劉文波 高佩忠 王學(xué)衛(wèi) 聶萬(wàn)慶

勝利石油管理局有限公司 電力分公司 山東東營(yíng) 257000

油田6 kV～35 kV配電網(wǎng)大多采用小電流接地運(yùn)行方式,為了保證供電的可靠性,發(fā)生單相接地故障時(shí),應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確判別出接地線(xiàn)路。目前,勝利油田所轄變電站主要采用TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置,筆者對(duì)TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置的注入電流進(jìn)行分析。

1 TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置原理

TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置引入“S注入”法選線(xiàn),提高了高阻接地的選線(xiàn)正確率[1]。在TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置中,信號(hào)注入選線(xiàn)和接地暫態(tài)量自動(dòng)選線(xiàn)是兩個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)[2],兩者的工作回路沒(méi)有關(guān)聯(lián)。由此,可以認(rèn)為T(mén)Y系列小電流接地選線(xiàn)裝置是兩套系統(tǒng)的組合。筆者主要分析信號(hào)注入選線(xiàn)系統(tǒng)的注入電流值。

信號(hào)注入選線(xiàn)系統(tǒng)采用一個(gè)內(nèi)阻為定值,頻率為196 Hz或220 Hz,電流大小為3～5 A的電流源。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí),電流源向電壓互感器二次側(cè)注入電流,電壓互感器二次側(cè)耦合至一次側(cè),通過(guò)線(xiàn)路的接地點(diǎn)與大地形成回路,在線(xiàn)路接地相產(chǎn)生持續(xù)的定值高頻電流。通過(guò)專(zhuān)用的信號(hào)電流探測(cè)器對(duì)注入電流進(jìn)行尋蹤,最終可以確定接地線(xiàn)路和故障點(diǎn)[3]。

2 電壓互感器短路阻抗

TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置的標(biāo)稱(chēng)注入電流為3～5 A,電流注入電壓互感器二次側(cè),在二次側(cè)回路中流過(guò)的實(shí)際注入電流需要通過(guò)分析計(jì)算獲得。要想得到實(shí)際注入電流,首先要獲得電壓互感器的短路阻抗[4]。為此,進(jìn)行了電壓互感器短路阻抗試驗(yàn)。電壓互感器短路阻抗試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 電壓互感器短路阻抗試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)10 kV電壓互感器進(jìn)行短路阻抗試驗(yàn),10 kV電壓互感器一次、二次繞組的變比為100(10 kV/100 V),電壓互感器原邊、副邊阻抗折合因數(shù)為10 000,測(cè)得50 VA繞組的短路阻抗為32 000 Ω,折算至二次側(cè)短路阻抗為3.2 Ω。

對(duì)6kV電壓互感器進(jìn)行短路阻抗試驗(yàn),6 kV電壓互感器一次、二次繞組的變比為60(6 kV/100 V),電壓互感器原邊、副邊阻抗折合因數(shù)為3 600,測(cè)得50 VA繞組的短路阻抗為14 000 Ω,折算至二次側(cè)短路阻抗為3.89 Ω。

3 不同電壓互感器接線(xiàn)方式下注入電流

勝利油田變電站6 kV～10 kV系列電壓互感器(PT)主要采用三種接線(xiàn)方式,分別為3PT接線(xiàn)、帶零序電壓互感器的4PT接線(xiàn)、中性點(diǎn)帶一次消諧裝置的PT接線(xiàn)[5]。分析計(jì)算不同接線(xiàn)方式下TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置向電壓互感器二次側(cè)注入電流為3 A時(shí),流過(guò)電壓互感器的實(shí)際注入電流。

3.1 3PT接線(xiàn)方式

當(dāng)10 kV系列電壓互感器采用3PT接線(xiàn)方式時(shí),若系統(tǒng)發(fā)生接地,則TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置的發(fā)訊機(jī)向電壓互感器二次側(cè)注入3 A、220 Hz高頻電流。發(fā)訊機(jī)相當(dāng)于一個(gè)電流源,其內(nèi)阻阻抗為8 Ω,電流源的電壓為24 V。

3PT接線(xiàn)方式下電流注入如圖1所示,折算至二次側(cè)等效電路如圖2所示。

10 kV系統(tǒng)C相接地時(shí),TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置實(shí)際注入電流IZ10為:

IZ10=US/(ZS+4ZT10+4ZXL+Zjd)=1.15 A

圖1 3PT接線(xiàn)方式下電流注入

圖2 3PT接線(xiàn)方式電流注入折算至二次側(cè)等效電路

式中:US為電流源電壓,US=24 V;ZS為電流源內(nèi)阻,ZS=8 Ω;ZT10為10 kV電壓互感器短路阻抗,ZT10=3.2 Ω;ZXL為線(xiàn)路阻抗;Zjd為接地點(diǎn)阻抗。

10 kV線(xiàn)路單位長(zhǎng)度阻抗為0.4 Ω/km,線(xiàn)路長(zhǎng)度為20 km,則線(xiàn)路阻抗為8 Ω。接地阻抗一般為1 kΩ。將線(xiàn)路阻抗、接地阻抗折算至二次側(cè),折合因數(shù)為10 000,折合后ZXL為0.000 8 Ω,Zjd為0.1 Ω,阻抗值很小,計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)。

同樣可以計(jì)算出6 kV系統(tǒng)C相接地時(shí),實(shí)際注入電流IZ6為:

IZ6=US/(ZS+4ZT6+4ZXL+Zjd)=1.02 A

式中:ZT6為6 kV電壓互感器短路阻抗,ZT6=3.89 Ω。

經(jīng)過(guò)計(jì)算,3PT接線(xiàn)方式下,10 kV系統(tǒng)單相接地時(shí),實(shí)際注入電流為1.15 A,6 kV系統(tǒng)單相接地時(shí),實(shí)際注入電流為1.02 A。

3.2 4PT接線(xiàn)方式

當(dāng)6 kV～10 kV系統(tǒng)電壓互感器采用帶零序電壓互感器的4PT接線(xiàn)方式時(shí),由于增加了一個(gè)電壓互感器,使阻抗增大,因此接地時(shí)電流源內(nèi)阻阻抗為8 Ω靈敏度不夠。將電流源內(nèi)阻阻抗增大至12 Ω,電流源的電壓為36 V。

4PT接線(xiàn)方式下電流注入如圖3所示,折算至二次側(cè)等效電路如圖4所示。

圖3 4PT接線(xiàn)方式下電流注入

圖4 4PT接線(xiàn)方式電流注入折算至二次側(cè)等效電路

10 kV系統(tǒng)C相接地時(shí),TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置實(shí)際注入電流IZ10為:

IZ10=US/(ZS+4ZT10+4Z010+4ZXL+Zjd)

=0.96 A

式中:Z010為零序電壓互感器短路阻抗,Z010=3.2 Ω。

同樣可以計(jì)算出6 kV系統(tǒng)C相接地時(shí),實(shí)際注入電流IZ6為:

IZ6=US/(ZS+4ZT6+4Z06+4ZXL+Zjd)

=0.83 A

式中:Z06為零序電壓互感器短路阻抗,Z06=3.89 Ω。

經(jīng)過(guò)計(jì)算,帶零序電壓互感器的4PT接線(xiàn)方式下,10 kV系統(tǒng)單相接地時(shí),實(shí)際注入電流為0.96 A,6 kV系統(tǒng)單相接地時(shí),實(shí)際注入電流為0.83 A。

3.3 帶一次消諧裝置PT接線(xiàn)方式

當(dāng)6 kV～10 kV系統(tǒng)電壓互感器采用中性點(diǎn)帶一次消諧裝置的PT接線(xiàn)方式時(shí),電流注入如圖5所示,折算至二次側(cè)等效電路如圖6所示。

圖5 帶一次消諧裝置PT接線(xiàn)方式下電流注入

圖6 帶一次消諧裝置PT接線(xiàn)方式電流注入折算至二次側(cè)等效電路

10 kV系統(tǒng)C相接地時(shí),TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置實(shí)際注入電流IZ10為:

IZ10=US/(ZS+4ZT10+4ZXL+Zjd+ZY)

=0.9 A

式中:ZY為一次消諧裝置短路阻抗。

一次消諧裝置的阻抗接近阻性,為了定性說(shuō)明問(wèn)題,方便計(jì)算,作為感抗處理,ZY取估算值15 Ω。

同樣可以計(jì)算出6 kV系統(tǒng)C相接地時(shí),實(shí)際注入電流IZ6為:

IZ6=US/(ZS+4ZT6+4ZXL+Zjd+ZY)

=0.85 A

經(jīng)過(guò)計(jì)算,中性點(diǎn)帶一次消諧裝置的PT接線(xiàn)方式下,10 kV系統(tǒng)單相接地時(shí),實(shí)際注入電流為0.9 A,6 kV系統(tǒng)單相接地時(shí),實(shí)際注入電流為0.85 A。

由于采用定性計(jì)算,沒(méi)有考慮感性和阻性的相位,因此如果考慮實(shí)際相位關(guān)系,三種電壓互感器接線(xiàn)方式下實(shí)際注入電流會(huì)比上述計(jì)算值大一些。

4 實(shí)際注入電流限值

目前勝利油田變電站內(nèi)6 kV～10 kV電壓互感器一般采用干式電壓互感器,按照干式電壓互感器的運(yùn)行規(guī)定,當(dāng)負(fù)荷電流高于1.1倍額定電流時(shí),運(yùn)行時(shí)間不得長(zhǎng)于2 h[6-7]。6 kV～10 kV電壓互感器注入電流的測(cè)量繞組容量一般為50 VA,二次側(cè)額定電流為0.866 A,1.1倍二次側(cè)額定電流為0.952 6 A。因此,當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)單相接地時(shí),TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置向電壓互感器二次側(cè)的實(shí)際注入電流不宜高于0.952 6 A。

5 增大注入電流的影響

6 kV～10 kV系統(tǒng)發(fā)生接地,TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置向電壓互感器二次側(cè)注入5 A、220 Hz高頻電流,計(jì)算不同電壓互感器接線(xiàn)方式下的實(shí)際注入電流,由此分析增大注入電流的影響。

3PT接線(xiàn)方式下,10 kV系統(tǒng)單相接地,實(shí)際注入電流為1.92 A,6 kV系統(tǒng)單相接地,實(shí)際注入電流為1.7 A。帶零序電壓互感器的4PT接線(xiàn)方式下,10 kV系統(tǒng)單相接地,實(shí)際注入電流為1.6 A,6 kV系統(tǒng)單相接地,實(shí)際注入電流為1.39 A。中性點(diǎn)帶一次消諧裝置的PT接線(xiàn)方式下,10 kV系統(tǒng)單相接地,實(shí)際注入電流為1.5 A,6 kV系統(tǒng)單相接地,實(shí)際注入電流為1.4 A。

不同電壓互感器接線(xiàn)方式下,系統(tǒng)單相接地時(shí)TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置注入電流匯總見(jiàn)表2。

表2 單相接地時(shí)注入電流匯總

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出,將TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置向電壓互感器二次側(cè)的注入電流由3 A增大為5 A時(shí),實(shí)際注入電流最小值為1.39 A,最大值達(dá)到1.92 A,均高于1.1倍電壓互感器二次側(cè)額定電流。若系統(tǒng)接地時(shí)間長(zhǎng),容易引起電壓互感器發(fā)熱,使電壓互感器絕緣劣化,嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電壓互感器。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)TY系列小電流接地選線(xiàn)裝置注入電流分析可見(jiàn),無(wú)論采用何種電壓互感器接線(xiàn)方式,發(fā)生系統(tǒng)單相接地時(shí),TY系列接地選線(xiàn)裝置向電壓互感器二次側(cè)注入的電流不宜高于3 A,這樣基本不影響電壓互感器的正常運(yùn)行,否則若系統(tǒng)接地時(shí)間長(zhǎng),容易引起電壓互感器發(fā)熱、絕緣劣化,嚴(yán)重時(shí)可能燒毀電壓互感器。