在線監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)小電流接地選線功能

常文煥，呂彥召，王 佳，王曉東

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州450011;2.國家電網(wǎng)許繼集團(tuán)，河南 許昌461000)

1 問題提出

在我國3～66 kV 配電網(wǎng)中，都采用了中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地的小電流接地系統(tǒng)，此系統(tǒng)發(fā)生單相接地的幾率較高［1］。在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，由于故障點(diǎn)的電流很小，而且三相之間的線電壓仍然保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷的供電沒有影響，因此，一般情況下都允許系統(tǒng)再繼續(xù)運(yùn)行1～2 h，而不必立即跳閘，但是接地相電壓降低，非接地相電壓將升高至線電壓，為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路，應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員采取措施予以消除［3］。

河南某工程項(xiàng)目要求小電流接地選線功能在監(jiān)控后臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。CBZ-8000 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是國家電網(wǎng)許繼電氣股份有限公司充分利用計(jì)算機(jī)軟件硬件等技術(shù)，基于網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)范圍廣泛的新一代變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)［4］。由于該功能屬于CBZ -8000 系統(tǒng)的一個(gè)輔助功能，基于工程應(yīng)用的需求，所以專門立項(xiàng)組織人負(fù)責(zé)資料搜集并做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，做出可行性分析報(bào)告，滿足工程需要。

2 選線原理

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單相接地故障的特點(diǎn)歸納起來有以下幾點(diǎn):

1)在發(fā)生單相接地(如C 相)接地時(shí)，接地相的對(duì)地電容Co 被短路。零序電流Io和零序電壓Uo滿足公式:3Io=IA+IB+IC，3Uo=UA+UB+UC，故障相對(duì)地電壓為0，非故障相電壓升至正常時(shí)相電壓的倍，如圖1。

圖1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障圖

2)在非故障線路3Io 的大小等于本線路的接地電容電流;故障線路的3Io 的大小等于所有非故障線路的3Io 之和。如圖2。

3)接地故障處的電流大小等于所有線路的電容電流的總和，并滯后零序電壓。如圖3。

4)非故障線路的零序電流超前零序電壓90°;故障線路的零序電流滯后零序電壓90°;故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流相差180°。

圖3 故障線路電流與電壓相量圖

3 測試過程

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

軟件:CBZ-8000 后臺(tái)軟件、試驗(yàn)用數(shù)據(jù)庫一份。

硬件:調(diào)試工具一套、試驗(yàn)儀一臺(tái)、微機(jī)保護(hù)裝置3 臺(tái)用以模擬三條線路。

3.2 組態(tài)方法［4］

首先，在工程師站的參數(shù)設(shè)置中將“使用軟件實(shí)現(xiàn)小電流接地選線功能”用“√”選中，如圖4 所示。

完成以上步驟后，工程師站主界面彈出如圖5 的畫面。小電流接地選線的界面包括三個(gè)部分:狀態(tài)監(jiān)視、參數(shù)設(shè)置和報(bào)告查詢。

圖4

圖5

3.2.1 線路模擬通道設(shè)置

在參數(shù)設(shè)置畫面中，首先選中相應(yīng)的母線，彈出的畫面如圖6、圖7 的畫面，選擇對(duì)應(yīng)項(xiàng)即可。每個(gè)裝置均需要選擇。

圖6

圖7

“狀態(tài)監(jiān)視”頁面用來實(shí)時(shí)監(jiān)視母線上的線路及線路3UO、3IO 等相關(guān)參數(shù)，了解判斷小電流接地選線相關(guān)的變化情況。如圖8 由數(shù)據(jù)查看知H106 至8#箱變XJGW-611 發(fā)生小電流接地故障。

圖8

3.2.2 定值設(shè)置

“定值設(shè)置”建議由用戶決定。

零序電壓啟動(dòng)值:10～100 V;零序電流定值:50 mA 左右;零序差流定值:50 mA，這個(gè)值應(yīng)小于零序電流定值相角差值:一般為5～10°。

3.2.3 小電流接地的判據(jù)

假設(shè)一段母線M，母線上有n條線路，對(duì)線路L

1)線路L 的3UO 大于零序電壓啟動(dòng)值。

2)線路L 的3IO 應(yīng)大于零序電流定值。

3)故障線路L 的零序電流與非故障線路3IO 的總和的差小于零序差流定值。

4)故障線路3UO 超前3IO 的角度在90° + / -α 范圍內(nèi)。α 為相角差值。

如果以上四個(gè)條件都成立，并保持了5 秒以上則判定線路L 接地。

3.2.4 報(bào)告查詢

當(dāng)系統(tǒng)依據(jù)接地算法檢測出有線路接地時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出“報(bào)告查詢”頁面通知值班人員接地情況，如圖9 所示。

圖9 故障定位監(jiān)控中心報(bào)告查詢畫面

根據(jù)反復(fù)測試，可以通過CBZ -8000 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“小電流接地選線”功能。選線精確度可以鎖定在母線的任意一條出線。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

根據(jù)圖1，運(yùn)用MATLAB 建立了中性點(diǎn)不接地的仿真模型［5］，仿真電路中各元件及參數(shù)分別為:電源10.5 kV、內(nèi)部接線Y 形聯(lián)結(jié)、頻率50 Hz。仿真中選擇Line3 的A 相發(fā)生金屬性單相接地故障，發(fā)生時(shí)間為0.04 s 結(jié)束為0.1 s。仿真開始時(shí)間為0，終止時(shí)間為0.2 s，選擇算法為ode23tb，relative tolerance 為1e-3，其它參數(shù)為默認(rèn)值［2］。在示波器中出現(xiàn)圖10、圖11 所示波形。

圖10 輸電線路零序電流波形

圖10 中依次為線路1、2、3 的零序電流(I10、I20、I30)波形。在0～0.04 s，線路正常運(yùn)行，三相電流對(duì)稱，零序電流為0;0.04s 時(shí)3 條線路出現(xiàn)零序電流，三相電流不再對(duì)稱，線路3的零序電流幅值較大。在同一時(shí)刻對(duì)3 個(gè)零序電流經(jīng)過采樣分析可知，線路3 與線路1、2 零序電流的極性相反，即I30 = -(I10 +I20)。通過比較零序電流的幅值，幅值最大的線路為故障線路，由此可判斷出，線路3 發(fā)生了故障。

圖11 故障線路零序電電流和零序電壓波形圖

圖11 中依次為線路3 的零序電電流和零序電壓波形圖，可以看出當(dāng)發(fā)生A 相單相接地故障時(shí)，故障線路UO 超前IO的角度在90° + / -α 范圍內(nèi)。判斷線路3 發(fā)生了故障。

圖12

由圖12 看出，故障發(fā)生后，A 相電流(Ia)急劇升高，A 相電壓(ua)減小，由此可判斷出是A 相發(fā)生故障。

5 結(jié)語

經(jīng)過理論分析和MATLAB 仿真驗(yàn)證提供依據(jù)，搭建通過CBZ-8000 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“小電流接地選線”功能，應(yīng)用到實(shí)際工程中不僅能節(jié)省電纜敷設(shè)、設(shè)備配置等硬件設(shè)施成本，具有便于操作和監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，它的發(fā)展和推廣也順應(yīng)了我國電力系統(tǒng)、尤其是變電站綜合自動(dòng)化水平的發(fā)展潮流。

［1］ 華智明，楊期余. 電力系統(tǒng)［M］. 重慶:重慶大學(xué)出版社，2005.

［2］ 于群，曹娜. MATLAB/Simulink 電力系統(tǒng)建模與仿真［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］ 陳衍. 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析［M］. 北京:中國電力出版社2007.04

［4］ CBZ8000 監(jiān)控調(diào)試現(xiàn)場服務(wù)調(diào)試手冊［S］.

［5］ 李維波.MATLAB 在電氣工程中的應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:中國電力出版社，2009.