中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的接地保護(hù)

1、配電網(wǎng)接地故障分析與分界開關(guān)控制器的接地判據(jù)新鄉(xiāng)市裕誠電氣郭君保1、 架空線路與電纜線路的接地故障現(xiàn)象和接地保護(hù)現(xiàn)狀 架空線路接地故障主要集中在絕緣子、 PT 、高壓電容器、高壓熔斷器、電力變壓器 等設(shè)備絕緣故障和高壓導(dǎo)線與樹枝樹葉或其它高空接地物體的接觸，開始表現(xiàn)為暫態(tài)閃絡(luò)和 高阻接地，接地電流變現(xiàn)為數(shù)值很小，時(shí)間很短，隨著絕緣進(jìn)一步破壞，碳化，逐步引發(fā)剛 性接地故障，此時(shí)線路有較大諧振過電壓，另外兩相工頻電壓提高 1.7 倍。如不快速斷電處理 就會(huì)引發(fā)相間短路事故擴(kuò)大，另外如果此時(shí)在其它線路上同時(shí)存在另外一相的接地故障，就 形成短路故障，將會(huì)造成較大的損失，并且恢復(fù)送電需要較長(zhǎng)時(shí)間。電纜線

2、路接地故障常常 集中電纜終端，如環(huán)網(wǎng)柜電纜接頭處、后插式避雷器還有高壓電容器、高壓熔斷器、 PT 、電 力變壓器等設(shè)備絕緣故障和安裝工藝故障，還有城市建設(shè)經(jīng)常出現(xiàn)高壓電纜被挖斷。這些接 地接地故障發(fā)生都會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的影響。一般控制器能可靠處理接地故障將可以避免 80% 以上線路故障，減少多數(shù)短路故障的發(fā)生。接地故障初期接地電流一般很微弱，高阻接地一次電流毫安級(jí)，很難檢測(cè)，需要感 應(yīng)靈敏度高、采集精度高的零序互感器，而且三相ZCT 特性要求非常一致。還有閃絡(luò)故障要求采集暫態(tài)波形而不是連續(xù)波形。一般接地電流越大形成短路故障時(shí)間越短，接地電流越小 持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)而且不易發(fā)現(xiàn)。新鄉(xiāng)市裕誠電氣采用100

3、0/1,0.5 級(jí) ZCT 解決了采集的問題。可以采集帶 0.01A 一次值，最小保護(hù)設(shè)定 0.1A （一次值）。接地故障總是伴隨相電壓的變化和零序電壓的產(chǎn)生，這是一個(gè)重要的判據(jù)，一般零 序電壓越大，接地故障越嚴(yán)重，如果剛性接地那么零序電壓等于相電壓，裕誠電氣采用 3-6 只電子式電壓傳感器采集進(jìn)出線側(cè)相電壓，并合成出零序電壓和線電壓，它具有采集精度 高、角差誤差小，采集波形不失真、損耗小，不怕二次短路，不怕一次線路過電壓諧振等優(yōu) 點(diǎn)，非常適合中壓配網(wǎng)線路開關(guān)電壓采集使用。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)接地故障都是容性電流，零序電流超前零序電壓 90 度，負(fù)荷側(cè)接 地在270 度左右，開關(guān)電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)接地

4、零序電流方向相反，電源側(cè) 90度左右。根據(jù)接地 回路負(fù)載感容負(fù)載或阻容負(fù)載不同相位角有相應(yīng)的變化，但不超過 85 度。中性點(diǎn)消弧線圈接地系統(tǒng)一般分為過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償，過補(bǔ)為阻感性負(fù)載，負(fù)荷側(cè)接地 Vo、與Io的夾角在90-180度，欠補(bǔ)為感容性負(fù)載，負(fù)荷側(cè)接地Vo、與Io的夾角在180-270度.所以VO與10的夾角是判定接地故障界內(nèi)界外的最重要判據(jù)。現(xiàn)在市場(chǎng)上多數(shù)的開關(guān)零序電流互感器采用 20/1 的互感器，安匝比小，采集靈敏度低，精度差，很難達(dá)到 0.5級(jí)。甚至有些用10P10保護(hù)CT合成零序電流，這樣采集的零序電 流不準(zhǔn)，很難采集毫安級(jí)接地電流；另外控制器測(cè)量范圍小，精度低，抗干擾能力差，

5、有些 0.2A 以下不能顯示，有些可以測(cè)量更小的幅值，但零飄電流很大，抗干擾能力差；控制器接地判據(jù)僅僅是零序電流幅值，而真正判定接地故障界內(nèi)界外的判據(jù)是VO和10的相位角。所以控制器判定接地故障要么有故障不動(dòng)作，要么誤判斷接地故障誤動(dòng)作。也就錯(cuò)過接地故障 初期的判斷和故障處理，也就談不上可靠的接地保護(hù)了。傳統(tǒng)控制器接地保護(hù)叫做零序保護(hù)，僅采用零序電流幅值為接地保護(hù)依據(jù)，設(shè)置幅值小時(shí)系統(tǒng)上開關(guān)亂動(dòng)，設(shè)置幅值大時(shí)，接地保護(hù)不動(dòng)，目前多數(shù)用戶采用設(shè)置幅值大，報(bào)警 不動(dòng)作來規(guī)避接地保護(hù)判斷不準(zhǔn)亂動(dòng)的現(xiàn)狀，這樣就增加了短路故障的發(fā)生。裕誠電氣引進(jìn) 韓國(guó)技術(shù)生產(chǎn)的分界開關(guān)控制器、線路分段控制器和重合器不僅

6、可以形成局域配網(wǎng)自動(dòng)化系 統(tǒng)（自動(dòng)判斷故障點(diǎn)、自動(dòng)隔離故障點(diǎn)、快速自動(dòng)恢復(fù)非故障區(qū)域送電、故障和動(dòng)作信息上 傳），而且均具備采用零序電流（最小一次設(shè)定動(dòng)作值0.1A，采集值0.01A ），零序電壓（10%-100% 相電壓），相位角采集（誤差小于2度，動(dòng)作相位角基準(zhǔn) 0-360度可調(diào)、判斷范圍0-180度可調(diào)）做綜合判據(jù)，正確的設(shè)置判斷接地故障準(zhǔn)確率100%，可以準(zhǔn)確判定那兩臺(tái)開關(guān)之間或那臺(tái)分接開關(guān)負(fù)荷側(cè)存在故障，并可以通過我公司超聲波接地故障探測(cè)儀快 速找到故障點(diǎn)。曾有不少客戶反應(yīng)開關(guān)接地跳閘找不到故障點(diǎn)均被我公司協(xié)助找到，有些為 樹枝短時(shí)接地（樹枝已燒糊）有些微絕緣損壞（有較強(qiáng)閃絡(luò)爬電痕跡

7、），接地保護(hù)采集閃絡(luò)時(shí)暫態(tài)值，對(duì)比相位角并采集工頻與諧波，濾除不相關(guān)干擾波形，準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)?？刂破骶蛻?yīng) 當(dāng)做到預(yù)防故障為主，不能等到演變?yōu)槎搪饭收显俦Ｗo(hù)，那時(shí)已經(jīng)造成巨大的損失，而且停 電時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，停電面積會(huì)更大。、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的接地分析1.在負(fù)荷側(cè)（用戶側(cè)）發(fā)生接地故障時(shí)在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)上發(fā)生負(fù)荷側(cè)接地故障時(shí)矢量圖如下MPP- ASSZCTaClC2I011 021 b2Ic2在負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)接地電流值如下:此時(shí)從裕誠電氣控制器-ASS檢測(cè)出來的零序電流值如下總噸+婪+竪=j應(yīng)兀4 g近=(oC1V£120° + y/3 wCZSO0 =3血$£9

8、爐上述的計(jì)算式可以表現(xiàn)為如下圖式.正常運(yùn)行時(shí)18010190”Vo270發(fā)生接地故障時(shí) 零序電壓和零序電流在實(shí)際系統(tǒng)上存在阻抗成分時(shí)的 零序電流和零序電壓發(fā)生A相接地故障時(shí)在A相發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓和零序電流如下。并且對(duì)地電容成分和 阻抗成分一起存在的矢量圖如下：因此以零序電壓的相位角為基準(zhǔn)的零序電流的相位角位于270。附近.2.在電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)MPP- ASSi/c b a V V VTZC亠C1iI一.b 101-LI 02在電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，電容電流 1仁檢測(cè)不出來，此時(shí)零序電流值如下:發(fā)生A相接地故障時(shí)在A相發(fā)生接地故障時(shí)，如阻抗成分存在的話，零序電流的方向矢量圖如下:1

9、8090阻抗成分存在的時(shí)候 零序電壓和電感電流電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)零序電壓和零序電流3. 概要 在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)上，接地電流為容性電流，零序電流超前與零序電壓，如在負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)零序電流以零序電壓的相位為基準(zhǔn)而位于270°附近，如在電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)零序電流的相位角位于90°角附近，所以易判別接地故障的方向。根據(jù)上述結(jié)果在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，控制器的最適當(dāng)?shù)南辔辉O(shè)定 范圍是270 ±85°，根據(jù)線路長(zhǎng)度，線徑、接線方式不同 ,如果接地回路為阻容負(fù) 載接地相位角在第四象限，如果接地回路為感容負(fù)載接地相位角在第三象限，動(dòng) 作范圍根據(jù)線路運(yùn)行環(huán)境和條

10、件可以調(diào)整。二、消弧線圈接地系統(tǒng)的接地保護(hù)裕誠電氣控制器是采用微電子技術(shù)，依據(jù)饋線接地故障穩(wěn)態(tài)分量和對(duì)接地故障線路的故障相和非故障相暫態(tài)分量進(jìn)行提取分析計(jì)算，依據(jù)零序電壓V。和零序電流I。的幅值，零序電流I。,、零序電壓V。的相位進(jìn)行分析及比較，提取出更可靠的信號(hào)成分來作為接地故障位置的 判據(jù)。適用中性點(diǎn)不接地（NUS）、經(jīng)小電阻（NRS）或經(jīng)消弧線圈（NES）接地系統(tǒng)。從故障點(diǎn)暫態(tài)電流的組成分析，主要有： 1、故障相的對(duì)地電容的放電波；2、非故障相對(duì)地電容的充電波； 3、消弧線圈的暫態(tài)電感電流。由于暫態(tài)接地電流的頻率很高，幅值很大，并且暫態(tài)零序電流與零序電壓之間存在著固定的相位關(guān)系。說明：由

11、于消弧線圈的接入使NES的基波分布（如欠或過補(bǔ)償）與NUM基波分布不一樣，從而適用于NUS勺基波大小、相位判據(jù)對(duì)于 NES失效。（日本判據(jù)：基波無功方向方法）NE的于消弧線圈的接入，使得其單相接地故障判據(jù)較NUS難度增加很大，傳統(tǒng)的單一判據(jù)很難正確判斷故障或故障點(diǎn)，而綜合判據(jù)原理巧妙利用了故障的暫靜態(tài)特征量，減小了單一判據(jù)而導(dǎo)致的誤判。1.在負(fù)荷側(cè)（用戶側(cè)）發(fā)生接地故障時(shí)在消弧線圈接地系統(tǒng)上發(fā)生負(fù)荷側(cè)接地故障時(shí)情況如下MPP- ASS1.1 在負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)電流值如下:+ G + k此時(shí)從裕誠電氣控制器-ASS檢測(cè)出來的零序電流值如下:-»»» TJ =】&

12、amp;一1血=loi+k廠一廠.廠_（可-盜）4（可-勅 心十bl 一 JV 十 世JciJci£90c wC1wLVz(-90c)上述的計(jì)算式可以表現(xiàn)為如下圖式Vc1.2在A相發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓和零序電流如下，在實(shí)際系統(tǒng)線路上除了純電感成分和對(duì)地電容成分以外，阻抗成分也一起存在。因此考慮電阻因素可以表現(xiàn)為 如下公式：一3Vf 宀 A90°+ «)g +(叫尸上述的計(jì)算式可以表現(xiàn)為如下圖式.對(duì)零序電壓的電容電流位于90°以上角度,電感電流位于-90。以下角度。clVa 180000180°發(fā)生接地故障時(shí)零序電壓和電容電流，電感電流在實(shí)際

13、系統(tǒng)上零序電壓和電容電流，電感電流270000過補(bǔ)償時(shí)零序電壓和零序電流1800 001800900欠補(bǔ)償時(shí)零序電壓和零序電流2700過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償時(shí)零序電壓和零序電流的關(guān)系如下:90° V180 °因此，以零序電壓的相位為準(zhǔn)，零序電流的相位在過補(bǔ)償時(shí)位于 范圍，在欠補(bǔ)償時(shí)位于180 °V 270。范圍。2.在電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)V3 VZ60D CdCAV3VZ120° + wC23V£90cWCnVb考慮阻抗成分的零序電流的方向如下:0002Ic2270°1800 00900在實(shí)際系統(tǒng)上零序電壓和電容電流在電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)零序

14、電壓和零序電流I 0218O0在電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，以零序電壓的相位為基準(zhǔn)，零序電流的相位位于0 90°角度范圍，3概要在消弧線圈接地系統(tǒng)中，如消弧線圈的電感補(bǔ)償值充分補(bǔ)償于線路電容值條件時(shí)（即IL> I c），在負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地故障時(shí) 零序電流值極小，零序電壓和零序電流位于180。的相位差。但此時(shí)可以造成線路諧振，所以發(fā)生過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)膯栴}。按上述計(jì)算方法，尤其經(jīng)消弧線圈（NES）接地系統(tǒng)，無論安裝在變電站出線端、線路中段和線路末端，在 負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地故障，過補(bǔ)償時(shí)位于90°v 180。角度范圍，如欠補(bǔ)償時(shí)位于180 °v 270 °角度范圍。

15、在電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，位于0。 v 90 °角度范圍。所以，裕 誠電氣控制器-ASS的最適當(dāng)?shù)南辔辉O(shè)定范圍是 180°土 85 °。無論安裝在變電 站出線端、線路中段和線路末端，依據(jù)零序電壓Vo和零序電流Io的幅值以及零序電流I 0,零序電壓Vo的相位能準(zhǔn)確判定接地故障和故障點(diǎn)位置。裕誠電氣控制器-ASS的接地故障的判據(jù)原理1、接地故障的判據(jù)原理單相接地保護(hù)、高阻抗接地故障保護(hù)和斷線保護(hù)功能的判據(jù)：采用微電子技術(shù)，依據(jù)饋線接地故障穩(wěn)態(tài)分量和對(duì)接地故障線路的故障相和非故障相暫態(tài)分量進(jìn)行提取分析計(jì)算，依據(jù)零序電壓 V）和零序電流丨0的幅值、零序電流I 0,零序電壓V

16、）的相位進(jìn)行分析及比較，提取出更可靠的信號(hào)成分來作為接地故障位置的綜合判據(jù)，準(zhǔn)確、迅速地判斷接地故及故障點(diǎn)位置；2、接地故障的檢測(cè)過程1）裕誠電氣控制器-ASS采集故障線路暫態(tài)分量為主作為故障計(jì)算分析依據(jù)，結(jié)合采集穩(wěn)態(tài)分量作為比較參數(shù)，采用以下三個(gè)因素和綜合比較判據(jù)來判斷接地故障與否和區(qū)內(nèi)或區(qū)外的 接地故障。 零序電流Io的大小 零序電壓V。的大小 以零序電壓V）比較零序電流Io的相位角2）零序電流I o的檢測(cè)過程如下.3）零序電壓V。的計(jì)算過程如下.4）接地故障的判斷過程3 設(shè)定相位角（經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)）相位角范圍土 85°.4.單相接地故障判據(jù):以V0（零序電壓）相位角為設(shè)定基

17、準(zhǔn)，MT是基相位角，TAW是相位角的范圍。如在 MTA土 TAW的范圍（劃斜線的范圍）滿足零序電流I °和相位即判斷為區(qū)內(nèi)故障（負(fù)荷側(cè)接地故 障）。在其（劃斜線的范圍）范圍外判斷為區(qū)外故障（電源側(cè)故障）。1、穩(wěn)態(tài)Io, Vol °原理的判據(jù)存在問題在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，會(huì)造成采用穩(wěn)態(tài)零序電流（I。）原理、零序功率方向（Vol。）原理的接地故障為判據(jù)的正確率急劇下降。其原因是中性點(diǎn)經(jīng)消 弧線圈接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，電容電流分布的情況與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)不一樣了。a.欠補(bǔ)償IlVlc刀時(shí)如果補(bǔ)償以后的接地電流大于本身線路電容電流，且方向由線路流向母線，故障線路

18、零序電流將減少。如果補(bǔ)償以后的接地電流小于本身線路電容電流，故障線路零序電流不但大小變化，且方向也變?yōu)橛赡妇€流向線路。b.當(dāng)過補(bǔ)償時(shí)，L >/即L 門，這種補(bǔ)償 方式?jīng)]有發(fā)生過電壓的危險(xiǎn)，因而得到了廣泛的 應(yīng)用。采用過補(bǔ)償后，通 過故障線路保護(hù)安裝處的電流為補(bǔ)償以后的感性 電流，它與零序電壓的相位關(guān)系和非故障 線路電 容電流與零序電壓的相位關(guān)系相同，數(shù)值也和非故障 線路的容性 電流相差無幾，故零序 過流、零 序方向保 護(hù)無法檢測(cè)岀已接地的故障 線路。因此不接地系 統(tǒng)中常用的零序 電流選線原理和零序功 率方向選線原理已不能采用。（指深圳日高、平高安川的方向接地判據(jù)）C.目前在配網(wǎng)接地檢測(cè)中

19、還存在的問題有：故障信號(hào)疊加在負(fù)載電流上、穩(wěn)態(tài)幅值較小（與消弧線圈的補(bǔ)償情況有關(guān) ）、環(huán)境的電磁干擾等影響著故障分辯的正確性；系統(tǒng)運(yùn)行方式多變、故障狀態(tài)多變、不確定因素多，故要求檢測(cè)方法具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力（單一的采用穩(wěn)態(tài)零序電流（I。）原理為判據(jù)，盡管提高了 ZCT的檢測(cè)精度，但在使用上存在較大的局限性，也已不能全部、準(zhǔn)確判斷故障，）；變電站的專用選線裝置接線復(fù)雜，并與饋線故障點(diǎn)相距又遠(yuǎn)，保護(hù)不一體，影響了對(duì)故障點(diǎn)的在線參數(shù)感測(cè)的精度和準(zhǔn)確性，不利于饋線自動(dòng)化。2、裕誠電氣控制器接地故障保護(hù)的判據(jù)要提高小 電流接地系 統(tǒng)單相接地故障判 斷的正確率，必 須采用先進(jìn)、可行的保 護(hù)原理，并對(duì) 接地故障的判 斷依據(jù)2個(gè)以上的判據(jù)， 單相接地故障保 護(hù)的正確率才能 達(dá)到較高的水平。裕誠電氣控制器是依據(jù)饋線接地故障暫態(tài)電流分量（Tra nsie nt Curre nt Compo ne nt，TCC）、零序電壓Vo和零序電流Io為判據(jù)，能準(zhǔn)確判定接地故障和故障點(diǎn)位置。1、依據(jù)零序電流I o的幅值；2、采用微電子技術(shù)，依據(jù)對(duì)接地故障線路的故障相和非故障相暫態(tài)電流的波形、零序電流1°,零序電壓V。的幅值和相位進(jìn)行分析及比較，提取出更可靠的信號(hào)成分來作為接地故障位置的判據(jù)。