中性点经消弧线圈并联电阻接地方案的实际应用

()[]
C L X X j R I V -+⋅=110 ()[]C L X X j R I V
-+⋅=220 中性点经消弧线圈并联电阻接地
消弧选线方案的实际应用
一. 工作原理
消弧线圈接在接地变压器或发电机中性点上,采取预调谐方式,系统正常运行时,装置对中性点电流进行快速采样,通过相位跟踪法测定系统对地电容的变化。

为了防止系统发生谐振,消弧线圈串联阻尼电阻,在发生单相接地时自动短接。

微机调谐是根据电网的脱谐度进行调节的。

ε=(I L -I C )/ I C
其中ε为脱谐度,I L 为消弧线圈电感电流, I C 为电网的电容电流。

由于I L 为消弧线圈上电感电流,为已知量,因此只要测量出系统对地的电容电流,即可计算出电网的脱谐度。

L 2档时,测量零序回路电流为I 1故:
由(1-1)和(1-2)即可求出R 和X C 。

U φ I C =
X C
控制器以脱谐度和残流为判断依据的,投运前先将脱谐度的范围设定为ε=ε1～ε2,当系统的脱谐度超出此范围,调谐器发出指令,控制电机来调整消弧线圈的有载开关,使调整后的脱谐度及残流满足要求。

本篇推荐的DK 选线方法工作过程如下，系统发生单相接地后,对瞬时接地故障,由于流过消弧线圈的电感性电流与流入接地点的电容性电流相位相反,接地弧道中所剩残流很小,对于瞬间接接将自行消失。

如果是稳定接地,延时60秒钟后(时间可以任意设定)由计算机控制投入并联电阻（投入时间小于1秒）,产生一定的有功电流,该电流流向接地线路,计算机对所有出线
当系统正常运行时，其零序回路的等值电路图如图1所示。

其中：
U 0：系统的不对称电压；
C ：系统对地的等效电容；R ：回路电阻；L ：有载调节消弧线圈。

图1 系统的零序等效电路
当消弧线圈在L 1档时，测量零序回路电流为I 1，当消弧线圈在
零序电流进行快速同步采样，利用快速付立叶变换（FFT ）对采样数据进行处理，由于接地线路和正常线路在并联电阻投入的时间内（几个周期时间即可）零序电流信号差异相当显著，选线准确率完成可以达到100%，对高阻接地、金属性接地和母线接地都能够准确识别。

根据需要可以对故障线路进行跳闸处理。

二. 技术特点
1、单相接地后投切并联电阻的顺序：
10 kV 系统单相接地→利用零序导纳变化和线路特征矩阵法对瞬间接地进行选线→延迟设定时间后投、切并联电阻（投入时间小于1秒）→准确判断接地线路。

2、并联电阻选线原理简述：
单相接地发生后，系统等效电路见下图，通过理论计算得到各回出线线路系数K 和电阻投切有关的系统系数δ，根据系数δ判定是母线接地还是非母线接地，通过线路系数K 找出接地故障线路。

其中系数
i
j
j i I I I I ∆∆=
δ
式中ΔIi 为第i 条线路并联电阻投切前后的零序电流的变化量，而ΔIj 为第j 条线路并联电阻投切前后的零序电流的变化量。

线路系数 K 由以下式子确定：
}
2]2)0)(03[(224{22]))(3([2]22)0
(0[2
2002
2x g d g g d g x d g c c x c g g g g x g c x d g x d g d g g d g g K d d d ++++-++-+-++=ωωωω
式中： gd 为接地导纳
g0为并联电阻导纳
X 为对地总电容导纳-消弧线圈导纳 K 的实际意义为故障线路和正常线路零序电流之比，考虑到系统电容电流的实际大小，g0的取值保证在线路发生单相接地时，故障线路比正常线路零序电流有着明显增大。

如果是母线接地，各条线路零序电流增加的比率相同，K 值趋近于100%。

10kV 系统中性点装设消弧线圈之后，当系统发生单相接地时，经消弧线圈补偿之后的接地点残流通常小于5A ，10 kV 出线零序CT 二次 侧电流很弱，容易受到干扰影响选线的准确性。

并联电阻后，增加了零序电流的有功分量，采用独特的计算方法使选线准确率提高。

DK 选线方法克服了残流增量法接地后调整消弧线圈以及对高阻接地选线不准的缺点，能够正确对金属接地、高阻接地和母线接地进行选线，选线准确性达到100%。

3、消弧线圈并联中电阻，综合了中性点谐振接地和电阻接地两种接地方式的优点。

既保持了电阻接地可以准确选线的优点，又可以减少接地点残流，限制弧光接地过电压，确保10kV 系统单相接地之后带故障运行2小时以上。

4、对于非金属单相接地故障的选线比其他厂家更加准确。

5、不需要准确判断零序CT 的极性，对极性难以判断的出线也可以正确选线。

三.电阻的确定原则
采用并联电阻(例如6～10Ω)提供600～1000A接地电流,无疑对继电保护的准确跳闸很有好处,但是过大的接地故障电流会带来以下问题:当电缆一处接地时,大的电弧有可能连带烧毁同一电缆沟里的其它相邻电缆,扩大事故,造成火灾;由于电阻的热容量与电流平方成正比,电流过大给电阻制造带来困难,不但造价较高,电阻箱占用面积也较大;电流过大,引起的地电位升高可能达到数千伏,大大超过了安全范围。

通信线路要求地电位差不超过430～650V,低压电器要求不超过1000V,电子设备不能忍受600V的电位升高,人身保安要求接触电压和跨步电压在0.2S切断电源情况下不大于650V,延长电源切断时间,危险更大。

为克服以上问题,在满足系统安全运行的基础上,可以考虑并联中电阻。

选择适当的电阻,必须注意以下几个问题:
1)一般I R=(1～1.5)I C,可以进一步抑制过电压倍数(小于2.6倍)。

2)对于电容电流比较大的线路,整定值必须躲过本段电容电流。

3)为了保证设备、人身、通讯安全,在接地电阻较大(﹤4Ω)的站,故障电
流不宜超过150A,因此I R必须控制在100A左右。

四.Z型变压器的容量估算
Z型变压器通常用作对Y/△电力系统二次侧人为制造中性点,其最大特点是零序阻抗小,正序激磁电流小,阻抗较大,单相接地故障发生时,故障电流可以均匀分配到三相绕组中。

对于稳态而言,绕组中流过的电流就是消弧线圈电感电流,其容量等于消弧线圈容量,如果还有第三绕组作为所用变时,还须加上所用变容量,由于单相接地发生后,如果不是瞬间接地,并联电阻投上,时间不超过4秒,因此考虑Z型变压器的容量时,还必须考虑这个短时间过程,为将短时故障电流及其容量换算成持续的额定电流及容量,IEEE-C62.92.3标准做出过载系数的规定,来换算变压器的短时容量为持续容量,换算列表如下:
94A,假定过载10秒,短时容量为570kV A,考虑短时电阻热容量,Z型变压器的容量可以考虑选为稳态容量(消弧线圈容量)与短时热容量之和,即为358kV A。

五.闭锁保护
闭锁保护必须考虑以下原则:
1)并联电阻回路中装设零序过流作为异常主保护,当并联电阻投入出线故
障时,延时数秒后,对接地变提供保护接点。

2)并联电阻通流时间必须避开线路重合闸时间。

并且在故障消失后自动切
断,最迟4秒自动切断。

3)通常可取本段母线电压互感器开口三角的零序电压作为接地启动信号。

六.接地选线
如果为老站改造无跳闸装置,可用小电流选线装置进行选线,选线原理采用有功功率法,接地发生后,延迟60秒,如果是瞬间接地故障,由于消弧线圈的作用,接地故障自动消除,如果60秒后接地仍然存在,控制真空断路器将并联接地电阻投上(不超过1秒),大量的有功电流流过接地点,这时对各条线路的零序电流互感器进行采样,利用DK选线方法，准确对金属性接地、高阻接地等不同接地方式进行选线，迅速选出具体的接地线路，并且能够区分母线接地，如果计算机设定需要跳闸，控制器可以对故障线路进行跳闸处理。

七.接地电阻器特性
1)型号(供参考)
ZR (W) 10 100 10
最大通流时间(S)
初始电流(A)
额定电压(kV)
户外型
中性点接地电阻
2)主要技术参数(供参考)
八.真空断路器特性
1)型号(供参考)
JCZ1-10型快速真空断路器为单相50Hz的真空开关。

九．工作流程图
十．实际运行情况
杭州首次采用本系统运行情况表明，本系统能够保证消弧线圈成套装置安全运行，能够准确对系统电容电流进行补偿，运行效果良好，对于发生的单相接地故障，该消弧线圈自动跟踪选线装置利用DK选线方法，全部正确选出接地线路，深得用户信赖，很好地解决了消弧线圈接地系统的选线问题，有很高的实用价值。