石曉亮，張 娟

(昊華駿化集團股份有限公司，河南駐馬店 463000)

1 原有裝置存在的問題

昊華駿化集團股份有限公司一分公司目前有5臺110 kV變壓器給整個配電系統(tǒng)供電，系統(tǒng)分為東區(qū)、西區(qū)和一個6 kV系統(tǒng)，有如下特征：①5臺 110 kV變壓器，10 kV側連接在東變電站和西變電站等一級母線，長期并聯(lián)運行(很少分列)，電容電流約80 A；②各站一級母線帶有二級、三級、甚至四級母線，分支很多，各站電源相互交叉聯(lián)絡，網(wǎng)絡復雜；③各級配電站有17座，站間距離遠，要求各站信息集中于西站分析；④系統(tǒng)線路老舊，當出現(xiàn)單相接地的時候，非故障相電纜絕緣容易對地擊穿，引起異相接地短路或者出現(xiàn)其他二次故障。

近幾年來，因為生產(chǎn)負荷不斷加大，造成電力系統(tǒng)高壓電纜事故頻發(fā)，每月跳閘至少3次，夏季跳閘次數(shù)更多；電力系統(tǒng)跳閘后，工藝氣體無法輸送。為了防止系統(tǒng)壓力過高發(fā)生爆炸、瞬間排放造成環(huán)境污染以及停車期間安全事故頻發(fā)，每次停車直接損失260萬元以上。據(jù)統(tǒng)計，80%的電纜事故都是由于單相接地線路查找困難，最終造成相間短路。

2 改進措施

經(jīng)過廣泛的調(diào)研和考察結合日?？偨Y的經(jīng)驗，設計了小電流接地選線跳閘保護系統(tǒng)對供電系統(tǒng)進行改造，以實現(xiàn)迅速準確地選出弧光接地、金屬接地、高阻接地、瞬時接地、永久接地、間歇性接地等各種接地故障線路，并實施保護，防止事故擴大化，保障系統(tǒng)安全運行。選用的小電流選線跳閘保護系統(tǒng)的主要技術方案如下。

2.1 母線的改造

一級母線選用ZN05A智能電抗器接地保護裝置，二級及以下各級母線選用NZXT智能選線跳閘裝置，監(jiān)控分為東變電站和西變電站，通過通訊系統(tǒng)，數(shù)據(jù)最終傳到西變電站進行解析。整個供電系統(tǒng)中配備了東變電站、西變電站和6 kV系統(tǒng)的一級母線各配1套ZN05A電抗器接地保護裝置，二級及以下各級母線配置NZXT選線跳閘裝置17套，選線裝置配置點數(shù)共計283個。

2.2 智能單相接地保護

ZN05A智能電抗器接地保護裝置與NZXT智能小電流選線跳閘裝置均具有獨創(chuàng)的單相接地判據(jù)，能夠準確判斷各種接地故障性質(zhì)(弧光、金屬、高阻)和故障相，并且能夠區(qū)分接地故障是瞬時性、永久性還是間歇性，提供一一對應的最佳保護策略。對于弧光接地故障，ZN05A裝置將故障相母線經(jīng)電抗器接地滅弧，故障消除后，電抗器退出，母線恢復正常運行；對于瞬時性單相接地故障，保護選相選線報警；對于永久性單相接地故障，保護選相選線，按設定時間啟動故障線路跳閘；對于持續(xù)間歇性高阻或弧光接地故障，保護選相選線、統(tǒng)計故障發(fā)生的次數(shù)和頻度，達到保護設定的參數(shù)，即啟動故障線路跳閘[1-2]。

2.3 多重判據(jù)組合

接地選線采用多重判據(jù)：①零序電流群體比幅比相；②零序電流與零序電壓的相位比較；③多級母線選線，通訊上傳，以末端為準。如此組合，既可避免單一判據(jù)帶來的局限性，又可相對縮短選線的時間。

其優(yōu)點如下：①判據(jù)具有“水漲船高”的優(yōu)點，不受系統(tǒng)運行方式、長短線、接地電阻的影響，選線準確率≥98%；②能夠準確選出高阻接地線路；③能夠同時選出一條以上的接地線路；④能夠區(qū)分饋線和母線接地。

2.4 多級母線選線跳閘

保護整定原則：①下級母線選線跳閘裝置的動作時間小于上級母線的工作時間；②單擊線自動速跳；③帶下級母線的出線選相選線告警，人工跳閘。當上級母線的選線跳閘裝置和與之相連的下級母線選線跳閘裝置同時判有永久或持續(xù)間歇性接地故障時，下級母線的選線跳閘保護先動作跳開接地饋線，若上、下級母線裝置均判斷故障消除，則系統(tǒng)恢復正常；若仍判斷有故障，再做相應保護。若此保護策略能迅速找到故障點，并切除故障，可將故障影響范圍縮到最小。各級母線保護裝置的通信和通信信息都將通過光纖傳送到監(jiān)控屏上的信息處理平臺，進行保存、解析和判斷處理[3]。

2.5 通信及后臺監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)通信采用RS485通信方式與NZJK監(jiān)控屏(信息處理平臺)通信。由于各站點距離不同，特別是沒有專用的通信線槽，通信線要與高壓電纜一同鋪設。為了避免干擾和長距離的電纜信號衰減，站點和監(jiān)控屏之間的通信采用光纖傳輸。在各站點的裝置端，利用光纖轉換器將RS485電信號轉換為光信號；在監(jiān)控屏端，通過光纖轉換器再將光信號轉換為RS485電信號，并通過RS485-232轉換為RS232信號與監(jiān)控屏內(nèi)主機上的RS232串口相連。主機內(nèi)的監(jiān)控關鍵(NZIM信息處理平臺)通過操控RS232接口，監(jiān)聽、控制各個裝置，獲取其遙測、通信，并進行校時、復歸、定值設置等操作。

2.6 系統(tǒng)電容電流測定、饋線零序CT極性校驗

選線跳閘裝置能夠及時測量接入的各饋線電容電流幅值和相位，從而實現(xiàn)對饋線零序CT極性在線校驗功能，并能準確測定系統(tǒng)電容電流。裝置的微機控制器采集母線的三相電壓、零序電壓，本段母線所有饋線的零序電流，根據(jù)這些電壓量、電流量及頻率的變化，判斷系統(tǒng)的狀況，并做出相應的選相選線報警或者跳閘保護、投(退)電抗器接地滅弧保護。

2.6.1 高阻接地判斷和保護

智能電抗器接地保護裝置設有依據(jù)單相接地各相電壓偏移軌跡數(shù)學模型的科學判據(jù)，能夠準確判別低阻、中阻和高阻接地故障相，實施有效的保護；特別是對以往難以判斷的架空線路斷線、電纜線路受潮、絕緣老化等高阻接地故障，可做出準確判斷并提供有效的保護。能夠預防因絕緣下降引起的弧光接地故障，并為準確接地選線提供了基礎。

2.6.2 故障相經(jīng)電抗器接地滅弧原理

系統(tǒng)正常運行時，3只真空開關均處于分斷狀態(tài)，電抗器對系統(tǒng)無任何影響。當判定單相弧光接地發(fā)生，立刻驅(qū)動故障相的開關閉合，將故障相通過電抗器接地，此時故障相電壓受電抗器對地電壓鉗制，故障電流被電抗器旁路，消弧有效率可達100%。故障消除后，電抗器退出，母線恢復正常運行。

2.6.3 選線原理和特點

裝置在準確判斷各種接地故障的基礎上，采用了零序電流群體比幅比相加零序電壓相位的選線原理：當判斷單相接地發(fā)生，啟動對所有饋線的零序電流幅值排序，取幅值大的前4條饋線零序電流相比，若某電流與其他電流方向相反，并滯后零序電壓相位90°，則判定該線路接地，否則為母線接地。此方法為多重判據(jù)，既可避免單一判據(jù)帶來的局限性，又可相對縮短選線的時間，具有以下優(yōu)點：①不受系統(tǒng)運行方式、長短線及接地電阻的影響；②能夠準確選出高阻接地線路，門檻值低至零序電流20 mA、3U0≥10 V；③能夠同時選出不止一條的接地線路；④能夠區(qū)分饋線和母線接地。

為在故障情況下獲取較大的故障二次電流特征量數(shù)值，零序電流互感器的變比應選擇盡可能的小，精度盡可能的高，最好加裝專用的選線型零序電流互感器。因為是改造項目，所以還要考慮其安裝難度，選用開口型的零序電流互感器，注意零序電流方向均應以母線流向線路為正。

3 改造效果

所用設備在2016年7月完成安裝調(diào)試，8月開車后投入系統(tǒng)，在7個月的運行過程中，因生產(chǎn)負荷過大不穩(wěn)定發(fā)出報警4次，經(jīng)及時處理，均得到有效控制。連續(xù)運行幾個月，沒有發(fā)生過跳閘事故，徹底避免了因跳閘造成的環(huán)保事故，員工得到安全保障，生產(chǎn)效益大幅提升，僅此一項每月可減少損失至少800萬元。

4 結語

通過一系列改造，跳閘事故大幅降低了，但電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定與裝置負荷的穩(wěn)定有很大關系，只有做到負荷波動小、系統(tǒng)穩(wěn)定，才能杜絕事故發(fā)生，保證整個裝置安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷的運行。

參考文獻

[1] 王進野,王其軍,牟龍華.基于故障相電流的接地選線保護原理及應用研究[J].煤礦機電,2005(5):36- 38.

[2] 趙法超,牟龍華.基于故障錄波分析的小電流接地選線保護裝置[J].低壓電器,2008(15):29- 32.

[3] 李修良,陸永耕.補償電網(wǎng)接地選線保護裝置的設計[J].能源技術與管理,2001(4):51- 52.