单相接地故障管理系统在配网的应用-9

单相接地故障管理系统在配电网中的应用（单相接地故障无事故停电处理）小电流接地方式因其高供电可靠性是目前电力系统配电网的主流接地方式。该接地方式的高供电可靠性主要源于：临时性单相接地故障的可自愈性和永久性单相接地故障的可持续供电性。对于临时性单相接地故障可以通过消弧线圈等方式来帮助其消除接地故障点，恢复正常运行状态；对于永久性单相接地故障则可采用接地触点消弧方式把接地故障相直接接地，这样就将配电系统从正常供电模式转换成了单相接地供电模式，以满足国标规定的继续安全供电2小时的要求。通过接地触点消弧的方式可以迅速将故障点电流转移到接地消弧触点上，这样既可以快速消除单相接地故障时可能出现的高倍数间隙性弧光过电压，又可以减少接地故障点的烧蚀，防止事故扩大化，是一种行之有效的单相接地故障处理方式。但是，在临时性单相接地故障自愈的过程中或在单相接地供电模式的运行中往往会因处理不当而造成事故扩大化，导致事故停电。综述：一．接地故障点工况复杂，故障信号弱小且不明确。造成单相接地故障选线准确率低，故障定位困难二．电缆化率提高后永久性单相接地故障比例增大，消弧线圈不能消除永久性单相接地故障。即使是在消弧线圈把故障点电流补偿到满足国标要求的10A以下，仍可能出现事故扩大化或引发火灾等灾难性后果三．采用接地触点消弧（消弧消谐柜，快速开关消弧）会出现系统运行的安全性问题：故障相接地触点正确动作闭合时，可能出现高频电流误断熔断器和对二次设备造成干扰选相错误时造成系统相间短路事故接地触点闭合后无法区分临时性接地和永久性接地故障，失去单相接地故障自愈能力接地触头闭合后无法查找单相接地故障点接地触点打开时可能产生系统中性点低频振荡，造成健全相过电压和在PT一次绕组上产生低频涌流，损害PT或PT熔断器小电流接地配电网在单相接地故障处理中存在的问题：最近几年的选线情况统计（泉州供电公司）时间接地次数正确选线误选拒动次数比例次数比例次数比例2011年（2月-8月）784253.8%1012.8%2633.3%2012年1379871.5%1913.9%2014.6%2013年（1月-10月）1207663.3%1915.8%2520.8%2014年1368461.8%1712.5%3525.7%合计47130063.7%5511.7%10622.5%目前小电流接地系统接地故障选线准确性的问题消弧线圈不能消除永久性单相弧光接地并会重复产生中性点低频振荡接地点电容电流5A，持续时间30s对树枝的烧蚀及波形硬消弧存在的问题：一、高频电流误断保险并产生电磁干扰；二、触头闭合后无法选线；三、触头闭合后无法判定接地故障性质（临时性？永久性？）硬触点消弧动作过程（消弧消谐柜，快速开关）硬触点消弧通过消弧触点的电流波形电流最大峰值为3200A，震荡频率约10kHz0UN1UN1UN1UNPT正常时电流波形故障相消失后PT电流波形故障相接地后PT电流波形关于PT或PT熔断器事故的问题系统电容电流5A时的PT低频涌流：幅值约1A；频率较高系统电容电流45A时的PT低频涌流：幅值约6A；频率较低系统对地电容电流对PT低频涌流的影响系统电容电流5A时的PT低频涌流：幅值约1A；频率较高系统电容电流16A时两个不同厂家的PT低频涌流有明显的差别相同系统电容对不同厂家PT低频涌流单相接地故障管理系统是《一天电气企业用电质量解决方案》的重要组成部分，用于自动，迅捷和准确地处理企业电网单相接地故障。已经投入运行多年，效果令人满意。由于企业电网大多采用小电流接地方式，与电力系统配电网具有很大的相似性。只要根据配电网运行的特点，要求和技术规范做出适当调整后就可以在配电网中应用。单相接地故障管理系统的基本功能：接地故障选线和实时故障定位（快速故障修复）接地故障处理（实现无单相接地故障事故停电）临时性接地故障-----消弧线圈（消除故障，恢复正常运行）永久性接地故障-----自动跳闸（隔离故障，保证电网安全）或触点消弧（单相接地供电模式，将事故停电转变成计划停电）故障记录和后台显示（事故预警，故障分析，责任认定）采用低残压母线保护，降低过电压30%（减少单相接地供电模式时出现事故扩大化的风险）单相接地故障管理系统简介单相接地故障管理系统客户端软件用户控制室进线1Ⅰ段母线#1负载#2负载零序CT和预处理器#N负载零序CT和预处理器零序CT和预处理器数据集中及传输器A相B相C相IcaIcb综合消弧柜单相接地故障控制器波形采集及显示器IcIxPTCXXHXSCRZBXX线路单相接地XX线路单相接地瞬时性故障已消失永久性故障已处理单相接地故障管理系统工作过程演示软消弧的特点：一、限制高频电流防止误断保险并减少干扰；二、选相容错和纠错能力；三、可以安全打开触点判定接地故障性质（临时性？永久性？）软消弧动作过程软消弧动作过程软触点消弧通过消弧触点的电流波形电流最大峰值为135A单相接地故障管理系统脉冲电流选线及定位法配电自动化系统进线1进线2Ⅰ段母线Ⅱ段母线#1-1负载IPCD#2-1负载#2-N负载数据集中及传输器IPCDIPCDFTU接收机站低残压母线保护柜电压互感器保护低残压过电压保护瞬态电压监测IPCD低残压母线保护柜电压互感器保护低残压过电压保护瞬态电压监测IPCDFS+IPCDFS+IPCDFS+IPCDFS+IPCDFTU/DTU移动通讯基站FTU/DTUFTU/DTUIPCDFS+IPCDFS+IPCDFS+IPCDFS+IPCDCBCBCB:变电站出线开关；FS：分段负荷开关FTU/DTU：配电终端IPCD：脉选信号探测器----：脉选信号通道IPCD脉冲选线柜FTU/DTUFTU/DTUFTU/DTUFTU/DTUFTU/DTUFTU/DTU综合消弧柜选线控制器波形采集及显示器瞬态电压监测柜综合消弧柜选线控制器波形采集及显示器瞬态电压监测柜单相接地故障处理系统在配电网的工作流程和时序PT发现单相接地故障并判断故障相发出选线脉冲电流沿脉选信号通道各IPCD检测到信号并通知FTUFTU将接地故障选线信息传输到配网自动化管理系统消弧线圈调谐故障是否消除？否是配网自动化系统界面配网自动化系统根据接受到的接地故障选线信号隔离故障区域和恢复供电操作、发出检修通知；并显示接地故障区域；记录接地故障时电压波形20mS10mS10S通知系统发生临时性接地故障并显示接地故障区域通知配网自动化系统出现单相接地故障及持续时间；10秒为永久性接地故障闭合消弧触点；进入单相接地供电模式在配网自动化系统中嵌入单相接地故障处理模块的结果在配网自动化系统中嵌入单相接地故障管理模块可以对小电流接地配电网中发生的单相接地故障进行快速自动识别（故障点定位和故障性质判定：永久性还是临时性）并及时消除临时性接地故障（临时性接地故障无停电处理）；出现永久性接地故障时可以闭合消弧触点进入单相接地供电模式，通过配电自动化系统启动计划停电检修程序（永久性接地故障计划停电处理）。单相接地故障无事故停电！分段开关合/分：联络开关合/分：正常供电区间：故障停电区间：自动送电自动送电正常供电区间转供电区间1、事故区间定位、隔离配电自动化系统2、生成复电工作票3、手动/自动执行CB1CB24、遥控合闸转供电③①故障停电区间①②转供电区间：ab①单相接地故障管理系统实测选线和定位波形第一行是母线三相电压和零序电压波形（黄、绿、红、粉）；第二行是故障支路零序电流（白色）；第三行是正常支路零序电流（蓝色）；第四行是消弧线圈电流（赭色）；第五行是转移到接地消弧触点的电流（灰白）。单相接地故障管理系统处理临时性接地故障实测波形单相接地故障管理系统处理永久性接地故障波形和故障点影像通过宽频电压传感器和高速数据采集装置，采用类似于飞行器的“黑匣子“循环记录的运行方式。可以对从雷电过电压，操作过电压，工频过电压以及分频过电压的各种瞬态电压做无间断在线记录。可以为事故预警，事故分析和责任认定提供科学、可靠的数据。采用分布式安装的母线瞬态电压监测，可以动态监测过电压的发生和传播发展过程。与带有时间标志的绝缘在线监测数据比较，可以对电力设备的绝缘状态进行过电压激励下的动态响应监测，从而达到对设备绝缘状态做出准确预判的目的。这是绝缘在线监测领域里最前沿的课题和技术。传统故障录波仪记录的是事故的结果，而瞬态电压监测能够记录事故的原因瞬态电压监测柜（电力系统运行的“黑匣子”）宽频电压传感器EVT（频宽0－100MHz）可以传输各种瞬态、暂态及稳态过电压信号、波形不失真；控制器采用20M高速采样卡（PCI接口）对采样信号实施50nsA/D转换，确保采样数据精准；CPU采用2.0GINTEL＆DSP双处理单元技术实施分析处理，嵌入式美国TI的DSP互为监测，确正运行的可靠性；可记录故障前后数分钟的波形，存储量最大可达500G；采用8.4英寸触摸真彩显示器，人机交换显示界面友好。全电压监测柜的宽频电压传感器和控制器☆雷击过电压：采样保存标准1.2/50µs波形；50µs,可展开，单个波；☆操作过电压：采样保存标准250/2500µs波形；2500µs,可展开，单个波；☆弧光接地过电压：采集保存系统高频振荡过电压波形；2min,可展开，前600ms,后2min。三相电压不平衡波形电压畸变波形电压中断波形单相电压陡升波形单相接地故障管理系统由如下产品构成：波形采集及显示器单相接地故障控制器进线I段母线#1负载#N负载#N负载全电压监测柜接地故障处理柜脉冲选线柜PTCXSCRXHXZB数据集中及传输器用户控制室单相接地故障管理系统客户端软件架空线故障分段器零序CT和预处理器零序CT和预处理器零序CT和预处理器取代PT避雷器柜电压互感器低频涌流保护器低残压比母线过电压吸收器，可以降低母线过电压水平30%，减少单相接地供电模式时出现事故扩大化的风险DCYGLFUTVRDPTKDB30原理图DB-30柜---低残压比母线过电压保护和PT低频涌流保护美国人的研究表明：降低系统过电压水平30%，可以降低交联电缆的事故率80%；并可大幅度提高电缆寿命。0UN1UN1UN1UNPT低频涌流保护器PT正常时电流波形故障相消失后PT电流波形故障相接地后PT电流波形PT低频浪涌保护单元的作用加入PT低频涌流保护前后PT中性点电流波形低残压比母线过电压吸收器可以降低母线过电压水平30%低残压比母线过电压保护某变电站单相接地故障管理系统运行结果序号支路号单相接地故障发生时间接地相故障记录次数消弧线圈动作后消弧是否成功备注10012014.3.18A1是2014.4.5A2是2014.4.8A1是20022014.3.13B16否2014.3.21A1是2014.3.25B2是2014.4.12B1是2014.4.18B2是30032014.3.29A2是2014.4.11A3是40042014.4.29A1是5005无6006无2014年3月13日002号出线B相出现16次单相接地故障，预示着该出线B相存在绝缘薄弱点，发出事故预警，及时处理可以防止事故扩大化。2014年3月13日出现单相弧光接地故障录波及控制器故障记录2014年4月5日临时时性单相弧光接地故障录波及控制器故障记录T1:15uS4.5pu雷击过电压雷击引起中性点低频振荡瞬态电压在线监测装置扑捉到的雷击过电压波形瞬态电压在线监测装置扑捉到的弧光过电压波形35kV系统发生C相弧光接地；弧光接地高频振荡初期，过电压4pu一．小电流接地配电网发生永久性单相接地故障时，接地故障管理系统主动发出特征明确的脉冲选线信号，由智能脉选信号探测器（IPCD）检出脉选信号通路，并通过FTU把接地故障通道信息输入到配电网自动化系统中，由该系统的事故处理单元在不停电条件下，自动隔离事故区域并发出维修通知。可以实现永久性单相接地故障无事故停电处理二．小电流接地配电网发生临时性单相接地故障时，启动单相接地故障管理系统的脉冲电流选线，实现故障选线和定位；由脉冲消弧线圈消除接地故障，并通过配电网自动化系统记录和显示接地故障信息。可