变电站小电流接地选线系统的改造及应用

徐礼峰（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

变电站小电流接地选线系统的改造及应用

徐礼峰
（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

介绍了冷坑110kV变电站6kV小电流接地选线系统的现状，以及运行时存在的问题，提出了如何有针对性地处理和解决方案，防止系统非故障设备长时间处于电压升高状态，进而引发多相接地短路，通过对小电流接地选线系统进行改造及新型小电流接地选线装置的应用，提高判断接地故障线路的准确率，从而实现线路的安全、可靠、稳定运行。

小电流接地选线；零序电流互感器；接地故障；变比；录波；过程分析；准确

1 引言

小电流接地系统提高供电可靠性具有优越性，一般都采用经消弧线圈接地或经电阻接地及中性点不接地的方式，在我国电网得到广泛应用［1］。主要优点：出现单相接地故障时，可以马上断开发生故障的部分，不需要切断其它用户的供电，大大增加了供电可靠性。电力系统在发生接地故障后虽然能继续运行1～2h，但非故障相对地电压升高，如非故障设备长时间处于电压升高状态，加速电力设备材料的老化，缩短使用寿命，导致设备的绝缘击穿，进而发生相间短路故障。在电力系统经常发生变压器、电压互感器、避雷器等的烧毁，电力电缆和瓷瓶击穿等事故［2］。这就需要正确判断出故障线路，及时发现故障并解决故障，所以小电流接地选线系统对系统的安全、可靠运行具有重要的意义。

2 单相接地故障的主要特征

（1）单相不完全（经高阻或电弧）接地时，故障相电压降低，非故障相电压升高［3］，但大于相电压，小于线电压。零序电压升高，发出接地信号。

（2）单相完全（金属性）接地，故障相电压为零，非故障相电压升高到线电压。零序电压升为100V左右，发出接地信号。

（3）电压互感器高压侧一相断线或保险熔断，此时故障相电压指示不为零，出现比较小的电压指示，非故障相仍为相电压。零序电压升为35V左右，发出接地信号。

（4）母线空载运行时，也可能出现三相电压不平衡，发出接地信号。但当送出馈线后三相电压正常，接地现象自行消失。

3 冷坑变电站6kV小电流接地选线系统的现状

动力厂冷坑110kV变电站于1985年投入使用，是德兴铜矿二期工程的配套供电工程，主要为泗洲厂、精尾综合厂、北区、新区的生产、生活供电，供电量较大，负荷性质重要，必须确保6kV线路的安全稳定运行。变电站6kV母线为单母分段接线方式，两段共有6kV馈线24条，采用经消弧线圈接地的小电流系统，但消弧消谐现已退出运行，相当于中性点不接地系统，对外供电线路比较多，由于多种原因经常造成6kV线路单相接地运行。

改造前，变电站6kVI、II段母线各装有一台ZDX型小电流接地选线装置，选择的准确性不高，经常出现误报或不报现象，如：2013年3月4日，冷坑变电站6kVII段母线接地，三相电压不平衡（两相电压升高，一相降低），值班人员查看小电流选线装置上为冷624线，经矿值班调度命令断开冷624开关后，接地故障仍存在，还是采用传统的无选择性绝缘监视方法拉线法［4］，经试拉多条线路后，最终断开冷644线后接地故障消失，母线电压恢复正常。由于该装置不能对故障线路作出准确判断，通常要通过试拉法查找，需要的时间比较长且查找困难，并影响生产。因此当系统发生单相接地时，为了不影响整个系统安全供电，对小电流接地选线装置改造是非常必要的。

4 选线装置选线不准确的原因

经过原理论证分析造成选线不准确的原因主要有：

（1）传统的ZDX型小电流接地选线装置选线原理单一，本身准确性差。

（2）冷坑变电站经过多次扩容改造，6kV新增线路的零序电流互感器与原有其它线路的零序电流互感器变比不一致，采集的接地线路零序电流可能反比没接地的线路小，造成错选。

（3）电流互感器穿过电力电缆时接地线的接法错误。

（4）6kV系统有多条为多电缆出线，现场有的电缆未穿过零序电流互感器，造成接地选线装置采集的接地线路零序电流很小，以至于出现错选其它没接地的线路现象。

（5）零序电流互感器的极性必须一致，接线必须正确［5］，存在有些线路零序电流互感器的极性可能接错现象。

5 合理选择新型小电流接地选线装置

针对以上选线不准确存在的问题，首先必须对小电流选线装置进行更换，合理选择新型小电流接地选线装置。通过对市场调查、并与厂家技术交流及设备性能比较，最终选用上海蓝瑞电气有限公司的ZXJ-II综合故障诊断及录波装置，该装置可广泛应用于发电厂、变电站及大型厂矿企业的中压电网的小电流接地系统。它应用高端32位600MHz数字信号处理技术，双CPU 的硬件设计，采用基于故障过程分析的辨识方法实现电网的故障辨识及单相接地选线。选线原理是用小波的方式对故障的过程搜索数据，通过对特征量、定义有效域、不同单相接地类型等数据特征进行分析，辨识出接地的类型，具有高的准确性。

该装置主要有如下技术特点：

（1）长周期全程对故障前后各路信号(各相对地电压、零序电压、各支路零序电流)的波形数据进行完整、不遗漏、低失真高精度录波，对故障做出准确判断。

（2）实时监控电网状态，记录电网每一个过渡过程及前后的稳态波形，将故障录波数据分析为一系列的稳态—过渡—稳态过程，对多个过程辨识结果进行统一分析，得出正确结论，实现准确选线。

（3）支持零序电压升高的各类故障的辨识，能够准确辨识包括支路单相接地、单相断线、单相断线接地、铁磁谐振、消弧线圈串联谐振、相间短路等多种故障类型。充分利用故障发生前后的稳态信息和故障发生时的过渡信息，对这些信息进行分层次、分过程的综合分析，对故障类型进行全面的辨识。

（4）后台录波数据分析，可以及时发现信号接错，极性接反的情况。

6 施工方案的确定及具体实施

根据现场实际情况，确定改造施工方案：

（1）利用年检停电期间对所有线路零序电流互感器的变比进行检查。对变比不统一的零序电流互感器进行更换，并接好二次接线，提高小电流接地选线装置动作的准确性。

（2）检查所有线路零序电流互感器穿过电力电缆时接地线的接线是否正确［6］，电缆外皮接地点在零序电流互感器上部时，接地线必须穿过零序电流互感器后，在线路侧接地，同时应注意固定，卡子与电缆钢铠之间必须绝缘，接地线也必须与固定卡子绝缘；电缆外皮接地点在零序电流互感器下部时，接地线不应再穿过零序电流互感器。

（3）几条电缆并联的线路，尺寸允许时可将所有电缆穿入同一零序电流互感器中，或每条电缆安装一只零序电流互感器，二次绕阻并联后接入装置。

（4）ZDX型小电流接地选线装置解除运行，更换为ZXJ-II综合故障诊断及录波装置，将6kV高压室各出线开关柜零序电流及I、II段PT柜三相PT电压、零序电压使用2*2.5屏蔽电缆从相应端子接入综合故障诊断屏，接线时务必保证接线正确，并给装置分别接入220V直流和交流电源。

（5）查看图纸对所有线路零序电流互感器的接线、极性进行检查 ，与电缆母线端同极性的端子接（+），异极性的端子接（-），保证极性接线完全正确。

（6）考虑值班人员能更快捷判断线路接地故障，在技术上加以论证后，将ZXJ-II综合故障诊断及录波装置安装在主控室方便监控，并通过通讯电缆接至后台监控系统，完成后配合厂家做好系统调试，试验无误后投入使用。

7 改造后装置应用效果分析

（1）友好的人机界面。装置采用8.4寸彩色液晶显示屏，人机交互界面，操作简捷，使用方便；运行界面结构清晰，系统运行参数、接地信息、波形、诊断结果等一目了然。

（2）具有通信功能。根据需要可提供RS232、 RS422、RS485及以太网通信接口；支持多种通讯规约，能够配合各种RTU和主站系统及上级监控系统；将故障发生的时刻、持续时间、故障支路编号、故障类型等传送到后台监控系统，并有报警功能，以便值班人员及时发现故障。

（3）高精度、高准确率、高可靠性。采用16位高速A/D转换芯片，数据采集速度快、精度高；装置电流输入精度可达0.1%，保证接地电流很小时（高阻接地）能准确选线，原来的小电流选线设备的准确性相对较低，不能够有效准确地辨识复合故障。综合故障诊断及录波装置则有效地解决了这些问题，实际应用过程中选线情况良好，接地故障的辨识正确率100%。2015年元月6日冷627线和2015年元月8日冷626线等多次线路发生接地故障时都作出了准确判断，为运行人员果断判断提供一个可靠的科学依据。装置人机界面和检测诊断逻辑分属上下位机，互相监测，互不影响；采用欧式标准插框结构，强弱电隔离、硬件看门狗、光电隔离和无触点设计，确保系统安全可靠。

8 结束语

通过对小电流接地选线系统的改造，并进行了针对性的处理，解决了原先小电流接地选线装置运行时存在选线不准的问题，尽快查找出故障线路，将故障线路切除，使维修人员能及时排除线路故障，缩短恢复送电时间，大大提高了工作效率，避免事故的发生，确保变电站线路供电可靠性。

［1］郭清滔, 吴田. 小电流接地系统故障选线方法综述[J]. 电力系统保护与控制, 2010(2):146-152.

［2］要焕年. 城市电网中性点接地方式[J]. 电网技术, 1991(3):94-97+104.

［3］张慧芬. 配电网单相接地故障检测技术研究[D]. 济南:山东大学, 2006-04-16.

［4］贺家李, 宋从矩. 电力系统继电保护原理(第三版)[M]. 北京:水利电力出版社, 1996:63-64.

［5］吴清, 许云峰. 小电流接地选线装置选线准确率低的原因分析及提高选线正确率的方法[J]. 电力设备, 2007(11):11-13.

［6］解伟. 提高小电流选线装置动作准确率的管理措施[J]. 安徽电力, 2010(3):72-74.

Improvement and Application on Substation of Line Selection for Small Current Grounding System

XU Li-feng
（Dexing Copper Mine, Jiangxi Copper Corporation, Dexing 334224, Jiangxi, China）

The current situation of 110kV substation 6kV line selection for small current grounding system cooling pit is introduced. For the problems existed when operating, the handing methods and solve scheme are put forward, to prevent the system non fault equipment in increasing voltage state for a long time, causing multiphase grounding short circuit. Based on the improvement of line selection for small current grounding system and the application on new model small current grounding line selection device, the accuracy of judging earth fault line is improved, and the safe, reliable and stable operation is realized for the line.

small current grounding line selection；zero sequence current transformer；grounding fault；ratio；recorder；process analysis；accurate

TM63

B

1009-3842（2015）03-0078-03

2015-01-07

徐礼峰（1979-），男，江西广丰人，本科，主要从事电气技术管理工作。E-mail: 27873606@qq.com