35kV消弧过电压及小电流选线装置在乌石化电网的应用

2013年第3期总第118期

新疆电力技术

３５ｋＶ消弧过电压及小电流选线装置在乌石化电网的应用

周新胜

中国石油乌鲁木齐石化公司热电厂（乌鲁木齐８３００００）

摘要：本文介绍了常见过电压保护及小电流接地选线方法，介绍了消弧过电压保护装置及小电流接地选线装置的功能、原理及在乌石化电网的具体应用。

关键词：消弧过电压保护及小电流接地选线装置最大增量法运行情况案例分析１前言

乌石化公司电网通过２２０ｋＶ米石http:///
一、二线并入乌鲁木齐电网，担负着向公司各生产装置、生活设施供电的生产任务，其中３５ｋＶ变电站是乌石化电网的枢纽，因给乌石化公司各二级厂供电的１３条馈线就接在３５ｋＶ系统上，３５ｋＶ系统中性点通过消弧线圈接地，从９１年运行以来，原消弧线圈和小电流接地多方面暴露出很多的问题，主要问题是：由于近几年公司新上装置较多，用电负荷增加较多，但消弧线圈无法自动调谐，事故发生时消弧线圈补偿度不够，易引发大的事故，如２００１年６月４日，炼油二线Ｂ相接地后迅速发展为接地短路，消弧线圈由于过电压，瓷瓶被击穿引起着火；２００２年１月１１日化肥厂三聚氢胺开关柜接地后引起３５ｋＶ系统谐振过电压，３号发电机跳闸等，这些都说明消弧线圈事故时未起到应起的作用，同时原有３５ｋＶ小电流接地选线装置由于设计存在较大缺陷，一直未投入运行，为从根本上解决这些问题，乌石化电网决定增加３５ｋＶ消弧及过电压保护装置，同时将小电流接地选线装置进行换型改造。以下就电网配置的消弧及过电压保护装置及小电流接地选线装置的功能、原理及运行中存在的问题做一论述：２消弧过电压保护装置

2.1弧光接地过电压的危害及其防范措施2.1.1弧光接地过电压的危害

弧光接地过电压又称问歇性弧光接地过电压，也由于３５ｋＶ供电系统为中性就是我们常说的瞬间接地。

点非直接接地系统，当发生单相金属性接地时，其余两相的对地电压将升高为线电压（１．７３２倍的相电压），但如果单相接地故障为弧光接地故障时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和非故障相的电感和电容回路上，会引起高频振荡过电压，非故障相的过电压幅值一般可达３．５倍的相电压，这种过电压是系统对地电容的电荷多次不断积累和重新再分配形成的，对中性点非接地系统的设备危害极大。2.1.2弧光接地的防范措施

中性点经消弧线圈接地的保护方式，其主要原理是利用电感电流与电容电流在相位上差１８０度的原理对接地相的电容电流进行补偿，在中性点加装消弧线圈补偿电容电流来抑制故障点弧光发生的机率，但由于消弧线圈的自身的条件限制，很难对电容电流做到理想的补偿，特别是高频分量部分对供电设备造成的危害无法克服。

2.2消弧过电压保护装置的原理及作用2.2.1消弧装置原理

消弧过电压保护装置ＸＨＧ原理为：一旦发生弧光接地过电压，控制器向故障相真空接触器发出合闸命令，故障相真空接触器在几十ｍｓ内快速动作，立即将弧光接地转化为金属接地，之后故障点因弧压为零而立即熄弧，非故障相过电压稳定在额定线电压，可以长时间安全运行。

2.2.2消弧装置主要元件及其作用

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【作者简介】周新胜（1969－），男，工程师，主要从事发电厂电气管理工作

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（１）电压互感器：为装置提供被保护系统的二次电压和辅助二次电压信号。

（２）微机控制器ＺＫ：根据电压互感器提供的信号，金属接地、弧光接地）和相别，判断故障类别（ＰＴ断线、向控制室或微机监控系统发出故障信号，当发生弧光接地时在２０ｍｓ之内向故障相真空接触器发出动作命令。

（３）交流真空快速接触器ＪＺ：在接到微机控制器的动作命令后的１０ｍｓ之内完成合闸动作，使弧光接地故障在３０ｍｓ之内快速转化为金属性接地。

（４）三相组合式过电压保护器ＴＢＰ：将相对地和相与相之间的各种过电压限制在设备绝缘允许的较低的水平。

（５）高压隔离开关：用来控制装置的投运和退出，在装置需要检修或调试时，与系统隔离并形成明显的断开点。

（６）高压限流熔断器组件ＦＵＲ：当由于装置内部故障或人员误接线等原因导致装置误判断时，可在１～２ｍｓ之内快速实现截流，并将装置退出，避免造成两相短路的后果。

（７）零序ＣＴ和接地电流表：在装置动作时，通过接地电流表可较准确地读出系统的单项接地电流。

３小电流选线装置

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速、准确的数据处理能力实现傅立叶分析，其选相准并结合系统母线三相确。通过对ＰＴ三相电压及频率，

电压，对电网各种接地状态能快速分析，准确地辨出：电网弧光接地、过渡过程及单相金属接地，该装置具有很高兼容性。消弧控制器硬件原理框图如下：主要由信号采集板、消弧功能输出板、显示键盘板、ＣＰＵ主板、电源板等组成。

发生单相接地时，传统的处理方式为逐条线路拉闸停电来判断故障线路，这样会造成长时间的停电，不利于系统安全运行。国内从２Ｏ世纪５Ｏ年代就开始了对接地保护原理和装置的研究，并相继推出了几代产目前国内的选线装置主要基于零序电流原理、首半品。

零序功率方向原理和特殊电流信号原理，单靠波原理、

一种方法不可能排除误选和漏选，这也许是目前许多接地选线装置动作正确率不高的主要原因。3.1小电流接地选线装置

乌石化电网采用的小电流选线装置是安徽正广电电力技术有限公司的产品，型号为ＫＬＭＸ－Ｄ２／３６。消弧及过电压保护装置与小电流选线装置配合使用，可完下面将以四条线路为例，对本装置在成自动选线功能。

配合工作方式下的最大增量法方案做一简单介绍：

本装置在启动工作后，当发生接地时，零序电压会

消弧装置一次原理接线图

触发本机进入采集状态采集各回路零序电流，取出数据后进行第一阶段运算。如１、２、３、４号线的电流分别为－１５Ａ、＋４Ａ、＋５Ａ、＋６Ａ。

此时消弧设备判断接地类型，如果是金属接地，消弧设备不动作；如果是弧光接地，消弧设备把弧光接地强行变为金属接地，本机再进行采集状态采集各回路

2.2.3消弧控制器功能、特点及原理：

微机消弧控制器选用ＫＬＭ－８８３０型，该产品是采用３２位ＤＳＰ（２８１２Ｆ）作为主控制的，并采用双ＣＰＵ工作，将微机保护技术用于电网消弧装置，利用ＤＳＰ的快

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零序电流，根据本次数据进行第二阶段运算。如果是金２、３、４号线的电流将可能约为属接地，此时接地１、

－１５Ａ、＋４Ａ、＋５Ａ、＋６Ａ，故障线（１号线）电流与非故障线如果是弧光接电流相反且至较大，故可直接判断选线。２、３、４号线的电流方向一致，可能约为地，此时接地１、＋４Ａ、＋５Ａ、＋６Ａ，此时四条线路电流分别与第一阶＋５Ａ、

０Ａ、０Ａ、０Ａ，故障线（１号线）的增量为２０Ａ，是增量最大的一路线，即可选出故障线路。3.1.1性能及特点：

本装置针对国内其它小电流选线设备对弧光接地判断准确率低的情况，采用了先进的最大增量法进行弧光的选线判断。针对不同情况可有三种方案进行选线。４消弧过电压保护装置与小电流选线装置的运行情况及案例分析

３５ｋＶ消弧过电压及小电流选线装置２００４年１１月经现场调试后投入乌石化电网运行。自投运起，运行正常，２００５年６月２６日水源一线发生接地短路事件中，正确判断为金属接地，且准确选出接地线路；２００７年６月２５日电网系统发生Ａ相弧光接地，３分钟演变为Ｃ相金属接地，装置Ａ相快熔保险迅速动作，同时准确选出接地线路。

但近二年来，小电流选线装置在３５ｋＶ系统发生接地故障时也发生过几起误选择线路的情况，经分析和Ⅱ号站小电流选询问厂家，主要原因为原有３５ｋＶⅠ、线装置由于设计原因只能采集部分线路的零序电流量，在运行方式发生变化时部分线路的接地故障无法判断及正确选线，且控制器内部元件易发生故障影响选线精度，同时，随着技术发展，如今消弧及小电流选线装置产品在软件及硬件上都做了不少的改进，为了消除设备老化、运行设备更新及所需配套设备技术升级等存在的隐患，２０１２年１１月乌石化电网对３５ｋＶ消弧过电压及小电流选线装置进行了升级改造，将消弧过电压控制器升级为ＫＬＭ－８８３０型，小电流选线装置升级为ＫＬＭＸ－Ｄ２／３６型。4.1案例分析

４．１．１故障现象、过程：

（１）２０１３年３月１８日８：１７：３８乌石化电网３５ｋＶ“３５ｋＶ１、２号站一母接地报警，零序电压后台报警：

＝１０４Ｖ，建南二线小电流接地”，８：１８：０８后台报警：１、２

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号站１号分段开关“装置报警、接地报警”，就地检查消Ｕｂ：１０７．３２Ｖ、Ｕｃ：弧装置显示Ａ相金属接地Ｕａ：０．６４Ｖ、１０８．１６Ｖ，小电流接地选线装置电流显示０．４８Ａ。

（２）８：２３：３３３５ｋＶ后台报警，３ｋＶ加氢二线跳闸，“差动保护”动作，３５ｋＶ后台报警显示接地报警复显示

归（８：２３：４０），检查３５ｋＶ相电压正常，故障现象消失４．１．２故障过程分析：本次故障动作条件与现场模拟实验时输入参数一致。现场模拟实验条件：从每一路零序ＣＴ一次通入若干Ａ电流，使二次产生０．０２Ａ－２Ａ的电流，并从与此线路相应的零序电压处输入３０Ｖ－１００Ｖ电压即可模拟选线实验，本次故障建南二线零序电流＝０．４８Ａ，零序电压＝１０４Ｖ。

４．１．３故障原因分析：生活二线（由建南二线引出）发生Ａ相金属性接地，选线装置、消弧过电压装置正确动作，由于此时建南二线与加氢二线在同一母线，３５ｋＶ系统Ｂ、Ｃ电压升高，造成加氢二线电缆薄弱点击穿，加氢二线差动保护动作，整个过程为５分５５秒。从大减载后台机报警看出，加氢二线、生活二线同时跳闸、３５ｋＶ系统接地消失。

乌石化电网小电流选线装置原采用最大幅值判断逻辑，由于建南线本身正常运行时就有较大的零序电给人流（６－８Ａ），在小电流装置判断过程中容易误判断、造成干扰（２０１２年４月１８日发生系统接地时即如此），所以３５ｋＶ系统发生接地时需到就地进行确认，此过程一般需要５－１０分钟，鉴于此情况２０１２年１１月改造过程中采取了提高门槛值的手段，通过本次异常确认小电流选线装置已可以成功躲开建南线零序电流干扰、正确选线。