廖勤文　郭程

摘 要：首先介紹了熱電廠35 kV供電系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，對小電流接地選線系統(tǒng)更新改造的必要性進行了闡述，隨后結(jié)合接地選線保護裝置的線路選擇原理，制定了小電流接地選線系統(tǒng)的更新改造方案，最后分析了小電流接地選線系統(tǒng)更新改造后的實際運行效果。

關(guān)鍵詞：35 kV供電系統(tǒng)；小電流接地選線；選線原理；更新改造

中圖分類號：TM64? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）13-0081-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.13.021

0? ? 引言

中鋁山東有限公司熱電廠主要擔負著中鋁山東企業(yè)氧化鋁、化學品氧化鋁生產(chǎn)用汽和用電的供應(yīng)任務(wù)，是中鋁山東有限公司實現(xiàn)鋁、熱、電聯(lián)合發(fā)展，能源綜合利用的能源生產(chǎn)單位。熱電廠主要通過35 kV系統(tǒng)向生產(chǎn)單位供電，當35 kV供電系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，及時排查判斷出故障線路進行隔離，確保供電可靠性尤為重要。歷年來，由于35 kV供電系統(tǒng)部分線路接地故障，原有的小電流接地選線系統(tǒng)無法第一時間判別消除，造成線路拉弧著火導致生產(chǎn)單位停電停產(chǎn)的事故已多次發(fā)生，給生產(chǎn)經(jīng)營帶來了嚴重損失。為快速判斷處理35 kV供電系統(tǒng)中的接地故障，避免事故擴大造成大面積停電，有必要對熱電廠35 kV配電室內(nèi)的小電流接地選線系統(tǒng)進行更新改造，以縮短單相接地故障發(fā)生時接地線路的判斷選線時間。

1? ? 熱電廠35 kV系統(tǒng)運行方式及中性點接地方式

熱電廠35 kV供電系統(tǒng)是全公司的主干電網(wǎng)，運行方式如圖1所示，采用單母線四分段運行，35 kV Ⅰ、Ⅱ段母線并列運行，35 kV Ⅲ、Ⅳ段母線并列運行，電源進線分別取自4臺主變35 kV側(cè)，所帶負荷共有11回出線，分別送至二鋁35 kV站、廠東35 kV站、廠北35 kV站、南變35 kV站，將廠內(nèi)發(fā)電機發(fā)出的電能通過高壓電力電纜輸送到生產(chǎn)單位周邊的變電所中，供生產(chǎn)單位使用，此外還有兩回備用線路。

熱電廠35 kV供電系統(tǒng)的中性點接地方式為經(jīng)消弧線圈接地，消弧線圈采用了3套思源電氣股份有限公司生產(chǎn)的XHK-Ⅱ-ZP+型消弧線圈自動調(diào)諧及接地選線成套裝置，其中1#、2#消弧裝置并列運行接入35 kV Ⅰ、Ⅱ段母線，3#消弧裝置接入35 kV Ⅲ、Ⅳ段母線，分別投運。

2? ? 更新改造的必要性

2.1? ? 單相接地故障的危害

熱電廠35 kV供電系統(tǒng)中最常見的故障是線路單相接地故障，由于發(fā)生接地故障時系統(tǒng)中存在消弧線圈的補償電流，接地電流相對較小，雖然按照相關(guān)規(guī)定是允許在2 h內(nèi)繼續(xù)運行的[1-2]，但是接地故障發(fā)生時未接地相對地的穩(wěn)態(tài)電壓會從相電壓升高，可能達到線電壓，此時對電纜絕緣是極大的考驗[2-3]。若判斷隔離故障線路不及時，35 kV線路單相接地故障會逐漸發(fā)展成兩相短路或者弧光接地等故障，繼而引發(fā)更加惡劣的事故，造成極大的損失[3]。從實際運行情況來看，當35 kV出線發(fā)生單相接地故障后引發(fā)其他事故的時間是短于規(guī)定的2 h的，所以亟需提高接地故障時故障線路選擇與隔離的速度。

2.2? ? 舊系統(tǒng)存在的問題

雖然熱電廠35 kV配電室內(nèi)原安裝的XHK-Ⅱ-ZP+型消弧線圈自動調(diào)諧及接地選線成套裝置配置有單相接地故障選線功能，但該裝置對發(fā)生接地故障的線路并不能做出準確判斷，仍需要操作人員采用“人工拉路”方式對35 kV出線進行逐個停電排查。2018年的兩次接地故障記錄如表1所示。

經(jīng)思源電氣公司技術(shù)人員到場檢查，發(fā)現(xiàn)選線不準確的主要原因是：1）35 kV供電系統(tǒng)中存在較多諧波，對裝置采集判斷造成干擾；2）未配置并聯(lián)中電阻選線功能，采用準確性不高的普通選線功能；3）為了保證在生產(chǎn)單位不停電的情況下處理單相接地故障，運行人員會將35 kV Ⅱ、Ⅲ段母聯(lián)開關(guān)合閘，便于倒閘操作轉(zhuǎn)移負荷，但35 kV Ⅱ、Ⅲ段母聯(lián)開關(guān)的分合閘造成了3套消弧線圈運行方式頻繁改變，補償電流不斷調(diào)整，干擾了裝置判斷選線。

2.3? ? “人工拉路”查找方法缺點

因原有小電流接地選線系統(tǒng)準確率不高，只能由運行人員與電力調(diào)度溝通，采用“人工拉路”的辦法從不重要線路至重要線路逐個回路停電來排查故障線路。雖然“人工拉路”能夠十分準確地找出故障線路，但要逐條線路停電，直到拉到故障電纜，排查時間很長，并且排查過程中為避免影響生產(chǎn)，運行人員需要頻繁地倒閘操作將負荷遷移至備用線路上，費時費力，還增大了事故擴大和誤操作發(fā)生的可能性。同時“人工拉路”排查過程中，線路斷路器每一次分合閘都會縮短設(shè)備的使用壽命，并且會對35 kV供電系統(tǒng)構(gòu)成沖擊，極易造成操作過電壓或者諧振過電壓等[4]。

2.4? ? 更新改造對策

針對原有小電流接地選線系統(tǒng)準確率不高的現(xiàn)狀，熱電廠決定對小電流接地選線系統(tǒng)進行更新改造，比對市場上多款接地故障選線裝置后，在35 kV配電室新增一套山東科匯電力自動化股份有限公司生產(chǎn)的XP-300接地故障選線保護裝置，改造小電流接地系統(tǒng)二次回路，將35 kV供電系統(tǒng)中的各項參數(shù)接入系統(tǒng)。

3? ? 小電流接地系統(tǒng)選線判據(jù)

3.1? ? XHK-Ⅱ-ZP+型消弧線圈自動調(diào)諧及選線成套裝置

XHK-Ⅱ-ZP+型消弧線圈自動調(diào)諧及選線成套裝置可選配并聯(lián)中電阻選線功能，采用并聯(lián)中電阻法進行選線，但在實際安裝時沒有選配并聯(lián)中電阻箱，而是采用多種選線算法進行表決的綜合選線方法，包括人工智能、零序阻抗變化、五次諧波等。在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地故障時流過故障線路上的穩(wěn)態(tài)電流會在補償電流的作用下特別小，實踐證明這些利用穩(wěn)態(tài)信號的故障選線功能實用效果并不準確。

3.2? ? XP-300接地故障選線保護裝置

XP-300接地故障選線保護裝置采用了利用暫態(tài)信息的電力線路故障檢測技術(shù)。對接地故障暫態(tài)信號進行分析，在特定頻段（Selected Frequency Band，SFB）內(nèi)，發(fā)生接地故障的線路上零序電流的幅值最大，非故障線路和故障線路的零序電流極性、零序電流和無功功率的方向均相反[5-6]。XP-300接地故障選線保護裝置采用SFB分量，綜合暫態(tài)零序電流群體比較法、暫態(tài)無功功率方向法、有功功率方向法等選線方法，在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中以故障時的暫態(tài)信號為基礎(chǔ)，以有功分量作為補充。

1）暫態(tài)零序電流群體比較法：在正常運行時，三相電流基本平衡，零序電流幅值較小，一旦發(fā)生單相接地故障，故障相就會疊加容性電流，導致故障相電流幅值增大，此時故障線路零序電流最大，非故障線路的零序電流波動較小[7]。并且故障線路中的暫態(tài)零序電流由故障點流向母線側(cè)，而在非故障線路中，暫態(tài)零序電流由母線側(cè)流向故障點。為此，綜合對比母線所有出線的零序電流幅值與極性，就可判斷故障線路。

2）暫態(tài)無功功率方向法：比較零序電流與零序電壓的極性關(guān)系，識別接地故障的方向，利用故障線路和非故障線路上的暫態(tài)零序電流或無功功率方向相反的特點來選線[7]。

3）有功功率方向法：在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，消弧線圈的有功損耗和阻尼電阻會產(chǎn)生有功分量，故可利用故障線路和非故障線路的有功功率方向相反的特點來選線[5]。

4? ? 更新改造實施方案

4.1? ? 信號的采集

XP-300接地故障選線裝置需在現(xiàn)場采集母線電壓與零序電壓、線路零序電流、母聯(lián)開關(guān)分合閘狀態(tài)等信號。

1）四個母線電壓分別由四個母線PT柜獲取，取每段A、B、C三相電壓值。

2）四個零序電壓分別由四個母線PT柜的開口三角獲取。

3）零序電流的獲取有兩種方法：一種是通過獨立的零序電流互感器測量獲取，適用于電力電纜；另一種是通過三相電流互感器合成獲取，可用于電力電纜和架空線。熱電廠35 kV供電系統(tǒng)中所有出線均采用電力電纜，故選擇方法一通過獨立的零序電流互感器測量獲取線路零序電流。

4）三個母聯(lián)開關(guān)分合閘狀態(tài)分別由三個母聯(lián)開關(guān)柜獲取。

4.2? ? 零序電流互感器的正確使用

1）在線路上安裝零序電流互感器過程中，存在電纜金屬屏蔽層接地線要不要從零序電流互感器穿過的問題。當零序電流互感器安裝在電纜終端頭接地點的上方時，電纜外殼的接地電流還沒有穿過零序電流互感器，此時電纜接地線就應(yīng)該不穿過零序電流互感器而直接接地；當零序電流互感器安裝在電纜終端頭接地點的下方時，電纜外殼的接地電流已經(jīng)流過了零序電流互感器，那么就要把接地線返回，并穿過零序互感器再接地[3，8-9]。

2）開合式零序電流互感器，接口安裝完畢后，一定要恢復良好的閉合狀態(tài)，以免引起磁路不閉合而不能正常工作。

3）雖然要求所有線路零序電流互感器應(yīng)采用同一廠家、同一型號、極性與特性一致的產(chǎn)品，但是35 kV供電系統(tǒng)中部分線路已經(jīng)安裝了零序電流互感器，并且35 kV線路不能同時停電安裝，只能逐個在線路停電檢修時安裝。原有的部分零序電流互感器型號較舊，使用時間長，老化嚴重，變比不準確，故在線路停電檢修時更換為新零序電流互感器。

4）所有線路上的零序電流互感器安裝結(jié)束后，需對零序電流互感器進行全面檢查，檢查二次線圈是否開路，有一端是否可靠接地，并使用繼電保護測試儀試驗零序電流互感器的極性和變比，確保工作正常。

4.3? ? 接地故障選線裝置定值配置

1）配置16個電壓通道，分別是四段母線三相電壓及零序電壓，三相電壓PT變比均為35 000/100，零序電壓PT變比均為20 207/100；

2）配置11個零序電流通道，分別是11條35 kV出線的零序電流，CT變比均為50/1；

3）配置3個開關(guān)量輸入，分別為3個母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)分合閘狀態(tài)；

4）設(shè)定故障選線啟動定值30 V，故障選線恢復電壓定值24 V，永久故障時間閾值3 000 ms，零序電壓有效值啟動門檻定值5 V，零序電壓突變量啟動門檻定值7.1 V，電流啟動不選用。

5? ? 更新改造效果

自小電流接地選線系統(tǒng)更新改造完成后，2021年至2022年間熱電廠35 kV供電系統(tǒng)共發(fā)生單相接地故障7次，接地選線保護裝置均能在極短時間內(nèi)檢測到接地故障的發(fā)生，立刻發(fā)出告警信號，選出故障線路、故障相提示運行人員，選線結(jié)果準確率達100%。相關(guān)接地故障記錄如表2所示。

另外，在運行人員將35 kV Ⅱ、Ⅲ段母聯(lián)開關(guān)合閘，系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變的情況下，更新改造后的小電流接地選線系統(tǒng)仍能再次準確選出故障線路、故障相，選線結(jié)果與合閘前一致。實踐證明，更新改造后的小電流接地選線系統(tǒng)適用于熱電廠35 kV供電系統(tǒng)的接線方式，通過分析接地故障發(fā)生時的暫態(tài)信號，降低了消弧線圈補償電流的干擾，精準度大幅提高，此次小電流接地選線系統(tǒng)更新改造取得了良好的效果。

6? ? 結(jié)束語

熱電廠小電流接地選線系統(tǒng)更新改造后，在35 kV供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，可以精準、快速地選出接地故障線路，有效縮短單相接地故障的故障選線時間，提高接地故障處理效率，避免了調(diào)度人員誤切非故障線路，防止事故的擴大，為公司生產(chǎn)安全和電力供應(yīng)提供了強有力的保障。

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收稿日期：2023-05-15

作者簡介：廖勤文（1996—），男，江西贛州人，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)運行與維護。

郭程（1976—），男，山東淄博人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)運行與維護。