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新聞主題 |
柴油發(fā)電機的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統 |
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(xiàn)路構成的系統和所有35（66）kV電網(wǎng)，當單相接地故障電流大于10A時(shí)，以及3～10kV電纜線(xiàn)路構成的系統，當單相接地故障電流大于30A時(shí)，應采用消弧線(xiàn)圈接地（諧振接地）方式。消弧線(xiàn)圈自動(dòng)調諧裝置的發(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)調諧裝置和可靠的自動(dòng)接地選線(xiàn)裝置，并且電纜線(xiàn)路等的絕緣水平能適應，電纜網(wǎng)絡(luò )也應該優(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)，不影響對負荷的供電，一般情況下，允許繼續運行1～2h。但電網(wǎng)帶接地點(diǎn)長(cháng)期運行，接地電弧以及在非故障相產(chǎn)生的過(guò)電壓，可能會(huì )燒壞電氣設備或造成絕緣薄弱點(diǎn)擊穿，引起短路，導致跳閘停電。因此，非有效接地電網(wǎng)應裝設反應單相接地的保護裝置，其功能是選擇出接地故障線(xiàn)路并發(fā)出指示信號。為了與用于直接跳閘的保護相區別，一般將其稱(chēng)為小電流接地選線(xiàn)。根據繼電保護的基本定義，小電流接地選線(xiàn)實(shí)際也是保護的一種形式。在發(fā)生小電流接地故障后，選出故障線(xiàn)路并動(dòng)作于信號，以便運行人員及時(shí)采取措施消除故障。
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中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地電路圖 |
一、不接地系統單相接地故障時(shí)的選線(xiàn)
由電力系統繼電保護原理課程可知，中性點(diǎn)不接地系統，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(xiàn)電壓互感器開(kāi)口三角形出現3U。電壓。
（2）非故障線(xiàn)路電容電流就是該線(xiàn)路的零序電流。
（3）故障線(xiàn)路首端的零序電流數值上等于系統非故障線(xiàn)路全部電容電流的總和，其方向為線(xiàn)路指向母線(xiàn)。與非故障線(xiàn)路中零序電流的方向相反，該電流由線(xiàn)路首端的電流互感器反應到二次側，這就是中性點(diǎn)不接地系統基波零序電流方向自動(dòng)接地選線(xiàn)裝置所用的工作原理。
二、經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統單相接地故障時(shí)的選線(xiàn)
中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)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)恢復電壓的上升速度。
在過(guò)補償的條件下經(jīng)消弧線(xiàn)圈電感電流補償后，接地電流與未經(jīng)補償時(shí)的接地電流比較明顯小了許多，故障線(xiàn)路的零序電流和故障線(xiàn)路的零序電流方向完全相同，而數值大小也無(wú)明顯差異。所以在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的電網(wǎng)中，就不能利用基波零序電流的數值大小和方向來(lái)作自動(dòng)接地選線(xiàn)的依據。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)現接地選線(xiàn)的原理
在電力系統中，由于發(fā)電機的電動(dòng)勢中存在著(zhù)高次諧波，某些負荷的非線(xiàn)性也會(huì )引起高次諧波，所以系統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值最大。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的系統中，在單相接地時(shí)消孤線(xiàn)圈的電感電流補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(lái)說(shuō)，情況就大不相同了。
中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的系統發(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(xiàn)圈中流過(guò)感性的零序五次諧波電流，非故障線(xiàn)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(xiàn)路的故障相接地電流。對于五次諧波來(lái)說(shuō)，由于消弧線(xiàn)圈的電抗（5ωL）增大五倍，通過(guò)消弧線(xiàn)圈的電感電流減小五倍；而線(xiàn)路容抗（1/5ωC）減小五倍，電容電流增加五倍。所以消弧線(xiàn)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(lái)說(shuō)是非常小的，可以認為對于五次諧波而言，相當于中性點(diǎn)不接地系統，并不起補償作用。所以有如下結論：
（1）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線(xiàn)路首端的五次諧波零地方式的應用，因為它能夠自動(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值上等于系統非故障線(xiàn)路五次諧波電容電流的總和。
（2）故障線(xiàn)路首端的五次諧波零序電流其方向與非故障線(xiàn)路中五次諧波零序電流方向相反。
以上結論與中性點(diǎn)不接地系統中基波零序電流的規律完全相同。因此，當發(fā)生單相接地時(shí)，故障線(xiàn)路的首端五次諧波零序電流方向從線(xiàn)路指向母線(xiàn)，落后于五次諧波零序電壓90°；非故障線(xiàn)路首端的零序電流為本線(xiàn)路五次諧波零序電容電流，方向從母線(xiàn)流向線(xiàn)路，超前于五次諧波零序電壓90°。該結論就是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統的單相接地選線(xiàn)的判別依據，即五次諧波判別法。
四、有功分量判別法接地選線(xiàn)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)，即當系統的引出線(xiàn)較少、長(cháng)度較短時(shí)，單相接地故障線(xiàn)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確率并不是很高。當消弧線(xiàn)圈采用自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈并經(jīng)阻尼電阻接地時(shí)，系統單相接地選線(xiàn)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：?jiǎn)蜗嘟拥貢r(shí)，故障線(xiàn)路通過(guò)接地點(diǎn)與消弧線(xiàn)圈和阻尼電阻構成串聯(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(xiàn)圈的電感電流對接地電容電流補償中是不會(huì )被補償消失的，因此該有功分量電流將全部流回故障線(xiàn)路的首端，被零序電流互感器測量出來(lái)。而非故障線(xiàn)路沒(méi)有與消弧線(xiàn)圈阻尼電阻構成回路，必然沒(méi)有流過(guò)消弧線(xiàn)圈的有功電流分量，只有本線(xiàn)路的零序電容電流，其中包含的有功電流為線(xiàn)路對地泄漏電流，數值很小。因此可以測量各線(xiàn)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(xiàn)路。
有功分量判別法是接地選線(xiàn)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(xiàn)圈裝置配套使用。其理論與實(shí)際驗證，都證明了其選線(xiàn)準確率很高。
新一代微機接地選線(xiàn)裝置可適用于小電流接地系統中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈（老式消弧線(xiàn)圈，手動(dòng)調節）直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈和阻尼電阻接地三種情況。這三種接地選線(xiàn)的方式，由微機接地選線(xiàn)裝置的控制字決定。當選擇控制字為0（00）時(shí)，選線(xiàn)方式定義為中性點(diǎn)不接地系統，程序按基波零序電流方向原理工作；當選擇控制字為1（01）時(shí)，其補償方式定義為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈直接接地，軟件按五次諧波判別法原理工作；當選擇控制字為2（10）時(shí)，其補償方式定義為中性點(diǎn)經(jīng)自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈及阻尼電阻接地，軟件按有功分量判別法原理工作。
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發(fā)電機房接地裝置布置圖 |
五、自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈裝置
由于消弧線(xiàn)圈的電感電流可以抵消接地點(diǎn)流過(guò)的電容電流，當調節很好時(shí)，電弧大多能自滅。因為接地電流得到補償，單相接地并不會(huì )發(fā)展為相間故障，所以中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)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(xiàn)圈也存在如下缺點(diǎn)。
1、舊式消弧線(xiàn)圈缺點(diǎn)
（1）調整不能及時(shí)進(jìn)行
我國電網(wǎng)中目前普遍使用的都是手動(dòng)調匝消弧線(xiàn)圈，在需要調分接頭時(shí)，必須使消弧線(xiàn)圈退出運行，即不能在線(xiàn)調消弧線(xiàn)圈。因其調節不便，在實(shí)際使用中很少根據電網(wǎng)電容電流的變動(dòng)及時(shí)地調整分接頭位置。還因為沒(méi)有在線(xiàn)的實(shí)時(shí)測量系統電容電流的設備，運行人員無(wú)法判斷出是否需進(jìn)行調節及調節到哪個(gè)擋位。因而實(shí)際上雖裝有消弧線(xiàn)圈，在電力網(wǎng)絡(luò )運行方式發(fā)生變化時(shí)，卻不能很好地補償電容電流，仍然有弧光不自滅及過(guò)電壓等問(wèn)題出現。
（2）單相接地選線(xiàn)不準確
當系統發(fā)生單相接地時(shí)，由于接地點(diǎn)殘流很?。ń拥攸c(diǎn)殘流就是經(jīng)消弧線(xiàn)圈補償后還剩有的高次諧波和有功分量電流），當消弧線(xiàn)圈處于過(guò)補償狀態(tài)時(shí)，故障線(xiàn)路與非故障線(xiàn)路的基波零序電流無(wú)論在數值和方向上均無(wú)法區分。近年來(lái)多采用零序電流的五次諧波方向來(lái)判別接地線(xiàn)路，但是在實(shí)際使用中，因五次諧波含量較?。?le;5％），且經(jīng)常處于變化之中，而TV和TA是按基波設計的，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。據有關(guān)資料統計，五次諧波法判接地準確率大約只有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(xiàn)圈原理介紹
自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈采用微機自動(dòng)跟蹤控制器，在線(xiàn)測量計算系統電容電流等有關(guān)參數，根據補償度等定值自動(dòng)調整消弧線(xiàn)圈分接頭，使消弧線(xiàn)圈有載分接頭調在最佳位置。自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈裝置按改變電感方法的不同分為如下四種類(lèi)型：有載開(kāi)關(guān)調匝式（電感有級可調）、可調氣隙式（無(wú)級調電感）、直流偏磁式（無(wú)級調電壓）、晶閘管調電感式（電感有級可調）。
可調氣隙式是靠移動(dòng)插入線(xiàn)圈內部可動(dòng)鐵芯來(lái)改變磁導率從而改變線(xiàn)圈電感的，由于這種鐵芯是可連續移動(dòng)，因此電感連續可調。但它響應時(shí)間長(cháng)，最長(cháng)可達數十秒且噪聲大。直流偏磁式是通過(guò)加入直流電流改變線(xiàn)圈鐵芯的磁通工作點(diǎn)，達到調電感的目的。晶閘管調電感式是利用四組晶閘管不同導通方式將4個(gè)電容按15種組合方式投入中性點(diǎn)變壓器的二次側來(lái)改變一次側的阻抗，從而達到改變消弧線(xiàn)圈電感的目的。
直流偏磁式和晶閘管調感式由于是全電子式，調感方便，較容易實(shí)現全狀態(tài)調感。全狀態(tài)調感是指在正常運行狀態(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)調感。有載開(kāi)關(guān)調分接頭和調氣隙式消弧線(xiàn)圈因為機械調感速度較慢，不能實(shí)現全狀態(tài)自動(dòng)調感。
我國電網(wǎng)中的消弧線(xiàn)圈都是分接頭調匝式消弧線(xiàn)圈，國外大部分也是采用此類(lèi)方式調感。雖然此類(lèi)機械式調感速度較慢，但將無(wú)載開(kāi)關(guān)換為有載開(kāi)關(guān)并采用非預調式，即測量時(shí)不進(jìn)行調擋操作，從而較大地減小了測量周期，使有載分接頭調感自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈裝置進(jìn)入了實(shí)用階段。
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中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地裝置 |
3、自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈裝置介紹
自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈裝置由Z型接地變壓器、自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈、阻尼電阻箱、微機測量跟蹤控制器、微機選線(xiàn)保護裝置五部分構成。
（1）Z型接地變壓器。
在主變壓器為Δ接線(xiàn)或Y形但無(wú)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(xiàn)圈。因此系統已有中性點(diǎn)引出時(shí)可不用Z型接地變壓器。所謂Z型接線(xiàn)就是曲折接線(xiàn)，普通變壓器的零序磁通在磁柱內不能流通，只能通過(guò)漏磁通沿著(zhù)變壓器的殼體構成磁通的通路。所以零序電流可以順利地通過(guò)Z型接地變壓器，從中性點(diǎn)輸出至消弧線(xiàn)圈。
一般在系統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(xiàn)測量系統對地電容電流。但是當系統不平衡電壓較小時(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(mǎn)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(xiàn)圈外，也可帶二次負載，即替代站用變壓器，但要注意在帶二次負荷時(shí)，接地變壓器的容量應為消弧線(xiàn)圈容量與二次負荷容量之和。
（2）自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈。
采用自動(dòng)調匝式可調消弧線(xiàn)圈，將繞組按不同的匝數抽出9～15擋的分接頭，用有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行自動(dòng)切換，改變接入的匝數，從而改變電感量。這種自動(dòng)調匝式消弧線(xiàn)圈簡(jiǎn)單、可靠，目前應用較多。其他幾種方式有的還在試驗研制階段。為了減少殘流增加分接頭數（根據容量不同，有9～15擋的調匝量），使每擋分接頭改變電感量值較小，從而使調整后電感量盡量達到最佳位置，殘流降到最小值。
（3）阻尼電阻箱。
自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈有三種運行方式：過(guò)補償、欠補償、全補償。當運行在全補償時(shí)，由于補償的電感電流接近等于系統電容電流，接近諧振點(diǎn)運行，因此殘流較小。為防止發(fā)生諧振過(guò)電壓，在消孤線(xiàn)圈接地回路中串接阻尼電阻箱。這樣，即使在長(cháng)期運行中處于全補狀態(tài)，但因電阻的阻尼作用，中性點(diǎn)電壓也不會(huì )超過(guò)中性點(diǎn)長(cháng)期運行最高允許電壓（我國規程中規定為相電壓的15％）。
在發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線(xiàn)圈、阻尼電阻與故障線(xiàn)路通過(guò)故障點(diǎn)構成回路。由于尼電阻的存在，在該通路中形成有功電流分量，通過(guò)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值較大，因此單相接地時(shí)中性點(diǎn)電壓將超過(guò)允許值。為了防止中性點(diǎn)過(guò)電壓，在阻尼電阻的兩端并聯(lián)有兩副接觸器觸點(diǎn)，在正常運行時(shí)，這兩副觸點(diǎn)斷開(kāi)，即使處于全補狀態(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。因此該系統可以運行于過(guò)補償、欠補償、全補償三種方式。
為了與接地選線(xiàn)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(xiàn)裝置在0.5s內采樣有功電流分量，經(jīng)采樣計算比較選出網(wǎng)絡(luò )中有功電流分量最大者即為接地線(xiàn)路。
與接地選線(xiàn)裝置配合自動(dòng)調匝跟蹤式裝置中，阻尼電阻的作用有兩個(gè)：
① 限制全補償狀態(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(xiàn)路中產(chǎn)生較大的有功電流分量，供接地選線(xiàn)裝置采樣選線(xiàn)。
（4）微機測量控制器。
微機測量控制器和接地選線(xiàn)裝置可安裝于控制屏里，控制屏與自動(dòng)跟蹤消弧線(xiàn)圈、阻尼電阻箱及母線(xiàn)、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測量控制器的作用是：
① 通過(guò)單片微機測量UAB、U值，經(jīng)計算獲得系統總的電容電流；
② 根據補償度的整定值要求，控制調整消弧線(xiàn)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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