分布式小電流接地選線裝置

簡     介

一．概述

我國10-35KV中壓系統(tǒng)是電網的主要組成部分，一般由35KV變電站和110KV變電站的10KV、35KV母線構成，主供城鄉(xiāng)配電網，大部分采用中性點不接地方式。由于中性點不接地故障電流小，接地時并不破壞系統(tǒng)電壓的對稱性，對供電設備不造成很大的危害，允許故障線路繼續(xù)運行一段時間，不影響正常供電，但是單相接地故障如果不做及時處理，由于非故障相的兩相對地的電壓升高，可能引起絕緣薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴大，影響電網安全運行。由于在電力系統(tǒng)中，線路接地故障占總故障的70％以上，短路故障也多為單相接地演變而成多相接地所形成。因此絕緣監(jiān)察對電網安全運行至關重要，按GB50062-92<<電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范>>要求，單相接地故障發(fā)生時，應配保護裝置，也就是說，當發(fā)生第一次單相接地故障時，必須正確及時地把故障線路檢測出來加以切除。

在我國，從20世紀80年代起就開始研制小電流接地自動選線裝置，提出了各種選線原理、并開發(fā)出相應的裝置。20世紀90年代以來選線裝置在全國電力系統(tǒng)得到了推廣應用。但由于故障特征不明顯，使得迅速、準確地指示接地線路有一定的難度，因此單相接地選線一直是繼電保護領域未徹底解決的一個難題。

襄陽科能公司在湖北省電力公司和襄陽供電公司從科研資金、技術信息和試驗設備等方面的大力支持下，從上世紀80年代末組織了一批在電力系統(tǒng)長期從事發(fā)、配電工作的工程技術人員，開展了近20年的研究工作，對國內外這類裝置選線不可靠的原因，進行了深入細致地分析，實地調查了很多變電站、開關站，掌握了大量的運行數據，發(fā)現了各種理論在使用過程中存在的問題?？偨Y出了接地狀態(tài)時，電流、電壓和各種干擾信號的變化規(guī)律，根據“多重判據模糊推論綜合選線”原理，綜合采用了“基波群體比幅比相”、“5次諧波”、“首半波”、“功率方向”等多種原理和方法。通過采集接地狀態(tài)時多種數據與運行經驗相結合，運用模糊理論和計算機技術，采用邏輯關系和模糊推論相結合的方法自主開發(fā)了獨特的算法程序；在硬件方面選用了從美國進口的大規(guī)模集成電路和單片機；結構上是分布式網絡結構，多位處理器同時工作，實現了實時跟蹤，多種數據同步采集和運算處理，及時發(fā)布準確的結果。同時，還研制成功了與單相接地保護裝置配套的具有高精度和高靈敏度的LXMZ-10系列母線式零序電流互感器和電纜式零序電流互感器，從多方面保證了保護選線的可靠性。從1989年開發(fā)成功第一代選線裝置，于1993年通過了水利電力部低壓電器質量檢驗測試中心的檢驗測試；并在華中網局和湖北省電力工業(yè)局的共同組織下召開了技術成果鑒定會，得到了與會三十多位專家、工程師的好評。該項目的主要技術人員又于07年對該裝置進行了全面升級，保護選線的可靠性得到了進一步提高，從早期30-40﹪的選線準確率，提高到現在的98﹪以上；既解決了中性點完全不接地系統(tǒng)的保護選線；又解決了中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)的保護選線；還能夠滿足4段母線組合或分段運行時，多條線路同時發(fā)生接地時的保護選線；當接地時的過渡電阻較高或系統(tǒng)有諧振發(fā)生時，也能保證準確無誤。現已在一百多座變電站安裝使用了這種裝置，從用戶反饋的使用情況來看，效果很好，滿足了電力系統(tǒng)對可靠性的要求，具有世界領先水平。因此，從根本上解決了小接地電流系統(tǒng)單相接地保護選線可靠性差的世界性難題，為提高電力系統(tǒng)的自動化水平作出了創(chuàng)新性的貢獻。

二．科能DJDX-08型單相接地選線系統(tǒng)的構成

   1.該系統(tǒng)結構如圖一所示：

該裝置的結構特點是采用分布式的網絡結構，由一臺選線主機和若干臺信號采集分支器以及若干臺零序電流互感器組成，其中信號采集分支器根據不同型號的匹配關系可以帶一套至三套零序電流互感器。該裝置最大選線回路數可達90路，完全可以滿足大多數變電站10KV系統(tǒng)總回路數的要求。

2.科能接地選線的主要特點：

①分布式結構：由于每只分支器都有一個單片機（工業(yè)級小電腦），其作用是對來自于零序電流互感器的信號進行預處理，處理完的信息再送選線主機，從而大大減輕了主機的負擔，提高了選線的效率和時效性。

②多重判據綜合選線：綜合采用了“首半波”、“無功功率方向”、“諧波電流的方向和大小”及“比幅比相”等多種原理和方法，通過采集接地狀態(tài)時多種數據與多年運行經驗相結合，運用模糊推論的方法，自主開發(fā)了獨特的算法程序。

③高精度零序電流互感器：針對接地選線特點和要求，廠家開發(fā)了高精度零序電流互感器并提出了比一般零序電流互感器更多的技術要求，零序電流互感器相對精度為0.2級，遠高于一般企業(yè)的0.5級，我們知道小電流系統(tǒng)的最大難題之一就是接地電流小，信號微弱，如果互感器精度不高、誤差范圍就會大于有效信號，造成誤判。

④安裝調試更簡潔：由于采用分布式結構，主機與分支器之間只需一根通訊電纜連接就可以了，節(jié)省了安裝費用；避免了傳統(tǒng)的選線裝置需要把每只零序電流互感器的信號電纜線放到主控室接入主機、安裝工作量大、并且主機上連接的線越多以后出現問題的機率就越大、維護量大、影響美觀的毛病。

三．功能要求

當被測系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時：

1、裝置能自動判斷并顯示故障線路的編號；

2、顯示故障相線（A、 B或C相）；

3、對故障持續(xù)時間顯示記錄；

4、音響報警；

5、故障消除后主機自動復位；

6、自動或手動打印故障記錄；

7、可記憶保存128次接地信息，掉電記錄不丟失；

8、信息遠傳的方式：采用RS485或繼電器接點無源輸出與綜自或遙信遙測裝置連接；

9、自檢功能：待機狀態(tài)下，主機每2分鐘自檢一次；

10、程序自恢復：當設備遇到強干擾死機時，看門狗能夠自動復位、程序重新運行；

11、待機狀態(tài)：顯示時鐘、日歷。

四、主要技術指標

1、當發(fā)生接地故障時，判斷選擇故障線路的時間不超過0.2秒，

準確率達到98﹪以上；

2、分支器檢測接地信號的靈敏電流不大于0.1mA；

   當接地時一次的接地電流在60mA以上，分支器就能準確監(jiān)測到零序電流互感器的二次信號。一般接地時的最小接地電流也在600mA以上。分支器檢測一次接地電流的范圍：60mA-20A。

3、零序電流互感器相對精度：0.2級；

4、主機工作電源：AC/DC 220 V±10%，靜態(tài)功耗小于3W；

5、分支器工作電源：12 V±20%，功耗小于1W/只;

5、時鐘精度：24小時±1秒；

6、使用環(huán)境：戶內；空氣溫度-10℃—＋45℃，相對濕度小于90﹪；

7、接地報警參數：主機是根據三相電壓的變化啟動報警。根據接地時，接地相電壓下降，另外兩相電壓上升的特性，設定可以修改的上限啟動系數和下限啟動系數。上限電壓值可以設成1.2Ue，下限電壓值設成0.8Ue。當2相高于1.2Ue，同時一相低于1.2Ue時啟動報警。這樣可以保證發(fā)生接地時主機能夠及時啟動報警，又能保證電網電壓在出現波動時不會出現誤報警的情況。