石曉亮，張 娟

(昊華駿化集團(tuán)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(tuán)股份有限公司一分公司目前有5臺(tái)110 kV變壓器給整個(gè)配電系統(tǒng)供電，系統(tǒng)分為東區(qū)、西區(qū)和一個(gè)6 kV系統(tǒng)，有如下特征：①5臺(tái) 110 kV變壓器，10 kV側(cè)連接在東變電站和西變電站等一級(jí)母線，長期并聯(lián)運(yùn)行(很少分列)，電容電流約80 A；②各站一級(jí)母線帶有二級(jí)、三級(jí)、甚至四級(jí)母線，分支很多，各站電源相互交叉聯(lián)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜；③各級(jí)配電站有17座，站間距離遠(yuǎn)，要求各站信息集中于西站分析；④系統(tǒng)線路老舊，當(dāng)出現(xiàn)單相接地的時(shí)候，非故障相電纜絕緣容易對(duì)地?fù)舸甬愊嘟拥囟搪坊蛘叱霈F(xiàn)其他二次故障。

近幾年來，因?yàn)樯a(chǎn)負(fù)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(jì)，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(jìn)措施

經(jīng)過廣泛的調(diào)研和考察結(jié)合日?？偨Y(jié)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了小電流接地選線跳閘保護(hù)系統(tǒng)對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)迅速準(zhǔn)確地選出弧光接地、金屬接地、高阻接地、瞬時(shí)接地、永久接地、間歇性接地等各種接地故障線路，并實(shí)施保護(hù)，防止事故擴(kuò)大化，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。選用的小電流選線跳閘保護(hù)系統(tǒng)的主要技術(shù)方案如下。

2.1 母線的改造

一級(jí)母線選用ZN05A智能電抗器接地保護(hù)裝置，二級(jí)及以下各級(jí)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(jìn)行解析。整個(gè)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(jí)母線各配1套ZN05A電抗器接地保護(hù)裝置，二級(jí)及以下各級(jí)母線配置NZXT選線跳閘裝置17套，選線裝置配置點(diǎn)數(shù)共計(jì)283個(gè)。

2.2 智能單相接地保護(hù)

ZN05A智能電抗器接地保護(hù)裝置與NZXT智能小電流選線跳閘裝置均具有獨(dú)創(chuàng)的單相接地判據(jù)，能夠準(zhǔn)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(shí)性、永久性還是間歇性，提供一一對(duì)應(yīng)的最佳保護(hù)策略。對(duì)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(fù)正常運(yùn)行；對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障，保護(hù)選相選線報(bào)警；對(duì)于永久性單相接地故障，保護(hù)選相選線，按設(shè)定時(shí)間啟動(dòng)故障線路跳閘；對(duì)于持續(xù)間歇性高阻或弧光接地故障，保護(hù)選相選線、統(tǒng)計(jì)故障發(fā)生的次數(shù)和頻度，達(dá)到保護(hù)設(shè)定的參數(shù)，即啟動(dòng)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(jí)母線選線，通訊上傳，以末端為準(zhǔn)。如此組合，既可避免單一判據(jù)帶來的局限性，又可相對(duì)縮短選線的時(shí)間。

其優(yōu)點(diǎn)如下：①判據(jù)具有“水漲船高”的優(yōu)點(diǎn)，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式、長短線、接地電阻的影響，選線準(zhǔn)確率≥98%；②能夠準(zhǔn)確選出高阻接地線路；③能夠同時(shí)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(jí)母線選線跳閘

保護(hù)整定原則：①下級(jí)母線選線跳閘裝置的動(dòng)作時(shí)間小于上級(jí)母線的工作時(shí)間；②單擊線自動(dòng)速跳；③帶下級(jí)母線的出線選相選線告警，人工跳閘。當(dāng)上級(jí)母線的選線跳閘裝置和與之相連的下級(jí)母線選線跳閘裝置同時(shí)判有永久或持續(xù)間歇性接地故障時(shí)，下級(jí)母線的選線跳閘保護(hù)先動(dòng)作跳開接地饋線，若上、下級(jí)母線裝置均判斷故障消除，則系統(tǒng)恢復(fù)正常；若仍判斷有故障，再做相應(yīng)保護(hù)。若此保護(hù)策略能迅速找到故障點(diǎn)，并切除故障，可將故障影響范圍縮到最小。各級(jí)母線保護(hù)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(tái)，進(jìn)行保存、解析和判斷處理[3]。

2.5 通信及后臺(tái)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(tái))通信。由于各站點(diǎn)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(shè)。為了避免干擾和長距離的電纜信號(hào)衰減，站點(diǎn)和監(jiān)控屏之間的通信采用光纖傳輸。在各站點(diǎn)的裝置端，利用光纖轉(zhuǎn)換器將RS485電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)；在監(jiān)控屏端，通過光纖轉(zhuǎn)換器再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS485電信號(hào)，并通過RS485-232轉(zhuǎn)換為RS232信號(hào)與監(jiān)控屏內(nèi)主機(jī)上的RS232串口相連。主機(jī)內(nèi)的監(jiān)控關(guān)鍵(NZIM信息處理平臺(tái))通過操控RS232接口，監(jiān)聽、控制各個(gè)裝置，獲取其遙測(cè)、通信，并進(jìn)行校時(shí)、復(fù)歸、定值設(shè)置等操作。

2.6 系統(tǒng)電容電流測(cè)定、饋線零序CT極性校驗(yàn)

選線跳閘裝置能夠及時(shí)測(cè)量接入的各饋線電容電流幅值和相位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線零序CT極性在線校驗(yàn)功能，并能準(zhǔn)確測(cè)定系統(tǒng)電容電流。裝置的微機(jī)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(yīng)的選相選線報(bào)警或者跳閘保護(hù)、投(退)電抗器接地滅弧保護(hù)。

2.6.1 高阻接地判斷和保護(hù)

智能電抗器接地保護(hù)裝置設(shè)有依據(jù)單相接地各相電壓偏移軌跡數(shù)學(xué)模型的科學(xué)判據(jù)，能夠準(zhǔn)確判別低阻、中阻和高阻接地故障相，實(shí)施有效的保護(hù)；特別是對(duì)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(zhǔn)確判斷并提供有效的保護(hù)。能夠預(yù)防因絕緣下降引起的弧光接地故障，并為準(zhǔn)確接地選線提供了基礎(chǔ)。

2.6.2 故障相經(jīng)電抗器接地滅弧原理

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，3只真空開關(guān)均處于分?jǐn)酄顟B(tài)，電抗器對(duì)系統(tǒng)無任何影響。當(dāng)判定單相弧光接地發(fā)生，立刻驅(qū)動(dòng)故障相的開關(guān)閉合，將故障相通過電抗器接地，此時(shí)故障相電壓受電抗器對(duì)地電壓鉗制，故障電流被電抗器旁路，消弧有效率可達(dá)100%。故障消除后，電抗器退出，母線恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.6.3 選線原理和特點(diǎn)

裝置在準(zhǔn)確判斷各種接地故障的基礎(chǔ)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(dāng)判斷單相接地發(fā)生，啟動(dòng)對(duì)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(duì)縮短選線的時(shí)間，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①不受系統(tǒng)運(yùn)行方式、長短線及接地電阻的影響；②能夠準(zhǔn)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(shí)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(yīng)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?yàn)槭歉脑祉?xiàng)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(yīng)以母線流向線路為正。

3 改造效果

所用設(shè)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(gè)月的運(yùn)行過程中，因生產(chǎn)負(fù)荷過大不穩(wěn)定發(fā)出報(bào)警4次，經(jīng)及時(shí)處理，均得到有效控制。連續(xù)運(yùn)行幾個(gè)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(xiàng)每月可減少損失至少800萬元。

4 結(jié)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(fù)荷的穩(wěn)定有很大關(guān)系，只有做到負(fù)荷波動(dòng)小、系統(tǒng)穩(wěn)定，才能杜絕事故發(fā)生，保證整個(gè)裝置安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 王進(jìn)野,王其軍,牟龍華.基于故障相電流的接地選線保護(hù)原理及應(yīng)用研究[J].煤礦機(jī)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(hù)裝置[J].低壓電器,2008(15):29- 32.

[3] 李修良,陸永耕.補(bǔ)償電網(wǎng)接地選線保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)[J].能源技術(shù)與管理,2001(4):51- 52.