10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器整定探讨

2017-01-12熊丽辉国网安徽省电力公司马鞍山供电公司

低碳世界 2016年35期

熊丽辉（国网安徽省电力公司马鞍山供电公司）

熊丽辉（国网安徽省电力公司马鞍山供电公司）

在本文就10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器整定展开的研究中，笔者提出了一套适合10kV中性点经小电阻接地系统电网的故障指示器整定原则，并对这一原则进行了测试验证，希望这一论述内容能够在一定程度上推动我国电力事业的相关发展。【关键词】故障指示器；小电阻接地系统；架空线路

前言

在我国电力系统中，架空线路故障指示器通过采样线路电流与电压对故障进行判断，这就使得架空线路故障指示器直接关系着我国电力系统的安全与稳定。在我国电力系统发展初期，架空线路故障指示器存在着普遍动作精度不高的问题，但随着我国经济与科学技术的不断发展，更高科技水平的架空线路故障指示器早已应用于我国电力系统中，而对于这一架空线路故障指示器来说，想要较好的发挥自身职能，就必须保证其自身整定的较好实现，而这也正是本文就10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器整定展开研究的原因所在。

1 10kV中性点经小电阻接地系统电网特点

为了较好的完成本文就10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器整定展开的研究，我们首先就需要深入了解10kV中性点经小电阻接地系统电网的特点，而据笔者调查得知，我国当下很多城市的10kV中性点经小电阻接地系统一般会通过10kV中性点完成接地，而接地过程中也往往需要应用5.7Ω电阻[1]。

在了解了这一电网的接地特点后，我们还需要对电网系统内10kV架空线路较为容易出现的短路故障、接地故障和断线故障的特征进行描述。对于这类故障来说，单相接地故障短路与两相接地故障短路是这一电网中最常见的故障形式，短路电流保持在800～1200A区间代表的是单相接地故障短路，而3000～6500A区间则代表两相接地故障短路，此外两相接地故障短路还会出现故障相电压下降50%的特征，这点同样需要我们予以高度重视；在这一电网中，系统重合闸或正常合闸时冲击电流较大也是较为常见的故障形式，这一冲击电流很多时候会达到1600A，并对电力系统造成一定破坏。之所以会出现这类故障，主要是由于我国当下10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器整定还存在着不能采集零流、不能设置两阶段及以上的整定等局限所致，而为了解决这一问题，笔者将在下文中对相关整定的原则进行详细论述[2]。

2 故障指示器的整定设置

为了最大程度上避免电力系统中各类故障的发生，较好的完成10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器整定，笔者选取了阶梯型整定制定了这一架空线路故障指示器整定原则，图1对这一原则进行了较为全面的表示。结合图1我们能够发现，这一阶梯型整定原则在设计的过程中考虑了一定裕度，并设置了动作门槛是最大负荷电流的2倍，这就使得动作电流能够随采样负荷电流的变化而进行阶梯型调整[3]。

对于10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路来说，笔者在上文中提到了其主要面临着短路、接地以及断线相关的故障侵扰，而结合这三类故障的特点我们能够发现，这类故障总体上可以归类为永久、半永久、瞬时故障三类，由于瞬时故障是指断路器没动作前就已消除的故障，为此本文就10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器整定展开的研究将主要针对于永久故障和半永久故障[4]。

图1 固定阶梯型整定原则

2.1 永久故障的整定

在对10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器的永久故障整定中，想要断定永久故障，我们需要结合上文中提到的固定阶梯型整定原则，达到阶梯型整定动作门槛的故障电流就是这一故障断定的最好判据。在对这一永久故障的具体整定中，图2为这一永久故障的整定逻辑图。

图2 永久故障整定逻辑图

2.2 半永久故障的整定

在对10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器的半永久故障整定中，我们同样需要对这一故障进行判断，而想要判断半永久故障，我们还是需要结合上文中提到的固定阶梯型整定原则，满足永久故障的条件、重合闸重合成功、检测到正常电压、正常电压持续180s是这一故障断定的最好判据。在对这一半永久故障的整定中，图3为这一半永久故障的整定逻辑图[5]。

图3 半永久故障的整定逻辑图

2.3 冲击负荷制动整定

除了永久故障的整定与半永久故障的整定，我们还有必要对冲击负荷制动整定进行研究，这一整定主要针对装有重合闸的架空线路发生故障时，故障点下侧的故障指示器在重合闸合闸电流的冲击下可能会误动的问题，而在对这一故障的整定中，笔者设计了如图4所示的冲击负荷制动整定逻辑图，结合这一逻辑图我们能够发现，在对这一故障的解决中，笔者对指示器进行了闭锁，并待电压正常后将闭锁状态解除，而在这一机制中，指示器闭锁与闭锁解除的判据条件就是重中之重，这里笔者将这一条件设置为：“检测到电流消失；未检测到电流突变；检测到电压消失；电流、电压消失持续一段时间”。而指示器闭锁解除的判据条件为：“检测到正常电压；正常电压持续一段时间；最小闭锁时间达到”[6]。

图4 冲击负荷制动整定逻辑图

3 RTDS仿真

为了验证笔者上文论述10kV中性点经小电阻接地系统电网的故障指示器整定原则的可行性，我们还需要结合上文内容开展RTDS仿真，图5为这一仿真实验的模型。在这一仿真实验中，我们需要实验仿真小电阻接地系统中的一条10kV架空线路等值参数与实际系统保持一致，在这一实验中笔者通过这一模型模拟了各类故障的电流电压波形，并利用RTDS将这一故障电流电压波形放大输出至故障指示器，这样我们就能够对故障指示器进行观察，以此判断其是否能够完成自身工作。为了保证这一实验的准确性，笔者选择了能够较好满足本文论述要求的某型号故障指示器，并对故障发生时重合闸成功和失败情况下的故障指示器动作进行了记录，而通过仿真结果，验证了笔者在上文提到整定策略的有效性。

图5 RTDS仿真模型

为了对非金属型单相接地故障时故障指示器整定原则的可行性进行验证，图6反映了这一模型的三相电流、电压情况，结合该图我们能够清楚发现A相电流为500A，故障持续时间40ms，电源侧断路器动作，700ms后再重合，重合不成功。当时间轴为0.4s时，通过这一模型模拟A相接地，而40ms后的A相电压为0且持续时间超过100ms，我们就可以断定永久故障整定的判据条件达到，永久故障实现触发。

4 结论

对于10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器来说，其本身能否正确动作受到很多方面的制约，采样精度、本体防护等级、故障特征、天气环境情况等因素，都有可能影响架空线路故障指示器的正确动作，不过对于架空线路故障指示器正确动作影响最大的，还要属整定原则。在本文就10kV中性点经小电阻接地系统电网的架空线路故障指示器整定展开的研究中，笔者详细论述了10kV中性点经小电阻接地系统电网特点、故障指示器的整定设置以及RTDS仿真，而结合这一系列论述，笔者较好的验证了自身提出整定原则的正确性。据笔者调查得知，我国当下架空线路故障指示器本身在整定设置方面还存在着一些缺陷，而为了解决缺陷我国相关部门必须加大对这一领域研究的投入力度，这样才能够较好的推动我国电力事业的进一步发展。