在线监控软件实现小电流接地选线功能

2014-12-26常文焕吕彦召王晓东

技术与市场 2014年11期

常文焕，吕彦召，王佳，王晓东

(1.华北水利水电大学，河南郑州450011;2.国家电网许继集团，河南许昌461000)

1 问题提出

在我国3～66 kV 配电网中，都采用了中性点不接地、经消弧线圈接地或经电阻接地的小电流接地系统，此系统发生单相接地的几率较高［1］。在小电流接地系统中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，一般情况下都允许系统再继续运行1～2 h，而不必立即跳闸，但是接地相电压降低，非接地相电压将升高至线电压，为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除［3］。

河南某工程项目要求小电流接地选线功能在监控后台上实现。CBZ-8000 变电站综合自动化系统是国家电网许继电气股份有限公司充分利用计算机软件硬件等技术，基于网络的适应范围广泛的新一代变电站综合自动化系统［4］。由于该功能属于CBZ -8000 系统的一个辅助功能，基于工程应用的需求，所以专门立项组织人负责资料搜集并做相关实验，做出可行性分析报告，满足工程需要。

2 选线原理

中性点不接地系统中单相接地故障的特点归纳起来有以下几点:

1)在发生单相接地(如C 相)接地时，接地相的对地电容Co 被短路。零序电流Io和零序电压Uo满足公式:3Io=IA+IB+IC，3Uo=UA+UB+UC，故障相对地电压为0，非故障相电压升至正常时相电压的倍，如图1。

图1 中性点不接地系统单相接地故障图

2)在非故障线路3Io 的大小等于本线路的接地电容电流;故障线路的3Io 的大小等于所有非故障线路的3Io 之和。如图2。

3)接地故障处的电流大小等于所有线路的电容电流的总和，并滞后零序电压。如图3。

4)非故障线路的零序电流超前零序电压90°;故障线路的零序电流滞后零序电压90°;故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流相差180°。

图3 故障线路电流与电压相量图

3 测试过程

3.1 试验设备

软件:CBZ-8000 后台软件、试验用数据库一份。

硬件:调试工具一套、试验仪一台、微机保护装置3 台用以模拟三条线路。

3.2 组态方法［4］

首先，在工程师站的参数设置中将“使用软件实现小电流接地选线功能”用“√”选中，如图4 所示。

完成以上步骤后，工程师站主界面弹出如图5 的画面。小电流接地选线的界面包括三个部分:状态监视、参数设置和报告查询。

图4

图5

3.2.1 线路模拟通道设置

在参数设置画面中，首先选中相应的母线，弹出的画面如图6、图7 的画面，选择对应项即可。每个装置均需要选择。

图6

图7

“状态监视”页面用来实时监视母线上的线路及线路3UO、3IO 等相关参数，了解判断小电流接地选线相关的变化情况。如图8 由数据查看知H106 至8#箱变XJGW-611 发生小电流接地故障。

图8

3.2.2 定值设置

“定值设置”建议由用户决定。

零序电压启动值:10～100 V;零序电流定值:50 mA 左右;零序差流定值:50 mA，这个值应小于零序电流定值相角差值:一般为5～10°。

3.2.3 小电流接地的判据

假设一段母线M，母线上有n条线路，对线路L

1)线路L 的3UO 大于零序电压启动值。

2)线路L 的3IO 应大于零序电流定值。

3)故障线路L 的零序电流与非故障线路3IO 的总和的差小于零序差流定值。

4)故障线路3UO 超前3IO 的角度在90° + / -α 范围内。α 为相角差值。

如果以上四个条件都成立，并保持了5 秒以上则判定线路L 接地。

3.2.4 报告查询

当系统依据接地算法检测出有线路接地时，系统会自动弹出“报告查询”页面通知值班人员接地情况，如图9 所示。

图9 故障定位监控中心报告查询画面

根据反复测试，可以通过CBZ -8000 后台监控系统实现“小电流接地选线”功能。选线精确度可以锁定在母线的任意一条出线。

4 仿真实验

根据图1，运用MATLAB 建立了中性点不接地的仿真模型［5］，仿真电路中各元件及参数分别为:电源10.5 kV、内部接线Y 形联结、频率50 Hz。仿真中选择Line3 的A 相发生金属性单相接地故障，发生时间为0.04 s 结束为0.1 s。仿真开始时间为0，终止时间为0.2 s，选择算法为ode23tb，relative tolerance 为1e-3，其它参数为默认值［2］。在示波器中出现图10、图11 所示波形。

图10 输电线路零序电流波形

图10 中依次为线路1、2、3 的零序电流(I10、I20、I30)波形。在0～0.04 s，线路正常运行，三相电流对称，零序电流为0;0.04s 时3 条线路出现零序电流，三相电流不再对称，线路3的零序电流幅值较大。在同一时刻对3 个零序电流经过采样分析可知，线路3 与线路1、2 零序电流的极性相反，即I30 = -(I10 +I20)。通过比较零序电流的幅值，幅值最大的线路为故障线路，由此可判断出，线路3 发生了故障。