主动干预保安消弧装置故障选线及消除方法

2021-10-30国网舟山供电公司杨海波李士国

电力设备管理 2021年9期

国网舟山供电公司杨海波姜鹏李士国王维

随着电网电缆化率的提高，系统电容电流和谐波电流不断增大，发生单相接地故障时消弧线圈往往不能有效熄灭电弧，可能导致事故扩大，引发火灾和人身伤害等灾难性后果。另外小电流接地系统在发生单相接地故障时产生的故障信号小且接地故障点状态复杂，故障选线准确率低和故障定位困难，难以利用现有配网自动化系统实现单相接故障地区域的自动快速隔离和恢复供电。

针对3～35kV 小电流接地配电系统存在的这些问题，主动干预保安消弧装置综合使用了多种单相接地故障处理技术，实现了对多种复杂单相接地故障的智能化处理，可自动快速清除临时性单相接地故障，使系统恢复正常；在配网系统发生永久性单相接地故障时，可将复杂且不稳定的单相接地故障状态安全、平稳地转换成无电弧金属性单相接地方式继续安全供电一段时间，将突发性停电事故转换成用户可预期的停电。由于能准确完成单相接地故障选线和定位并将故障相电位固定在地电位上，对一些易处理的故障甚至可不停电完成修复，这样就可充分发挥出小电流接地配电系统供电可靠性高的优越性。即便是希望对永久性单相接地故障实现快速跳闸、隔离故障支路，主动干预保安消弧装置也能提供足够启动配网自动化的零序电流信号，与处理短路事故一样来实现故障区域的隔离和恢复供电[1]。

1 装置功能介绍

1.1 技术参数

本装置适用于3～35kV 中性点不接地、中性点经消弧线圈接地的配网系统，型号ZNJD-12，额定电压12kV，额定电流630A，额定频率50Hz，出厂日期2018年6月，安徽一天电气技术股份有限公司、国网陕西电力科学研究院制造。

1.2 装置功能

线路发生瞬时性单相接地，装置会自动复归并记录相关接地信息，如发生永久性单相接地装置会告知接地的线路，由配网监控进行试拉，并在远方分别对消弧装置控制器和消弧装置选线控制器进行复归，如试拉不正确消弧装置将不再动作，依据别的方式对接地线路进行判断试拉，待母线电压恢复正常3秒后，消弧装置会自动判别并再次投入工作[2]。

故障识别：系统发生单相接地故障时，装置根据采集到的相对地电压、零序电压变化范围快速准确地识别故障相；故障处理：系统发生单相接地故障时，装置能在短时间内通过软开关将故障相直接接地，熄灭接地电弧，限制弧光接地过电压，并根据故障点的性质判定并以不同的方式处理瞬时性接地故障和永久性接地故障，同时输出信号供用户使用。

选线和定位：采用瞬时零序电流倍增选线原理放大接地故障支路的零序电流信号，可快速准确地选出故障线路并在面板上给出故障信号。有利于沿线配置的常规FTU、DTU 和故障指示器实现单相接地故障定位。要实现高阻接地故障时的故障定位需用在沿线配置的常规FTU，DTU 和故障指示器中加装能识别高阻接地选线信号的智能接地预处理器。

暂态电压在线监测：可选配暂态电压在线监测功能。由于采用不同于传统电磁式电压互感器的宽频电子电压传感器和高速数据采集系统，并采用无间断数据采集、事件触发记录的“黑匣子”运行方式，可对系统电压及其谐波、电压闪变、弧光过电压、雷击过电压、操作过电压等暂态和瞬态过程进行实时监测、定时记录、报警，供用户分析系统的工作状态及判断故障原因[3]；其他功能：运行监测、越限告警、事件记忆、数据远处等。

2 装置工作以原理

2.1 基本原理

主动干预消弧装置柜内配置分相合闸开关，主动消弧装置控制器可自动判别出线接地相别，在变电站内进行同相别主动接地，实现主动转移接地点，从而使接地故障点电流几乎消失，实现故障点灭弧目的。系统发生单相接地故障时，智能接地装置进行自动消弧、选线，弹出故障报告，记录故障信息并上传给监控后台。故障信息包括故障发生时间、故障时三相电压、零序电压、故障支路编号、系统电容电流等。智能接地装置为全自动控制，用户无需手动干预。对于瞬时性单相接地故障，装置处理完成后系统恢复正常运行；对于永久性单相接地故障装置进行选线、处理，故障排除后，需进行本地或远程复归装置。智能接地装置的复归控制、投退控制、位置信号、测量信号、故障信息、装置故障、装置失电等，均通过软报文通讯或硬遥信方式传到变电站后台监控系统及调度监控系统。

2.2 动作流程

智能接地装置由下列主要元件构成：消弧软开关（由故障相接地开关K1、K2、K3和接地软开关K4、过渡电阻R 构成），带阻抗接地变压器JDB 及其投切三相一体式接触器K5、主控制器等（图1）。

图1 智能接地装置一次接线原理图

智能接地装置的控制器通过检测系统母线三相电压和零序电压，可迅速发现智能接地装置覆盖的零序系统范围内发生的单相接地故障并判明故障相别。为尽快熄灭电弧以避免危害升级，智能接地装置控制故障相开关（K1或K2或K3）经过渡电阻R合后再通过闭合开关K4将故障相金属性接地（通过对流过过渡电阻R 的电流和相关量的监测，确认选相正确后闭合开关K4将故障相金属接地；若选相错误，则打开已闭合的相别开关，重新选相并完成动作），熄灭接地电弧并转移故障点电流，保护故障点防止出现事故扩大化。

经短暂延时后（预设时间为10秒，用户可根据实际运行经验改设），三相一体式接触器K5闭合，投入接地变压器JDB，延时50毫秒后，先开关K4断开投入过渡电R 再断开故障相接地开关（K1或K2或K3），并判断是否再次出现单相接地故障，如若没有出现则表明这是一次瞬时性单相接地故障，记录事件，系统恢复正常运行；若是单相接地故障再现则表明这是一次永久性单相接地故障。同时智能接地装置发出瞬时选线零序电流，完成选线后接地故障相软开关重新闭合，进入单相接地安全供电模式持续运行一段时间或与常规继电保护配合实现单相接地故障的快速隔离和转供电[3]。

2.3 装置特点

选相的容错和纠错能力。通过检测流过过渡电阻R 的电流和相关量，可快速判明单相接地故障选相动作的正确性。如若出现选相错误，由于过渡电阻R 的限流作用，线间电流小于200安培会造成母线相间短路，即具有选相容错能力；此后可将合错相别的接地开关分断重新选相，即为选相纠错能力。可避免因选相错误而造成的系统母线相间短路事故。

快速准确的故障选线和定位。主控器采用DSP处理技术、交流模拟信号数字传输技术，当系统发生永久性单相接地故障时，通过短时投入带阻抗接地变压器的方式增大故障点接地电流信号，与智能接地预处理器配合，可准确选出1500欧姆以下的高过渡电阻接地的故障线路。同时可帮助配置在沿线的FTU、DTU 和故障指示器提高单相接地故障定位能力。

有效的故障处理。消弧软开关的过渡电阻对高频弧光电流的幅值限制和衰减，避免了高频电流对故障点的进一步破坏和对二次设备的电磁干扰，可实现快速有效消弧；过渡电阻和带阻抗接地变压器的短时投入，为系统提供了低阻抗零序电流通道，解决了在接地故障恢复，故障相接地开关断开过程中造成的系统中性点低频振荡。

3 设备运行方式及操作

3.1 运行方式

智能接地装置内无单独电压互感器，装置采用原系统母线PT 信号且不需对原有母线PT 进线改造，故障开始和恢复时，智能接地装置通过软开关技术和接地变的投切有效抑制PT 励磁涌流，从而起到有效保护母线PT 作用；10kV 段母线并联运行时，只要母联开关位置接到了其中的一台智能接地装置，两套装置可并联运行、也可退出一套装置。

智能接地装置设置“复归”、“复位”控制，“复归”控制使合上的接地开关分开，“复位”控制装置控制重新启动；智能接地装置投运后老消弧线圈系统可以不退出运行，智能接地装置可和站内原有消弧线圈并列运行，消弧线圈不仅不会影响智能接地装置判相和选线，还有助于智能接地装置高阻的识别能力；选用接地线缆绝缘应满足10kV 输电缆绝缘水平及电流载流能力，接地连接点用接地箱，用金属网围栏包围并标注文字“消弧接地，严禁断开”。

3.2 运行操作

两套智能接地装置既随母线单独运行也可并列运行，两段母线经分段开关并联运行时，其中一台智能接地装置收到母联闭合位置时自动闭锁本台装置；10kV 统发生接地故障时，系统出现3U0告警信号后，由于本主动干预型消弧装置采用主动接地旁路原理，故在试拉开关查找接地点过程中不管是否正确隔离了接地点3U0并不自动消失，需手动或遥控复归主动接地消弧装置，使主动接地的分相开关断开以检查3U0告警是否消失，但如故障点依存在，本装置又会主动选相动作接地，在试拉过程中操作复杂且存在故障点电弧重燃、熄灭等反复出现。对于装置的“复归”，执行谁拉路、谁复归原则；主动干预型消弧装置动作，系统恢复正常后3日内检修单位调取、记录、整理现场装置动作报告。

4 故障处置

4.1 系统发生单相接地时

系统发生单相接地故障时，智能接地装置进行自动消弧、选线，弹出故障报告，记录故障信息并上传给监控后台。故障信息包括故障发生时间、故障时三相电压、零序电压、故障支路编号、系统电容电流、选线脉冲电流等。智能接地装置为全自动控制，用户无需手动干预。对于瞬时性单相接地故障，装置处理完成后系统恢复正常运行；对于永久性单相接地故障装置进行选线、处理。故障排除后可进行本地或远程复归。

4.2 发生接地故障后调度、运检等专业处置

调控中心：当系统发生单相弧光接地时，故障相真空断路器动作合闸，5s（可设）后自动打开重新判断，若故障消失，系统恢复正常；若接地故障还在，故障相真空断路器再次动作合闸；等待人工处理故障后手动复归装置。发生接地故障后调度根据选线结果拉路查找接地点，拉路过程中根据主动干预型消弧装置特点顺序复归主动干预型消弧装置，检查3U0告警是否消失，复归成功，系统恢复正常。若接地故障还在（选线错误），接地相真空断路器继续合闸，复归失败，则需人工依次拉路选线后并复归消弧柜，直至找到故障线路并复归成功[4]。

10千伏线路设备主人单位：根据调控指令完成相关故障线路故障点查找并汇报调控；变电运检中心：如设备工作正常则无需操作与巡视，否则将异常的主动干预型消弧装置转检修状态并做好检修安全措施，待电网接地消失系统恢复正常后，3日内去现场调取装置内部报告、录波文件及后台机有关序列报文。