1、小電流接地缺點監測技術小電流接地缺點監測技術山東理工大學科匯電氣技術研討所徐丙垠主要內容主要內容u概述u小電流接地缺點信號特征u穩態電氣量選線方法u暫態電氣量選線方法u瞬時性接地缺點監測u結論一、概述一、概述u小電流接地缺點：指小電流接地系統中性點非有效接地系統的單相接地缺點。u小電流接地缺點選線，又稱小電流接地維護，選出帶有接地缺點的線路，給出指示信號。u小電流接地缺點選線難，主要難在諧振接地系統。小電流接地系統中性點不接地絕緣系統IL諧振消弧線圈接地系統小電流接地系統的優點小電流接地系統的優點u主要防止接地缺點跳閘，提高供電可靠性。u大部分情況下，接地電弧可以熄滅，電網自動恢復正常運轉。u

2、接地電流小，可防止事故進一步擴展。u沿海某地變電所統計數據：u采用小電流接地運轉方式，10kV線路平均每年跳閘27次。u改造為經小電阻接地之后平均每年跳閘46次u采用小電流接地運轉方式跳閘率減少近50% 小電流接地系統存在的問題小電流接地系統存在的問題u非缺點相電壓升高，危害電網絕緣。u正常情況下，非缺點相電壓升高1.732倍。u接地點間歇拉電弧，線路電容反復充放電，電壓升高可達3.5倍。u接地電弧長期存在，能夠燒壞接地點絕緣，呵斥相間短路缺點。小電流接地系統存在的問題續小電流接地系統存在的問題續u繼電維護配置困難：u缺點電流微弱，接地電弧不穩定，接地缺點選線的問題不斷沒有得到很好地處理；u許

3、多供電部門依然采用拉路法選擇接地線路。供電瞬時中斷，影響用戶用電設備正常任務，甚至能夠呵斥停電事故。中壓配電網中性點接地方式的選擇中壓配電網中性點接地方式的選擇u是目前行業上關注的關鍵技術問題之一u不是一個簡單的技術經濟問題。u思索問題的角度很重要：u對電網運轉管理的影響u用戶角度：供電可靠性、電能質量電壓驟降u思索運轉方式：N-1要求u小電阻接地方式一度遭到推崇：u電網規模的擴展、電纜線路的廣泛運用，使缺點電流增大，接地電弧難以自行熄滅，難以表達小電流接地方式的優勢。u繼電維護配置簡單，選擇性好。發生接地缺點時維護瞬時動作，切除缺點線路，減少過電壓危害。中性點接地方式選擇續中性點接地方式選擇

4、續u近年來，小電流接地方式又引起了人們的注重：u電力市場化，對供電可靠性要求不斷提高。u消弧線圈自動調諧技術的運用，可以準確地補償電容電流，使接地點電流盡能夠的小，提高了電弧自動熄滅的幾率。u小電流接地缺點選線技術獲得了艱苦進展u統計數聽闡明：電纜網絡也存在大量的瞬時性缺點國際上情況國際上情況u法國u早期采用中性點不接地或消弧線圈接地方式u1960年代推行小電阻u1990年代改為諧振接地u發明了PDTR選線法u英國u中壓電網中性點主要采用大電流接地方式u英格蘭北部的約克郡York)電力公司已對50個變電所中壓配電網進展了消弧線圈接地改造國際上情況續國際上情況續u意大利u中壓配電網中性點主要采用

5、不接地方式u采用瞬時短接接地相母線的方法消弧、選線u接地瞬間缺點電流大，滅弧效果不理想。u2000年以來實施諧振接地改造工程，已有25%的變電所完成改造。u采用可調消弧線圈后，接地缺點引起的供電中斷減少50%以上。u采用固定調諧消弧線圈，接地缺點引起的供電中斷減少26%以上。u德國：u廣泛運用諧振接地方式u供電可靠性很高國內情況國內情況u有人主張城市電纜配電網絡采用小電阻接地u深圳、廣州、北京等地的部分電纜網絡采取了小電阻接地方式建議：盡量采用諧振接地方式建議：盡量采用諧振接地方式二、小電流接地缺點信號特征二、小電流接地缺點信號特征2.1穩態分析穩態分析A相接地后,接地相電壓為零,非缺點相電壓

6、升高1.73倍,零序電壓與缺點前缺點點電壓大小相等，極性相反。接地點電流是正常運轉時三相對地電容電流的算術和。EAECEBUB0UC0U0ABCoIcIfIc中性點不接地電網中性點不接地電網零序等效網絡零序等效網絡 中性點不接地電網零序電流、電壓中性點不接地電網零序電流、電壓關系關系u缺點線路零序電流是一切非缺點元件線路電容電流之和，方向是由缺點點流向母線。u非缺點相零序電流等于線路本身電容電流，方向由母線流向缺點。u缺點線路電流大于非缺點線路，二者反極性。IhIf諧振接地電網諧振接地電網零序網絡零序網絡 消弧線圈接地電網零序電流、電壓消弧線圈接地電網零序電流、電壓關系關系IhIfLu過補償形

7、狀下，缺點線路電流方向與非缺點線路一致，由母線流向缺點點，幅值往往也小于非缺點線路。u缺點線路電氣量失去“獨一性特征，這是諧振接地系統小電流接地缺點選線難的根本緣由。 2.2暫態分析暫態分析 暫態過程：缺點相電壓忽然降低引起的放電電流，不經過電源流向缺點點，頻率在數千赫茲，衰減快；缺點相電壓忽然升高，引起的電容充電電流，經過電源構成回路，頻率數百赫茲，衰減慢。ABCIf放電充電u分析暫態過程需求運用變換矩陣是實數的模變換法u實踐工程中，普通運用卡倫包爾Karenbauer變換。u模量1、2是兩相導體A、B相與A、C相之間流動，參數與正序網絡一致。u模量0在三相導體與大地之間流動，參數與零序網絡

8、一致。 接地電流計算復合模網接地電流計算零序簡化等效電路L等于2倍的線模正序電感，R是3倍的過渡電阻加上線模正序電阻。e(t)是虛擬電壓源，與缺點前缺點點電壓大小相等，方向相反。接地電阻較小時等效電路。充電過程短暫，可以忽略消弧線圈影響。)sinsin(00ttecUitmf缺點發生在電壓最大值時電流：LR2001LC-衰減系數-回路自在振蕩頻率u暫態電流遠大于穩態電容電流。暫態最大電流與穩態電容電流之比，可到達幾倍到十幾倍。u暫態最大電流值與缺點時電壓相角有關。普通缺點都發生在電壓最大值附近。u暫態電流值不受消弧線圈的影響。暫態接地電流特點暫態接地電流特點 u0 i0 接地電阻較大時等效電路

9、。充電過程長，可達數十個ms，可以忽略串聯電感的影響。接地電阻比較大時，零序電壓緩慢上升。間歇性接地拉弧景象間歇性接地拉弧景象u缺點點往往在電壓峰值時擊穿，電流過零時熄弧，在電壓出現另一次峰值時又擊穿，能夠在一段時間后消逝，也有能夠繼續發生。u小電流接地系統對接地缺點續流才干差，缺點點電流微弱，易出現間歇性接地缺點景象。u永久接地缺點，由于接地電流小，也存在接地電弧不穩定景象，缺點電流有效值及過渡電阻在一個周波內變化較大。間歇性瞬時性接地缺點錄波圖間歇性瞬時性接地缺點錄波圖三、穩態電氣量選線方法三、穩態電氣量選線方法基于穩態工頻量的方法基于穩態工頻量的方法u零序電流繼電器u零序電容無功功率繼電

10、器u零序電流幅值、相位群體比較法u負序電流比較法u優點：簡單易行u缺陷：u穩態電流小，靈敏度低。u不能用于消弧線圈接地的系統u受缺點點不穩定影響基于五次諧波量的方法基于五次諧波量的方法u檢測零序諧波電流、功率，檢測缺點線路。u諧波量小，靈敏度低。u受缺點點不穩定影響有功功率法有功功率法u利用缺點線路零序有功功率大于非缺點線路且方向相反的特點選線u簡單，不受消弧線圈影響。u有功功率含量小，受TA，TV誤差影響，靈敏度得不到保證。投入中電阻法投入中電阻法u在中性點瞬間投入中電阻，使零序電流的有功分量明顯加大，處理靈敏度問題。u實踐是將小電流接地缺點轉化為大電流接地缺點u帶來的問題是使接地電流增大，

11、加大對接地點絕緣的破壞，能夠導致事故擴展。對電纜線路來說，這一問題更為突出。 u施工復雜、本錢較高u瞬時改動消弧線圈調諧度的剩余電流增量法，與投入中電阻法類似。注入信號尋跡法注入信號尋跡法u注入225Hz信號，檢測線路中信號電流，確定缺點點。u已在國內獲得較廣泛運用u需向系統注入信號，構成較復雜，投資大。u適用于電阻較小的穩定接地缺點缺點相瞬時短接法u發生接地缺點時，在母線處瞬間短接缺點相，使接地電流分流，自動熄滅。u利用短接開關投入前后零序電流的變化選擇缺點線路u需求配備高壓開關u滅弧效果不如諧振接地四、暫態電氣量選線法四、暫態電氣量選線法 u0 i0 暫態電流遠大于穩態電容電流， 且不受消

12、弧線圈的影響。實踐缺點零序電流波形缺點線路零序電流優點優點u暫態零序電流數倍于穩態值，有時達十幾倍，靈敏度高。u不受消弧線圈的影響u不受缺點點不穩定的影響u可以檢測瞬時性缺點4.1傳統暫態選線方法-首半波法u1950年代國外提出零序電壓電流初始極性比較法u1970年代國內研制出首半波法的接地維護安裝u極性正確時間短，受電網參數、短路相角影響。u受當時技術條件限制，處置方法簡單。u0i04.2 現代暫態選線法現代暫態選線法u計算機、微電子技術的開展，為開發暫態電氣量選線新技術發明了條件。u行波測距技術已在輸電線路中運用，獲得了極大勝利，充分地表達出了暫態繼電維護的生命力u自上世紀90年代起，利用

13、暫態電氣量的選線法又引起了人們的注重。u已提出多種暫態選線方法u已開發出新型暫態法選線安裝，實踐缺點選線效果良好。u可自創穩態選線原理u缺點線路暫態零序電流幅值大于非缺點線路，極性相反。u比較暫態零序電流的幅值與極性選擇缺點線路u問題：實際上不嚴厲，檢測時間窗的選擇沒有根據。等效電路中用集等效電路中用集中電容代表線路中電容代表線路是有條件的！是有條件的！？ 在母線處檢測的零模線路入端阻抗Zock的相頻特性隨頻率而變化。在信號頻率小于一臨界頻率s普通大于2000Hz時，線路可用一電容來等效。消弧線圈接地系統消弧線圈接地系統 u消弧線圈只對缺點線路電流產生影響u在頻率大于一臨界頻率L時，缺點線路檢

14、測的電流幅值大于任一健全線路，其流向也與健全線路相反 ，可以忽略消弧線圈影響。u普通選L為150赫茲即可滿足要求。IhIfL利用暫態信號的缺點選線新方法利用暫態信號的缺點選線新方法u u首先確定被利用信號頻帶范圍SFB，中性點不接地系統為0-h ；消弧線圈接地系統為 L h。u對暫態零序電壓電流信號濾波處置，獲得SFB分量 u對SFB頻率分量來說，缺點線路幅值大于任何一條健全線路；缺點線路中零序電流或容性無功功率從線路流向母線，而健全線路中從母線流向線路。比較同一母線一切出線暫態零序電流的幅值均方根值，幅值最大者被選定為缺點線路。缺陷：不能確定母線接地暫態電流幅值比較法暫態電流幅值比較法IhI

15、fLIh暫態零序電流極性比較法暫態零序電流極性比較法u選擇一個參考線路，假設參考線路只和某一條出線反極性，那么該出線為缺點線路；u和一切出線都反極性那么參考線路為缺點線路；u和其他一切出線都同極性那么為母線接地缺點。 IhIfLIh暫態容性無功功率方向方法 利用零序容性電流方向，即暫態零序電壓、電流間關系，可以選擇缺點線路。定義： 對健全線路k有： 而對缺點線路i有： 缺點與非缺點線路 q(t)極性相反，判別q(t)極性可以識別缺點線路。u0i0首半波法-初始極性相反新方法-極性永遠相反u0i0 為充分利用缺點后一切暫態信息及添加抗干擾才干，可對參量qt(t)在一段時間0-T內進展積分 得到參

16、量Eq(t)： 維護判據可定為： 暫態容性無功功率方向維護算法可表示為： 不需求比較各條出線電氣量，僅根據本線路電氣量即可確定能否缺點線路。4.3 XJ-100小電流接地缺點監測系統小電流接地缺點監測系統 選線安裝采集缺點信息、選擇缺點線路、上報選線結果。 分析機主要用于存儲、統計、分析數據 直流電源單元CPUMenu+EEPROMXJ-100 小電流接地缺點選線安裝控制單元中央處置單元信號采集單元DAURUNI/OGPSPOWER5V+12V-12V24V科匯電氣KeHui ElectricDAURUNDAURUNDAURUNDAURUN數據采集、選線安裝主要特點主要特點u公用高速數據采集單

17、元，同時采樣。u多CPU技術，分工協作。u采集零序電壓、電流信號u可利用三相電流互感器，獲取零序電流。u缺點數據可存儲，便于事后分析。u缺點數據可遠傳，可異地分析。u利用瞬時缺點對線路絕緣情況提出預告 安裝在現場的XJ-100小電流接地缺點監測系統 實踐運轉結果實踐運轉結果u從2019年12月至2019年5月兩個電站共發生永久接地缺點22次。u一次安裝未動作，緣由是緩變缺點暫態信號微弱等緣由未記錄到暫態過程。u其他21次全部動作正確 10 20 30 40 50 60 -4 -2 0 2 4 x 10 4 3U0/V 10 20 30 40 50 60 0 200 400 3I0/A 故 障

18、線 健 全 線 t/mS t/mS 接地缺點產生的零序電壓、電流信號 14 16 18 -10 -5 0 x 10 9 q(t) 14 16 18 -6 -4 -2 0 2 x 10 6 Eq(t) 故障線 健全線 t/mS 故障線 健全線 t/mS 暫態容性無功功率計算結果 10 20 30 40 50 60 -4 -2 0 2 4 x 10 4 3U0/V 10 20 30 40 50 60 -500 0 500 3I0/A 故 障 線 健 全 線 t/mS t/mS 間歇性接地缺點產生的零序電壓、電流信號 15 20 25 30 -4 -2 0 2 x 10 10 q(t) 15 20 25 30 -6 -4 -2 0 2 x 10 7 Eq(t) 故 障 線 健 全 線 t/mS 故 障 線 健 全 線 t/mS 暫態容性無功功率計算結果u高阻缺點問題：u缺點電阻比較大時數千歐姆，接地電流小，零序電壓上升緩慢u有統計數聽闡明，高阻缺點發生的機率在5%左右u因信號微弱，目前一切檢測方法都不能保證正確選線。u提高信號檢測靈敏度可處理部分問題五、瞬時性缺點監測五、瞬時性缺點監測瞬時性缺點與電網絕緣形狀在線監測瞬時性缺點與電網絕緣形狀在線監測u交聯聚乙烯電纜對地絕緣層破壞后