基于网络结构辨识及柔性补偿的小电流接地系统精准接地选线装置

简介

随着中压电网容量的增大和电缆线路的大量应用，使得系统对地电容电流越来越大。中性点不接地系统发生单相接地时过大的电容电流使得接地点电弧无法熄灭，产生间隙性的弧光过电压，超过电网设备的耐受能力，造成电气设备绝缘损坏、击穿，引起短路、烧毁，引发大面积跳闸停电，严重情况甚至会导致电缆火灾和人身伤亡事故。因此，中性点不接地系统面临较大的安全压力。

目前，中性点接地运行方式大致采用两种。1、经中（小）电阻接地。优点是当发生单相接地时，有利于限制过电压水平、接地故障易于检测，直接保护跳闸。缺点是单相接地电流较大，接地故障容易扩散，甚至扩展为相间短路故障；改造老站时与配网已有的设备、线路绝缘规范不兼容；接地故障接地点会产生高的跨步电压，对电磁兼容和运检人员人身危害风险高；供电可靠性降低。2、经消弧线圈接地。当发生单相接地时，投入消弧线圈灭弧，使供电系统继续运行，同时启动小电流接地选线装置判断故障线路进行处理。经消弧线圈接地的优点很多，但目前市场上小电流接地选线装置产品众多，质量良莠不齐，大多存在或小电选线判据不充分、选线手段单一，或不能适应各种复杂的接地故障类型和测量信号数据处理手段简单等缺点，选线准确率较低投用率不高。

本公司方案为，在接地方式上，维持原配网接地方式不变，不改变一次主设备的技术要求、接地安全性要求，保留配网供电可靠性高的优点。当发生单相接地时，根据零序电压相位柔性精准投入中性点补偿装置（每次投入时间控制在20-50ms，确保系统安全），产生最大瞬态接地分量，采用虚拟电流、虚拟功率算法，针对配网结构复杂、方式接线多变、线路/电缆长短不一等特点，剔除电缆线路及配网结构固有不对称分量等影响，实现精准判断故障线路。

原理

当发生单相接地故障时，如果故障特征电流不够大、不明显，则在中性点快速、精准接入补偿装置，在保有原先中压系统接地规范中要求的采用消弧线圈接地补偿的基础上，通过在系统回路中精准补偿零序回路的阻抗，获取零序电压和零序电流值，在二次侧通过滤波、计算、处理、加工，制造虚拟电流和虚拟无功方法，进行故障选线，实现配网对地故障精准判断。

组成

专用精密零序电流互感器：安装于各出线电缆回路上，获取回路正常运行及单相接地时的零序电流；
补偿柜：接于中性点上，发生单相高阻抗接地故障时，根据需要瞬时投入、切除，提供补偿电流。技术特点创新点：柔性补偿不构成大电流接地风险，避免“小电阻”或“中值电阻”接地方案造成的接地点“跨步电压提升”运维风险。
综合控制器及后台监控系统：控制补偿柜的投入和切除，接收回路零序电流信号、母线PT电压信号、补偿电流信号、各回路运行信号等，对采集的数据进行存储、运算，发出故障信息报警、保护跳闸信号等。
接地变压器：系统主变中性点未引出时可选，用于引出中性点。
消弧线圈：系统未配置消弧线圈时可选，接于中性点上，当电网发生单相接地故障时，提供电感电流补偿，有利于防止弧光过零后重燃，达到灭弧目的；降低高幅值过电压出现几率，防止事故进一步扩大，提高供电可靠性。

试验及应用

该套系统与2020年5月15日在国网山东电力公司电力科学研究院进行了联合技术验证工作。在10kV真型物理试验平台上，进行了各种线路接地故障模拟验证，包括接地金属性故障、电弧接地故障、高阻抗接地故障。

实验验证中，本装置保护均能争取动作。实验中动作准确率100%。

试验验证了“基于精准瞬态补偿的单相接地综合保护系统”计算方法可行；故障判断精度高，尤其对于弧光接地、高阻抗接地故障具有突出的判断准确率。装置硬件系统工作稳定。

莱钢集团110kV陈家庄变电站35kV系统为中性点不接运行方式，采用了本公司小电流接地系统柔性补偿接地选线系统，配置了接地变压器、消弧线圈、补偿柜等设备，改造成了中性点经消弧线圈接地运行方式。设备投运后运行良好，消除了事故隐患提高了供电可靠性。