接地选线保护装置的自动化改造

石晓亮，张 娟

(昊华骏化集团股份有限公司，河南驻马店 463000)

1 原有装置存在的问题

昊华骏化集团股份有限公司一分公司目前有5台110 kV变压器给整个配电系统供电，系统分为东区、西区和一个6 kV系统，有如下特征：①5台 110 kV变压器，10 kV侧连接在东变电站和西变电站等一级母线，长期并联运行(很少分列)，电容电流约80 A；②各站一级母线带有二级、三级、甚至四级母线，分支很多，各站电源相互交叉联络，网络复杂；③各级配电站有17座，站间距离远，要求各站信息集中于西站分析；④系统线路老旧，当出现单相接地的时候，非故障相电缆绝缘容易对地击穿，引起异相接地短路或者出现其他二次故障。

近几年来，因为生产负荷不断加大，造成电力系统高压电缆事故频发，每月跳闸至少3次，夏季跳闸次数更多；电力系统跳闸后，工艺气体无法输送。为了防止系统压力过高发生爆炸、瞬间排放造成环境污染以及停车期间安全事故频发，每次停车直接损失260万元以上。据统计，80%的电缆事故都是由于单相接地线路查找困难，最终造成相间短路。

2 改进措施

经过广泛的调研和考察结合日常总结的经验，设计了小电流接地选线跳闸保护系统对供电系统进行改造，以实现迅速准确地选出弧光接地、金属接地、高阻接地、瞬时接地、永久接地、间歇性接地等各种接地故障线路，并实施保护，防止事故扩大化，保障系统安全运行。选用的小电流选线跳闸保护系统的主要技术方案如下。

2.1 母线的改造

一级母线选用ZN05A智能电抗器接地保护装置，二级及以下各级母线选用NZXT智能选线跳闸装置，监控分为东变电站和西变电站，通过通讯系统，数据最终传到西变电站进行解析。整个供电系统中配备了东变电站、西变电站和6 kV系统的一级母线各配1套ZN05A电抗器接地保护装置，二级及以下各级母线配置NZXT选线跳闸装置17套，选线装置配置点数共计283个。

2.2 智能单相接地保护

ZN05A智能电抗器接地保护装置与NZXT智能小电流选线跳闸装置均具有独创的单相接地判据，能够准确判断各种接地故障性质(弧光、金属、高阻)和故障相，并且能够区分接地故障是瞬时性、永久性还是间歇性，提供一一对应的最佳保护策略。对于弧光接地故障，ZN05A装置将故障相母线经电抗器接地灭弧，故障消除后，电抗器退出，母线恢复正常运行；对于瞬时性单相接地故障，保护选相选线报警；对于永久性单相接地故障，保护选相选线，按设定时间启动故障线路跳闸；对于持续间歇性高阻或弧光接地故障，保护选相选线、统计故障发生的次数和频度，达到保护设定的参数，即启动故障线路跳闸[1-2]。

2.3 多重判据组合

接地选线采用多重判据：①零序电流群体比幅比相；②零序电流与零序电压的相位比较；③多级母线选线，通讯上传，以末端为准。如此组合，既可避免单一判据带来的局限性，又可相对缩短选线的时间。

其优点如下：①判据具有“水涨船高”的优点，不受系统运行方式、长短线、接地电阻的影响，选线准确率≥98%；②能够准确选出高阻接地线路；③能够同时选出一条以上的接地线路；④能够区分馈线和母线接地。

2.4 多级母线选线跳闸

保护整定原则：①下级母线选线跳闸装置的动作时间小于上级母线的工作时间；②单击线自动速跳；③带下级母线的出线选相选线告警，人工跳闸。当上级母线的选线跳闸装置和与之相连的下级母线选线跳闸装置同时判有永久或持续间歇性接地故障时，下级母线的选线跳闸保护先动作跳开接地馈线，若上、下级母线装置均判断故障消除，则系统恢复正常；若仍判断有故障，再做相应保护。若此保护策略能迅速找到故障点，并切除故障，可将故障影响范围缩到最小。各级母线保护装置的通信和通信信息都将通过光纤传送到监控屏上的信息处理平台，进行保存、解析和判断处理[3]。

2.5 通信及后台监控系统

系统通信采用RS485通信方式与NZJK监控屏(信息处理平台)通信。由于各站点距离不同，特别是没有专用的通信线槽，通信线要与高压电缆一同铺设。为了避免干扰和长距离的电缆信号衰减，站点和监控屏之间的通信采用光纤传输。在各站点的装置端，利用光纤转换器将RS485电信号转换为光信号；在监控屏端，通过光纤转换器再将光信号转换为RS485电信号，并通过RS485-232转换为RS232信号与监控屏内主机上的RS232串口相连。主机内的监控关键(NZIM信息处理平台)通过操控RS232接口，监听、控制各个装置，获取其遥测、通信，并进行校时、复归、定值设置等操作。

2.6 系统电容电流测定、馈线零序CT极性校验

选线跳闸装置能够及时测量接入的各馈线电容电流幅值和相位，从而实现对馈线零序CT极性在线校验功能，并能准确测定系统电容电流。装置的微机控制器采集母线的三相电压、零序电压，本段母线所有馈线的零序电流，根据这些电压量、电流量及频率的变化，判断系统的状况，并做出相应的选相选线报警或者跳闸保护、投(退)电抗器接地灭弧保护。

2.6.1 高阻接地判断和保护

智能电抗器接地保护装置设有依据单相接地各相电压偏移轨迹数学模型的科学判据，能够准确判别低阻、中阻和高阻接地故障相，实施有效的保护；特别是对以往难以判断的架空线路断线、电缆线路受潮、绝缘老化等高阻接地故障，可做出准确判断并提供有效的保护。能够预防因绝缘下降引起的弧光接地故障，并为准确接地选线提供了基础。

2.6.2 故障相经电抗器接地灭弧原理

系统正常运行时，3只真空开关均处于分断状态，电抗器对系统无任何影响。当判定单相弧光接地发生，立刻驱动故障相的开关闭合，将故障相通过电抗器接地，此时故障相电压受电抗器对地电压钳制，故障电流被电抗器旁路，消弧有效率可达100%。故障消除后，电抗器退出，母线恢复正常运行。

2.6.3 选线原理和特点

装置在准确判断各种接地故障的基础上，采用了零序电流群体比幅比相加零序电压相位的选线原理：当判断单相接地发生，启动对所有馈线的零序电流幅值排序，取幅值大的前4条馈线零序电流相比，若某电流与其他电流方向相反，并滞后零序电压相位90°，则判定该线路接地，否则为母线接地。此方法为多重判据，既可避免单一判据带来的局限性，又可相对缩短选线的时间，具有以下优点：①不受系统运行方式、长短线及接地电阻的影响；②能够准确选出高阻接地线路，门槛值低至零序电流20 mA、3U0≥10 V；③能够同时选出不止一条的接地线路；④能够区分馈线和母线接地。

为在故障情况下获取较大的故障二次电流特征量数值，零序电流互感器的变比应选择尽可能的小，精度尽可能的高，最好加装专用的选线型零序电流互感器。因为是改造项目，所以还要考虑其安装难度，选用开口型的零序电流互感器，注意零序电流方向均应以母线流向线路为正。

3 改造效果

所用设备在2016年7月完成安装调试，8月开车后投入系统，在7个月的运行过程中，因生产负荷过大不稳定发出报警4次，经及时处理，均得到有效控制。连续运行几个月，没有发生过跳闸事故，彻底避免了因跳闸造成的环保事故，员工得到安全保障，生产效益大幅提升，仅此一项每月可减少损失至少800万元。

4 结语

通过一系列改造，跳闸事故大幅降低了，但电力系统的长期稳定与装置负荷的稳定有很大关系，只有做到负荷波动小、系统稳定，才能杜绝事故发生，保证整个装置安全、稳定、长周期、满负荷的运行。

参考文献

[1] 王进野,王其军,牟龙华.基于故障相电流的接地选线保护原理及应用研究[J].煤矿机电,2005(5):36- 38.

[2] 赵法超,牟龙华.基于故障录波分析的小电流接地选线保护装置[J].低压电器,2008(15):29- 32.

[3] 李修良,陆永耕.补偿电网接地选线保护装置的设计[J].能源技术与管理,2001(4):51- 52.