消弧系统引起10kV母线接地故障分析

张宝仓

【摘 要】电气系统中最常见和最危险的故障是各种短路。短路类型包括三相短路、两相短路、接地两相短路和接地单相短路。短路的概率因類型而异，许多统计数据表明，地面单相短路的数量占电力系统短路总数的75%以上。如果10kV母线因电弧抑制系统而发生接地故障，将严重影响变电站和配电网的安全和经济运行。

【关键词】消弧装置;10 kV母线接地;谐振过电压

2016年3月11日，某变电站新增10kv 916断路器后，变电站后台监控系统频繁接地10kv母线信号。信号每次持续约1秒后，系统恢复，监测系统检测到故障信息。916断路器断开后，10kv系统恢复正常运行。检查小电流接地选线装置记录的接地故障信息，发现只有10kv母线接地信息，没有916线接地信息。

一、瞬间暂态特征的接地选线原理

当消弧线圈处于临界补偿状态时，故障线零序接地电流最终降至零。当消弧线圈处于过补偿状态时，故障线零序接地电流补偿后最终变为稳态值，故障线零序接地电流由流向总线变为流向线。从上面的分析，可以看出目前灭弧线圈接地系统单相接地的，最重要的故障特征，断层线的零序电流对线路的零序电流，和断层线的零序电流近似等于线路的零序电流的总和。只要通过不同的方法可靠地获得单相接地力矩的上述故障特征，就可以判断故障线。

二、案例分析

1.现场调查。经检查，10kv母线的接地信号由安装在10kv一段母线电视机柜二次室内的电压监测继电器发出。信号原理图如图1所示。该继电器与10kv第一节母线电视的开式三角形绕组相连接，根据本条例的要求设置为15v。测量发现10kv第一段母线开孔处的三角电压一直波动，最高电压约为35v。判断电压监控继电器动作正确，10kv母线接地信号电路正确。10kv母线的接地信号不是监控系统的误发，而是10kv系统的电压波动。

在调度应用中，10kV消弧控制装置停运后，经过l h观测，10kV母线三相电压和开VI三角电压正常，不再发出10kV母线接地信号。

2.原因分析。变电站10kv系统配备广州智能灯kd-xh消弧控制装置。消弧线圈容量1000 kvar，最大补偿电流165 A。当设备正常运行时，实时跟踪监控测量10kv系统的电容电流。当10kv系统对地电容变化时，即消弧控制装置检测到接地变压器中性点电压波动 有变化，立即测量10kv系统测量完成后，10kv系统对地电容电流将自动显示在设备面板上，为10kv系统接地补偿做好准备。（1）KD-XH消弧控制装置测量系统工作原理。KD-XH型消弧控制装置测量系统如图2所示，消弧线圈高短路阻抗变压器式可控消弧线圈，控制器通过控制两个反并联晶闸管导通角，从而控制消弧线圈电感0到额定阻抗之间的无级变化，从而实现补偿电流从零到额定补偿电流不同。

KD-XH型消弧控制装置根据分销网络系统零序回路图，使用消弧线圈电感变化前后的中性点电流、电压值，计算lO kV系统电容电流。等效零序环图基尔霍夫方程：

（1）

该消弧装置由可控硅导通角控制，改变消弧线圈的电抗值，然后改变灭弧线圈两端的电压Ju。与更改之前和之后两个状态方程，获得五个分别通过中性接地变压器安装在电视和TA的消弧线圈结束测量（见图2），以确保测量的准确性，并考虑影响系统的正常运行，控制在25—75 V之间（值）。

（2）

（3）

消弧控制装置根据式（2）、式（3）在1 S内计算出10 kV系统对地容抗。

（4）

当KD—XH型消弧控制装置检测到接地变压器中性点电压波动时，立即复归装置，然后测量电容电流。装置的工作过程为：发送可控硅导通角 ，使消弧线圈的感抗与滤波回路的容抗相抵消，系统对外电抗为无穷大;测量 ，判断其是否大于25 V，如果不是，则重新发送 ;发送第2个可控硅导通角 （ 的值是 的值减去测量步长设定值）;测量 ，判断其是否大于25 V，如果不是，则再次循环这个步骤;直到 、 ：均大于25 v时，测量结束，根据得到的2个状态方程，计算出10 kV系统电容电流值。零序电压随导通角变化波形如图3所示。

（2）原因分析。①10kv 916断路器运行前，10kv系统的电容电流约为75a。消弧控制装置的电容电流测试时，刚好错过了系统的谐振点，所以监控系统没有发送10kv母线的接地信号。②10kv 916断路器投入运行，消弧控制装置在测量电容电流过程中，通过改变晶闸管导通角，逐步降低消弧线圈电抗值，以获取满足电容电流计算所需的以 、 。如果此时测量得到的 大于75 V，不满足消弧控制装置计算系统容抗的要求，装置会继续减小可控硅导通角，使消弧线圈电抗减小，并逐步偏离系统谐振点，直到测出符合要求的 测试结束，装置自动计算出系统电容电流。③10 kV YJV22—3x300型电缆的额定电流约为2.33 A/km，该变电站10 kV系统电容电流估算值为34.149x2.33=79.57 A，现场实测值为83.2 A，而消弧控制装置显示值为82.5 A，3个数据接近，证明消弧控制装置测试的电容电流值正确。根据以上分析认为，由于KD—XH消弧控制装置的测量步长设置不合理，使改变后的消弧线圈感抗值接近或等于10 kV系统容抗值，引起10 kV系统发生谐振，导致监控系统频发10 kV母线接地信号。

3.现场改进措施。调整装置内部参数设置后，经观察，0.5 h内系统监测电压3玩波动9次，每次装置均能计算出10 kV系统电容电流，未发生10 kv系统3 大幅度波动情况，监控系统也未再发10 kV母线接地告警信号。

KD—XH型消弧控制装置测量步长定值的调整功能设置在装置内部，需要生产厂家技术人员到现场进行修改，由此造成故障消除时间长，且浪费生产厂家人力资源。由于该故障处理方法比较简单，建议生产厂家改进装置程序，将测量步长值的调整功能放人人机操作界面，由继电保护维护人员根据系统运行方式和现场实际情况及时进行修改，从而达到缩短故障消除时间和节约人力资源的目的。

参考文献：

[1]李娜.中性点非有效接地系统单相接地选线技术分析[J].电力系统自动化，2017，28（14）：5-9.

[2]薛倩.消弧线圈接地系统接地故障线路选择方法[J].电力设备，2017，8（11）：10-15.

（作者单位：陕西有色榆林新材料集团有限责任公司）