關(guān)換為有載開關(guān)并采用非預(yù)調(diào)式，即測量時(shí)不進(jìn)行調(diào)擋操作，從而較大地減小了測量周期，使有載分接頭調(diào)感自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置進(jìn)入了實(shí)用階段。

 

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地裝置

 

3、自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置介紹

自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置由Z型接地變壓器、自動(dòng)跟蹤消弧線圈、阻尼電阻箱、微機(jī)測量跟蹤控制器、微機(jī)選線保護(hù)裝置五部分構(gòu)成。

（1）Z型接地變壓器。

在主變壓器為Δ接線或Y形但無中性點(diǎn)引出時(shí)，Z型接地變壓器用作引出中性點(diǎn)連接消弧線圈。因此系統(tǒng)已有中性點(diǎn)引出時(shí)可不用Z型接地變壓器。所謂Z型接線就是曲折接線，普通變壓器的零序磁通在磁柱內(nèi)不能流通，只能通過漏磁通沿著變壓器的殼體構(gòu)成磁通的通路。所以零序電流可以順利地通過Z型接地變壓器，從中性點(diǎn)輸出至消弧線圈。

一般在系統(tǒng)不平衡電壓較大情況下，Z型接地變壓器做成平衡式，Z型變壓器中性點(diǎn)就有不平衡電壓輸出，可供自動(dòng)跟蹤測量控制器在線測量系統(tǒng)對地電容電流。但是當(dāng)系統(tǒng)不平衡電壓較小時(shí)（如全電纜電網(wǎng)）Z型變壓器就要做成不平衡式，使Z型變壓器中性點(diǎn)有50～100V的不平衡電壓輸出，以滿足自動(dòng)眼蹤測量控制器的測量需要。為了充分利用接地變壓器的資源，接地變壓器除可帶消弧線圈外，也可帶二次負(fù)載，即替代站用變壓器，但要注意在帶二次負(fù)荷時(shí)，接地變壓器的容量應(yīng)為消弧線圈容量與二次負(fù)荷容量之和。

（2）自動(dòng)跟蹤消弧線圈。

采用自動(dòng)調(diào)匝式可調(diào)消弧線圈，將繞組按不同的匝數(shù)抽出9～15擋的分接頭，用有載分接開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)切換，改變接入的匝數(shù)，從而改變電感量。這種自動(dòng)調(diào)匝式消弧線圈簡單、可靠，目前應(yīng)用較多。其他幾種方式有的還在試驗(yàn)研制階段。為了減少殘流增加分接頭數(shù)（根據(jù)容量不同，有9～15擋的調(diào)匝量），使每擋分接頭改變電感量值較小，從而使調(diào)整后電感量盡量達(dá)到最佳位置，殘流降到最小值。

（3）阻尼電阻箱。

自動(dòng)跟蹤消弧線圈有三種運(yùn)行方式：過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償。當(dāng)運(yùn)行在全補(bǔ)償時(shí)，由于補(bǔ)償?shù)碾姼须娏鹘咏扔谙到y(tǒng)電容電流，接近諧振點(diǎn)運(yùn)行，因此殘流較小。為防止發(fā)生諧振過電壓，在消孤線圈接地回路中串接阻尼電阻箱。這樣，即使在長期運(yùn)行中處于全補(bǔ)狀態(tài)，但因電阻的阻尼作用，中性點(diǎn)電壓也不會超過中性點(diǎn)長期運(yùn)行最高允許電壓（我國規(guī)程中規(guī)定為相電壓的15％）。

在發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈、阻尼電阻與故障線路通過故障點(diǎn)構(gòu)成回路。由于尼電阻的存在，在該通路中形成有功電流分量，通過阻尼電阻產(chǎn)生電阻分量電壓，從而提高了中性點(diǎn)電壓。由于有功電流分量數(shù)值較大，因此單相接地時(shí)中性點(diǎn)電壓將超過允許值。為了防止中性點(diǎn)過電壓，在阻尼電阻的兩端并聯(lián)有兩副接觸器觸點(diǎn)，在正常運(yùn)行時(shí)，這兩副觸點(diǎn)斷開，即使處于全補(bǔ)狀態(tài)，也可使諧振電流變得很小，限制了中性點(diǎn)電壓升高。當(dāng)單相接地故障發(fā)生0.5s后，自動(dòng)控制這兩副觸點(diǎn)接通，使這時(shí)有功電流分量降為零值，同樣防止了中性點(diǎn)電壓升高。因此該系統(tǒng)可以運(yùn)行于過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償三種方式。

為了與接地選線裝置配合，單相接地故障時(shí)與阻尼電阻并聯(lián)的兩副觸點(diǎn)延時(shí)0.5s閉合，以使接地選線裝置在0.5s內(nèi)采樣有功電流分量，經(jīng)采樣計(jì)算比較選出網(wǎng)絡(luò)中有功電流分量最大者即為接地線路。

與接地選線裝置配合自動(dòng)調(diào)匝跟蹤式裝置中，阻尼電阻的作用有兩個(gè)：

① 限制全補(bǔ)償狀態(tài)下因諧振引起中性點(diǎn)電位的升高；

② 在單相接地故障線路中產(chǎn)生較大的有功電流分量，供接地選線裝置采樣選線。

（4）微機(jī)測量控制器。

微機(jī)測量控制器和接地選線裝置可安裝于控制屏里，控制屏與自動(dòng)跟蹤消弧線圈、阻尼電阻箱及母線、交直流電源、中央信號屏之間用電纜相連。裝于控制屏里的微機(jī)測量控制器的作用是：

① 通過單片微機(jī)測量UAB、U值，經(jīng)計(jì)算獲得系統(tǒng)總的電容電流；

② 根據(jù)補(bǔ)償度的整定值要求，控制調(diào)整消弧線圈的分接頭位置；

③ 在單相接地故障時(shí)控制阻尼電阻器兩端的接觸器觸點(diǎn)經(jīng)整定時(shí)間閉合。

 

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