诊断信号法高压漏电保护系统中的应用

摘要:在高压漏电方面，各科研院所、高校、企业进行了不断的研究和探索，设计出各种各样的算法和产品，其效果并不明显。是这些算法不精确、产品粗制滥造的原因吗？都不是，而是判据的问题。这些算法和判据都是基于接地时零序电流的故障特征为依据而进行计算和判断的，而接地时的零序电流的大小受当时的运行方式影响，受系统容量的影响，受接地状况影响，也受消弧线圈补偿的影响，造成了每次单相接地时的零序电流特征不明确，导致了接地保护失灵。

关键词：高压漏电;保护器;联网通讯

1.概述

电网高压供电系统是一个庞大复杂的配电网系统，任一点接地，高压供电系统的所有电缆容性电流都从不同变电所汇集到接地故障线路，这个电流大小取决于单相接地时的运行方式和接地电阻大小。因漏电引起的大面积停电，一方面是由于漏电保护原理上的缺陷引起的，另一方面是由于连接上下级变电所联络开关的漏电保护定值无法确定造成的。

电网高压供电系统单相接地故障的综合选漏跳闸一直是一个影响供电安全和困惑机电运行与管理人员的大事。高压供电系统发生单相接地时，稳态状态下非接地相对地电压升高 1.732倍，在弧光接地时，由于电弧多次不断的熄灭和重燃，导致系统对地电容上的电荷多次不断的积累和重新再分配，在非故障相的电感—电容回路上引起高频振荡过电压，最高可达5倍以上，在高幅值的弧光接地过电压的持续作用下，加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏，最终在非故障相的绝缘薄弱环节造成对地击穿，就会引起电缆击穿、爆炸等事故，造成大范围停电，甚至造成人身伤亡事故。

为了排除在发生高压单相接地时零序电流本身特征不明确的影响，我们采取了接地时施加外部诊断信号的措施，使施加的外部诊断信号不受零序电流的影响而独立作用，我们分散安装在各高压开关中的保护器捕捉施加的信号，接地线路可以捕捉到施加信号，非接地线路捕捉不到施加的信号，捕捉到施加信号的保护出口跳闸，来切除故障线路。这样可大大提高高压系统漏电保护的准确度，提高供电的安全性。

2.系统构成

系统由 SY3601 消弧与信号注入柜、分散式智能选漏综合保护器（ZBT-11C(N)防越级综合保护器，以下简称保护器）构成，保护器之间以及保护器与注入柜之间无需通讯连线，在地面任一变电所母线上接入一台消弧与信号注入柜（该注入柜即可以在变电所室内安装的，也可以在变电所户外安装的），配合智能选漏综合保护器实现漏电保护。如果高压供电系统是分列运行的，每个分列供电系统需安装一台 SY3601 消弧与信号注入柜。

智能选漏综合保护器有两种，一种是 ZBT-11C（N）防越级综合保护器，一种是 SY3603 高开智能选漏保护终端。ZBT-11C（N）防越级综合保护器内置了信号捕捉模块和算法，可以在实现防越级保护的同时，配合消弧与信号注入柜实现基于外部信号的高压智能选漏保护系统。

3.工作原理

当高压供电系统发生单相接地时，消弧与信号注入柜与智能选漏综合保护器配合实现高压智能选漏保护系统。

3.1.消弧与信号注入柜的工作原理

SY3601 消弧与信号注入柜由接地变压器、信号控制器、真空接触器、信号发生器等部分构成。接地变构建了一个中性点。当系统出现单相接地时，信号控制器能够立刻探测到系统发生了接地故障并控制真空接触器投入信号发生器，在中性点与地之间投入消弧与信号注入部件（信号发生器），既是向系统注入诊断信号，也是一种消弧和过电压抑制措施。当综合保护器判断出接地线路，切除接地故障线路后或延时时间到（该时间可整定，一般为 1秒），信号控制器控制真空接触器断开信号发生器。如果由于某种原因，综合保护器没有切除接地故障线路，信号控制器最长让信号发生器投入 1 秒钟自动断开真空接触器，断开信号发生器。

3.2.漏电保护

智能选漏综合保护器也一直在检测系统是否有接地发生，当检测到有单相接地发生时，保护器立即启动信号检测和相应算法，计算出的信号结果与设定定值比较，接地线路的计算值大于定值，非接地线路的计算值远远小于定值。当计算值大于整定值时，保护器动作切除接地线路，系统恢复正常。

4.SY3601 消弧與信号注入柜主要技术指标

1) 额定工作电压 6kv（10kv）

2) 接地变额定功率：15kva

3) 诊断信号大小：5A（10A）

4) 诊断信号注入最大时间：1~3 秒（可整定）

5.ZBT-11C(N)防越级综合保护器的主要功能

5.1. 保护功能

1) 防越级保护（级联纵差、母线差动、智能后备）/速断保护

2) 三段式过电流保护（短路保护、过流保护、过载保护）

3) 三种国际标准反时限过流保护

4) 三段式常规漏电保护/诊断信号法漏电保护（可设置）

5) 过电压保护

6) 低电压保护

7) 两段式负序过流保护（断相、不平衡、反转保护）

8) 风瓦电远程断电保护

9) 电缆绝缘完好性监视保护

10) 保护动作闭锁合闸

5.2. 测量功能

1) Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca、U0、 Ia、Ic、I0、 P、Q、Cos￠

2) 有功电量、无功电量（0.5 级）、分时段峰平谷电度的高精度计量

5.3. 信号功能

1) 开关分合位置、小车位置信号、弹簧储能监视

2) 各类保护动作信号

5.4. 自动化功能

1) 联网通讯

2) 事件记录

3) 故障录波

4) 开关远控

5) 定值远控

5.5. 技术参数及指标

1) 工作电源

额定电压： 三相交流 100 V；

允许偏差： －20％～＋20％；

功 耗： < 20 W。

2) 电流保护元件

电流定值：0.2In～10In；

延时定值：0.01～60S；

定值误差：不超过±5%。

3) 漏电保护元件

电流定值：0.02In～6In；

延时定值：0.01～60S；

定值误差：不超过±5%。

4) 过(低)电压保护元件

电压定值：2～150V；

延时定值：0.01～20S；

定值误差：不超过±5%。

5) 动作时间准确度

当延时在 0～2s 时，动作误差不超过±0.05s；

当延时在 2～60s 时，动作误差不超过±5％。

6) 测量精度

电压：±1%；

电流：±1%；

有功及无功功率：±1%；

功率因数：±1%；

频率：±0.01Hz；

遥信分辨率：≤ 2 ms。

6.SY3603 高开智能选漏保护终端

6.1. 保护功能

1) 诊断信号漏电 I 段保护

2) 诊断信号漏电 II 段保护

3) 诊断信号漏电 III 段保护

6.2. 自动化功能

1) 联网通讯

2) 事件记录

3) 保护信号指示与上传

4) 故障录波

5) 定值远控

6.3. SY3603 技术参数及指标

1) 工作电源：

额定电压：交流 100 V 或者交流 220V；

允许偏差：－20％～＋20％；

功 耗：< 15 W；

2) 保护整定范围

漏电电流值：0.02In～4In；

零序电压整定范围：1V~120V；

时间整定范围：0~60s.

3) 动作指标

保护动作时间：<30mS;

电流定值误差：<±5%；

电压定值误差：<±5%；

时间定值误差小于±5%。

4) 测量技术指标

电压、电流：0.5 级；

7结束语

在施加诊断信号的同时，在接地回路中加入了短暫的消弧与电压抑制措施，抑制弧光过电压水平，降低弧光重燃的可能，保护电缆不被击穿，同时，分散式漏电保护器通过对诊断信号的捕捉判断，快速切除接地线路，恢复系统的正常运行。

作者简介：曲春杰(1977- )，男，山东省东营市人，2002年毕业于山东科技大学机电一体化专业，大学本科，高级工程师，2006年主要从事于山东华星石油化工集团有限公司机电设备润滑管理、维修工作。

参考文献：

[1]陈振宇.考虑用户偏好和设备特性的自动需求响应策略[J].南方电网技术，2017.

[2]盛万兴.自储能型能量路由器研究[J].电网技术，2017.

[3]刘欣.基于谐波源注入的SAPF补偿容量确定方法[J].电力系统保护与控制，2017.

[4]彭海平.智能变电站间隔层设备智能定检作业系统的研究[J].电力系统保护与控制，2017.

[5]徐晓春.智能变电站二次设备检修安措规则数据库设计与实现[J].电力系统保护与控制，2017.