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曾啟斌
（广西苍梧县水利电业有限公司,广西 苍梧 543100）
摘 要：小电流供电网络系统有两种类型,分为中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统,文章主要介绍了小电流供电网络的优势以及存在的一些隐患,还探讨了小电流供电网络系统的接地保护,并对这几种不同的接地保护方式的经济性进行了相对比较分析.
关键词：小电流接地系统；单相接地；经消弧线圈接地；接地保护；反应谐波；稳态分量法
中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2010）13-0114-02
目前,电力系统的运行方式有两大类型,一种为中性点直接接地的大电流接地系统,另一种为中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统.文章中主要讨论的就是不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统,及小电流供电网络系统.在我国,绝大多数6～35kV中压配电网都采用这种供电系 统.但是在单相接地以后,其他两相的电压要升高倍,为了防止故障进一步扩论文范文两点或多点接地短路,就应及时发出信号,由于小接地系统发生接地与电压互感器保险熔断时现象相似,容易使变电运行人员误分析判断成系统异常原因.
一、小电流供电网络系统相对于大电流供电系统的优势
在传统的供电网络中,有大电流供电网络系统和小电流供电网络系统,他们的适用范围不相同,但是在供电网络中还具有其可比性,小电流供电网络系统与大电流供电网络系统相比,有如下特点：
1．大电流供电网络系统在发生单相接地时,无论是暂时性的故障还是永久性的故障均须把故障线路给断掉,然后还可以用自动重合闸对其进行适当的补偿,而小电流供电网络系统在发生单相接地时,却可以在两小时之内带故障进行正常的工作,不必立即对故障线路进行断掉.在仍然可以工作的这段时间里,工人可以进行故障定位并采取必要的措施.因此供电可靠性仍比大电流供电网络系统高.
2．当大电流供电网络系统发生接地故障的时侯,邻近的通讯线路受接地电流的干扰太大,受干扰而产生的感应电压可能危及工人安全并且容易引起信号装置的误动作,因此通讯线路与电力传输线之间必须存在一定的安全距离.而小电流供电网络系统则没有此类问题.
3．大电流供电网络系统在发生单相接地时,有时会导致系统电压急剧降低,从而使系统的稳定遭到破坏,而小电流供电网络系统则没有此类问题产生.
我们可以从以上的对比分析中看出,小电流供电网络系统主要优点是没有通讯干扰问题、供电可靠性及安全性高,对线路传输设备的绝缘水平要求也比较高；而大电流供电网络系统则刚好相反.在我国实际投入使用的电力系统中,110kV以上电网通常情况下式采取中性点直接接地运行方式,而6kV～35kV小型低压电网都是采取小电流供电网络接地的方式.
二、小电流供电网络系统存在的隐患
由以上的小电流接地系统的优点可知,小电流接地系统具有长时间带单相接地点的运行特性,表现了对用户不间断供电的良好一面,但由于存有许多不足之处,为系统的安全运行留下了诸多隐患.
1．系统熄灭接地电弧能力低,主要原因是受消弧线圈全补偿谐振过电压的限制,接地点仍有残流,并接地电弧依然存在,只不过较补偿前减弱了.这种接地电弧能力越低,小电流接地系统的安全保护作用也就越小,对操作人员的影响也就越大.
接地电流计算:处理小电流接地系统母线单相接地现象
2．如果接地是由于人自感电造成的,因系统不间断对接地点供电,使感电人员不能脱离电源,并在系统对地电容电流的长期作用下,会引发人身伤亡事故.
3.如果接地是间歇性的,又会引起系统过电压,烧毁电气设备的事故.
4．如果设备内部发生接地时,在接地电弧的作用下会发生严重损坏,甚至影响健全相设备安全运行.特别是GIS组合电器内部发生接地时,如果发现不及时电弧在内部长时间燃烧,箱体会产生很大压力,其后果是非常可怕的.
由上面的隐患可以看出,小电流接地的隐患尽管不影响电网的正常运行,但由此引起的过电压会危害电网绝缘,可能导致短路故障,使事故扩大,并且很可能造成较大的安全事故.因此,需要尽快选出故障线路,以便运行人员及时采取措施加以处理.
三、小电流供电网络系统的接地保护方法
由我国电力部门的实际数据可以看出：单相接地短路是小电流供电网络系统中最容易出现的故障.在大型企业电网中,电力系统故障一旦发生,就必须快速可靠地找出故障回路,并同时将备用线路供电系统启动,以此来保证企业生产不受大的影响.根据小电流供电网络系统保护的选线原理,按采用的信号可将小电流供电网络系统的接地保护方法分为利用接地故障电流的反应谐波分量的接地保护法、小电流接地保护稳态分量法、以及其他的接地保护等方法.
(一)反应谐波分量的接地保护
根据我国目前供电网络应用中,一般的电网通常采用分析三次谐波分量的方式进行有选择性的接地保护；而在小电流接地系统的网络中,在发生故障时系统零序电流因为系统的补偿作用而变小,对于这类电网我们采用一种可靠性和先进性更好的方式即五次谐波分量的方式对电力系统进行有选择性的保护.
五次谐波电流的行为与系统有无消弧线圈关系不大,但有消弧线圈的系统可用五次谐波零序电流超前或落后对应的电压来判断该线路是否发生接地故障.
研究表明,单相接地短路故障在小电流接地系统中发生时,由于电力系统的电源电动势中产生了高次谐波分量以及电力系统供电负荷的非线性等因素,从而使接地故障短路电流中存在着许多的的反应谐波分量.其中,谐波分量幅值最大的便是五次谐波分量.但是通常情况下五次谐波的检测具有一定性的难度,因此在过去均是采用三次谐波分量的接地保护.
因此,谐波分量接地保护具有下述特点：首先5次谐波电压的故障暂态分量反应了接地故障的突变程度,接地故障发生后机端和中性点5次谐波电压增量近似相同,判据左侧动作量大于右侧制动量,判据灵敏动作；其次正常时机端和中性点5次谐波电压相位差大于90°,当发电机运行方式变化或其他原因引起机端和中性点5次谐波电压发生变化,即使有较大的缓变,判据左侧动作量总是小于右侧制动量,判据不会动作,进一步分析,故障前后判据的动作量和制动量变化方向相反,能够自适应发电机运行工况的变化,鲁棒性很强,整定十分简单.
(二)小电流接地保护稳态分量法
根据我国电力系统的相关规定,小电流供电网络的稳态分量法主要包括：零序功零序功率方向保护法、零序电流保护方法、零序电流有功分量方向法.
零序功零序功率方向保护方法主要是利用零序电压互感器及零序电流互感器一起工作,从而检测出零序电压及零序电流.这种方法也是利用了接地短路故障线路产生的零序电流滞后于零序电压90°的特点来对电力系统采取有选择性的保护,在我国的电力系统中采用这一原理的装得到了广泛的运用,并且使用效果也很好,但对大电流供电网络系统使用效果不是很理想.
而零序电流保护是利用接地短路故障线路的始端零序电流比较大的特性,针对这一特性对供电系统进行有选择性地故障保护方法.这种保护方法在出线较多的电网中使用比较广泛.这种电网在没有接地短路故障的线路始端零序电流比有接地短路故障线路始端零序电流要小很多,因此电力故障很容易排除出来,同时对于结构非常复杂、出线很多的电网,使用其它非选择性绝缘监视装置来对故障线路进行排查,这种方式的代价很高并且实现起来也十分的困难.并且这种保护系统十分简单,针对那些供电线路组数很少,供电线路长短差异较大情况下都很难满足要求,特别是在出现供电线路缺相运行的情况下,很容易出现出错现象.
零序电流有功分量方向保护方法主要是利用在接地短路故障线路中产生的零序电流,这种零序电流划分为有功电流及非故障线路零序电流之和,其中零序电压相位比有功电流要滞后180°和比非故障线路零序电流之和要超前90°.但是因为有功电流只是经过故障线路,与非故障线路无关,所以只要仅仅将零序电压作为故障线路中的参考矢量,将有功电流取出,就可以很轻易的实现选择性保护.而对于将有功分量取出的这种方法,可采用软件或硬件的方法即可方便实现.
(三)其他接地保护方式
随着人们对电力系统的进一步研究,也有一些人提出了零序电压互感器开口注入信号法、零序能量函数法等新的技术方法,这些方法对于提高小电流供电网络系统接地保护技术的提高很有益处的.
(四)小电流接地系统线路接地保护方法的经济性比较
文章中主要介绍了稳态分量法和反应谐波分量的接地保护方法,不同的方法所适应的范围也有所差别,因此经济性上也会有差别.至于其他的接地保护方式,由于有些采用的是一些新技术以及没有大量投入使用的,因此文章在此不作比较.
小电流接地保护稳态分量法在出线很多的电网类型中广泛使用.因为这类电网在没有发生故障线路时始端零序电流比已经发生故障线路始端零序电流要小,因此线路故障定位很容易；同时对于结构相对复杂和出线很多的电网类型,使用其它非选择性绝缘监视装置来查找接地故障线路,所花费的代价较高并且查找起来相对比较困难.因此相对于其他的非选择性绝缘监视装置来说,这种小电流接地保护稳态分量法经济性较好,而非选择性绝缘监视装置的保护方法一般用在有条件安装零序电流互感器的线路上,主要是通过计算机监控系统对电网支线的零序电流进行采样分析,从而自动实现单相接地短路故障的定位.
反应谐波分量的接地保护措施根据上述特点,具有灵敏度高,不受发电机运行工况的影响,鲁棒性强,接地保护的可靠性也更好,但是谐波分量的方法是进行的有选择性的保护,主要是保护传输网络的重要部分.
四、结语
文章论述了小电流接地系统的优缺点,阐述了单相接地故障的特点,分别分析了中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统发生单相接地时的特征.详细分类讨论了目前现有的各种接地保护的方法,提出应该尽可能多的发掘和利用单相接地故障引起的尽可能多的电气特征将之有机综合,阐述了小电流供电网络的发展趋势.
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作者简介：曾啟斌（1964-）,男,广西苍梧人,广西苍梧县水利电业有限公司工程师,研究方向：县级配电网络管理.
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