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小电流接地保护装置的探讨

作者：李冬明；刘磊日期：2013-12-10 09:25 来源：《电子制作》

李冬明沈阳工学院辽宁抚顺 113122
刘磊国网辽宁省电力有限公司抚顺供电公司辽宁抚顺 113008

【文章摘要】
针对电网采用中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中线路接地保护现状，提出交流电网绝缘监视装置难以实现迅速知道哪一条线路发生接地故障，而采用零序电流、零序功率等原理构成的零序保护，指出采用零序电流“幅值” 和“谐波”电流方向原理，应用单片微电脑技术及结构模块化设计方法制造的MLX198S 微机型消谐小电流接地选线综合装置的技术先进性，并提出小电流接地选线装置应采取的措施以避开不平衡电流的影响。
　　　
【关键词】
接地；零序；选择判定
　　　
1 常规小电流接地保护装置的现状
为保证电力系统的安全运行，必须适当选取系统中性点（通常指变压器的中性点）与大地的连接方式。这种方式只适用于比较简单并且允许短时停电的电网。
由于故障相对地电容电流为零，非故障相对地电容电流增大31/2 倍，这种不平衡情况使电网中出现零序电流。
中性点不接地接地电网发生单相接地时，对于不同电压等级的电网，当故障点的总电容电流为下列数值时，电源中性点应采用经消弧线圈接地的方式。
消弧线圈的补偿作用全补偿、欠补偿及过补偿三种方式。过补偿是在实际中广泛应用的，这种补偿方式不会产生串联谐振过电压问题。在中性点经消弧线圈接地的电网中，要实现有选择性的单相接地保护，困难很多，目前这类电网的接地保护方式，大多仍采用绝缘监视装置，少数采用反应稳态高次谐波分量或暂态零序电流的原理构成。
利用故障线路首端的故暂态电流比非故障线路首端的故暂态电流大的多，而且方向相反，可以构成反应暂态电流的幅值或相位的零序保护，但很少被采用。
2 LX198S 微机型消谐小电流接地选线综合装置的先进性
MLX198S 微机型消谐小电流接地选线综合装置其核心部分为单片微电脑技术和结构模块（CPU 为lntel80C198），用零序电流“幅值”或“谐波”电流方向决策故障线路，技术先进，选线准却。消谐采用数字技术提取谐振时零序电压幅值，频率特征控制可控硅导通，整机程序固化在一片27C512 内。
MLX198S 微机型消谐小电流接地选线综合装置采用数字技术检测和消除铁磁谐振，在电压互感器开口三角并接大功率双向可控硅吸收谐振能量。装置自动区分及消除系统的1/3 基频（17Hz）、1/2 基频（25Hz）、基频（50Hz）、2 倍频（100Hz）、3 倍频（150Hz）、4 倍频（200Hz）、5 倍频（250Hz），七种频率的铁磁谐振，可打印出谐振信息，且具有8 次谐振信息追忆功能。
MLX198S 微机型消谐小电流接地选线综合装置采用每个工频周期20 点采样，电压，电流及选线的算法如下：
2.1 零序电压基波分量
只取偶数采样点，用傅里叶计算法，其正弦分量及余弦分量分别为：
Us=1/5[ （U2+U8-U12-U18）sin36 ° + （U4+U6-U14-U16）sin72° ]（ 1）
U C= 1 / 5 [ U 0- U 1 0 +（ U 2+ U 1 8- U 1 2- U 8） cos36° +（U4+U16-U6-U14）cos72° ]（ 2）
零序电压基波分量有效值为：U=2-1/2 （US2+UC2）1/2
2.2 线路零序电流五次谐波分量
采用傅里叶计算法，其正弦分量及余弦分量分别为：
IS=I1-I3+I5-I7+I9-I11+I13-I15+I17-I19
IC=I0-I2+I4-I6+I8-I10+I12-I14+I16-I18
五次谐波零序电流（相对值）为：I= （IS2+IC2）1/2
MLX198S 微机型消谐小电流接地选线综合装置采用先按五次谐波电流值每一母线选出三条电流最大的线路，当最大电流值大于次大电流线的4 倍以上时即确定其为故障线，否则再比较此三路电流的方向。
2.3 五次谐波零序电流的相位比较
设第n 路五次谐波电流的正弦和余弦分量分别为Isn 和Icn，第（n+1）路的分别为 Is （n+1）和 Ic （n+1），则第 n 路同第（n+1）路五次谐波电流方向相反的条件为：
Isn Is （n+1）+ Icn Ic （n+1）＜ 0
按电流值选出的三路中，如电流方向一致，则定为母线故障。如方向不一致，则电流值明显大于其他二路的一路为故障线，否则电流单一方向的一路为故障线。
本装置采用了采样跟踪的方法，就是随着系统频率的变化自动改变采样周期以保持每个工频周期正好20 个采样点，跟踪的基本方法是改变采样周期使电压某一过零点后的采样点至其过零点的时间与其前半周期相应采样点相应的时间保持相等。
装置采用插板结构设计，适合零序CT 及三相CT 接成零序电流过滤器的系统。根据系统情况，按照调试规程要求调试通过，并进行参数设定后基本不需要维护。
装置易于整定，变电所总电容电流的大小与变电所线路结构有关。发生单相接地故障时，接地线路电容电流大小、相位与之有密切关系，但本装置只需将电容电流估算即可。估算公式如下：
架空线路：Ijd=（L*U）/350
电缆线路：Ijd=（L*U）/10
式中：Ijd……接地电容电流（A）；
U……电网线电压（ KV）；
L……线路长度（ km）。
3 MLX198S 微机型消谐小电流接地选线综合装置应注意的问题
零序电压与零序电流对应原则：即第一段母线零序电压与接入该段的零序电流回路对应，第二段母线零序电压与第二段的零序电流回路对应；出线上有接地变压器或消弧线圈的线路零序电流不引入本装置，该线路接地时，装置显示母线接地；零序电压输入无同名端一致的要求；若需跳闸则跳闸回路端子的编号与零序电流输入端子编号对应，以免误接线，引起拒动、误动；装置内跳闸继电器为JZX- 39F-2H2D 型，接点容量为DC5A/220V。必要时应外接中间继电器增容。
为了尽可能减少误选线情况，小电流接地选线装置应采取下列的措施以避开不平衡电流的影响。
4 结束语
MLX198S 微机型消谐小电流接地选线综合装置采用零序电流“幅值”和“谐波”电流方向原理，不仅能够确切地通知运行人员知道那条线路接地故障发生，还能根据用户的设定记忆或打印故障信息，具有通信接口并且该装置具有较强的人机对话功能，线路号，控制字，CT 变比，实时时钟等参数均可现场写入，极大方便用户，目前应是一种较理想的选择。
【参考文献】
[1] 毛锦庆等，电力系统继电保护实用技术问答，中国电力出版社， 1997.5 第一版
[2] 王祖光，MLX198S 微机型消谐小电流接地选择装置技术说明书， 1996.5