小电流系统单相接地保护选线技术可靠性差的原因

小电流系统单相接地保护选线技术可靠性差的原因

由于主变压器二次侧三相绕组的中性点不接地（或经过消弧线圈、电阻接地），当线路中的任意一相接地时，没有与变压器的绕组构成回路（或电阻很大），就不能形成电流（或很小），在故障线路和接地点就不会有大电流流过。仅有线路与大地之间所形成的电容电流，它与线路的长度成正比，10KV的线路每公里约有15mA左右。     影响保护选线准确性的关键原因就在于一个“小”。因为接地时的电流很小，从几毫安到几十毫安或几百毫安，zui大也只有几安培，与供电线路中的几百安培或数千安培的负荷电流相比，相差数千倍或数万倍；线路中故障时的电流与非故障时的电流相比没有明显的区别；又因为很多电流互感器的测量误差所产生的不平衡电流远大于接地时的零序电流值，现有的继电保护和综合自动化保护等设备，不能区分是故障接地电流还是负荷电流的波动。另外，当接地故障发生时，不仅故障线路对地有电容电流，而非故障线路对地同时也有电容电流，这样不仅要测量故障线路的电容电流，还要测量非故障线路的电容电流，并要进行区分，难度更大。在一些大型枢纽变电站中，虽然配电线路较多，也比较长，接地时能够形成较大的电容电流；但是，接地电流较大时，又容易在故障点产生弧光，导致二相或三相线路发生短路事故。因此，国家有关部门明确规定：对于接地电流大于10A的系统，要装设消弧线圈或电阻。以此来减少接地点的过度电流，避免产生弧光；这样就使故障线路接地点的电流更小，故障特征更加的不明显。又因电力系统是强电场和强磁场的环境，干扰信号很大，往往把接地信号给淹没了；再加上接地时，系统会经常发生铁磁谐振，改变了故障线路与非故障线路零序电流的方向，采用“零序谐波电流的方向”判断故障线路的理论被否定。     根据值班人员反映的情况，采用“S注入法”进行保护选线的装置，导致选线不准确的主要原因是：1、装置向高压系统中所能“注入”的信号能量有限，电流太小，与电力系统的大电流相比显得是微不足道的，实际上变电站的谐波干扰信号比它大的多；2、受供电系统的大小，线路的多少、长短以及母线段运行方式的变化等多种条件制约；3、受故障点接地电阻的影响；当故障点为高电阻接地时，流过故障线路的信号电流就很微弱，其它非故障线路若较长时，反而比故障线路的电流信号还要强许多倍；4、电能损耗很大，在使用过程中造成电压互感器温度升高发热，电能表计量误差和容易引起其它保护装置误动；这种频率的电流在电力系统中是有害的，对电能的质量产生影响。所以，很多使用过该类型装置的，现在都已经放弃了，又在寻求新的方法。     由于多种原因，采用1-2种“理论”和方法作为装置的工作原理和判断方法，还不能保证保护选线的准确性。目前，尽管国内外已有很多企业和科研院所，开发生产了多种类似的保护选线装置，但可靠性都不高。准确率能够达到90﹪以上的装置为数还很少。还需要更多的企业和科技人员努力探索。   四、保护可靠选线准确的成功案列     襄樊科能公司在湖北省电力局和襄樊供电局的大力支持下与我单位合作，不仅有了技术信息和试验设备；而且还得到了科研经费补助。从上世纪80年代末组织了一批在电力系统长期从事发、配电工作的工程技术人员，开展了近20年的研究工作，对国内外这类装置选线不可靠的原因，进行了深入细致地分析，实地调查了很多变电站、开关站，掌握了大量的运行数据，发现了各种理论在使用过程中存在的问题。总结出了接地状态时，电流、电压和各种干扰信号的变化规律，根据“模糊理论”的原理，综合采用了“首半波”、“无功功率方向”、“谐波电流的方向和大小”以及“小波分析”等多种原理和方法。通过采集接地状态时多种数据与运行经验相结合，运用模糊理论和计算机技术，采用逻辑关系和模糊加权运算方法以及自主开发的程序软件；在硬件方面选用了从美国进口的大规模集成电路和高速电脑工控机；结构上是分布式网络结构，多位处理器同时工作，实现了实时跟踪，多种数据同步采集和运算处理，快速得出判断结果。     同时，该公司还研制成功了与单相接地保护装置配套的具有高精度和高灵敏度的LXMZ-10型母线式零序电流互感器和电缆式零序电流互感器。从多方面保证了保护选线的可靠性。从1989年开发成功*代选线装置（原名称：单相接地探索仪、单相接地故障在线监测仪），于1993年通过了水利电力部低压电器质量检验测试中心的检验测试；并在华中网局和湖北省电力工业局的共同组织下召开了技术成果鉴定会，得到了与会三十多位专家、工程师的好评。该项目的主要技术人员现又对该装置进行了全面升级，功能更加强大，选线的可靠性得到了进一步提高，从早期70-80﹪的选线准确率，提高到现在的100﹪；既解决了中性点完全不接地系统保护选线的需要；又解决了中性点经消弧线圈或电阻接地系统的保护选线需要；还能够满足多段母线多种组合并列或分段运行方式时，多条线路同时发生接地时的保护选线。当接地时的过渡电阻较高或系统有谐振发生时，也能达到选线准确无误。现已在二百多座变电站安装使用了这种装置，从用户反馈的使用情况来看，效果很好，满足了电力系统对可靠性的要求，具有世界ling先水平。因此，从根本上解决了小接地电流系统单相接地保护选线可靠性差的世界性难题，为提高电力系统的自动化水平作出了创新性的贡献。  

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