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小電流系統單相接地保護選線技術可靠性差的原因

由于主變壓器二次側三相繞組的中性點不接地（或經過消弧線圈、電阻接地），當線路中的任意一相接地時，沒有與變壓器的繞組構成回路（或電阻很大），就不能形成電流（或很小），在故障線路和接地點就不會有大電流流過。僅有線路與大地之間所形成的電容電流，它與線路的長度成正比，10KV的線路每公里約有15mA左右。     影響保護選線準確性的關鍵原因就在于一個“小”。因為接地時的電流很小，從幾毫安到幾十毫安或幾百毫安，zui大也只有幾安培，與供電線路中的幾百安培或數千安培的負荷電流相比，相差數千倍或數萬倍；線路中故障時的電流與非故障時的電流相比沒有明顯的區別；又因為很多電流互感器的測量誤差所產生的不平衡電流遠大于接地時的零序電流值，現有的繼電保護和綜合自動化保護等設備，不能區分是故障接地電流還是負荷電流的波動。另外，當接地故障發生時，不僅故障線路對地有電容電流，而非故障線路對地同時也有電容電流，這樣不僅要測量故障線路的電容電流，還要測量非故障線路的電容電流，并要進行區分，難度更大。在一些大型樞紐變電站中，雖然配電線路較多，也比較長，接地時能夠形成較大的電容電流；但是，接地電流較大時，又容易在故障點產生弧光，導致二相或三相線路發生短路事故。因此，國家有關部門明確規定：對于接地電流大于10A的系統，要裝設消弧線圈或電阻。以此來減少接地點的過度電流，避免產生弧光；這樣就使故障線路接地點的電流更小，故障特征更加的不明顯。又因電力系統是強電場和強磁場的環境，干擾信號很大，往往把接地信號給淹沒了；再加上接地時，系統會經常發生鐵磁諧振，改變了故障線路與非故障線路零序電流的方向，采用“零序諧波電流的方向”判斷故障線路的理論被否定。     根據值班人員反映的情況，采用“S注入法”進行保護選線的裝置，導致選線不準確的主要原因是：1、裝置向高壓系統中所能“注入”的信號能量有限，電流太小，與電力系統的大電流相比顯得是微不足道的，實際上變電站的諧波干擾信號比它大的多；2、受供電系統的大小，線路的多少、長短以及母線段運行方式的變化等多種條件制約；3、受故障點接地電阻的影響；當故障點為高電阻接地時，流過故障線路的信號電流就很微弱，其它非故障線路若較長時，反而比故障線路的電流信號還要強許多倍；4、電能損耗很大，在使用過程中造成電壓互感器溫度升高發熱，電能表計量誤差和容易引起其它保護裝置誤動；這種頻率的電流在電力系統中是有害的，對電能的質量產生影響。所以，很多使用過該類型裝置的，現在都已經放棄了，又在尋求新的方法。     由于多種原因，采用1-2種“理論”和方法作為裝置的工作原理和判斷方法，還不能保證保護選線的準確性。目前，盡管國內外已有很多企業和科研院所，開發生產了多種類似的保護選線裝置，但可靠性都不高。準確率能夠達到90﹪以上的裝置為數還很少。還需要更多的企業和科技人員努力探索。   四、保護可靠選線準確的成功案列     襄樊科能公司在湖北省電力局和襄樊供電局的大力支持下與我單位合作，不僅有了技術信息和試驗設備；而且還得到了科研經費補助。從上世紀80年代末組織了一批在電力系統長期從事發、配電工作的工程技術人員，開展了近20年的研究工作，對國內外這類裝置選線不可靠的原因，進行了深入細致地分析，實地調查了很多變電站、開關站，掌握了大量的運行數據，發現了各種理論在使用過程中存在的問題。總結出了接地狀態時，電流、電壓和各種干擾信號的變化規律，根據“模糊理論”的原理，綜合采用了“首半波”、“無功功率方向”、“諧波電流的方向和大小”以及“小波分析”等多種原理和方法。通過采集接地狀態時多種數據與運行經驗相結合，運用模糊理論和計算機技術，采用邏輯關系和模糊加權運算方法以及自主開發的程序軟件；在硬件方面選用了從美國進口的大規模集成電路和高速電腦工控機；結構上是分布式網絡結構，多位處理器同時工作，實現了實時跟蹤，多種數據同步采集和運算處理，快速得出判斷結果。     同時，該公司還研制成功了與單相接地保護裝置配套的具有高精度和高靈敏度的LXMZ-10型母線式零序電流互感器和電纜式零序電流互感器。從多方面保證了保護選線的可靠性。從1989年開發成功*代選線裝置（原名稱：單相接地探索儀、單相接地故障在線監測儀），于1993年通過了水利電力部低壓電器質量檢驗測試中心的檢驗測試；并在華中網局和湖北省電力工業局的共同組織下召開了技術成果鑒定會，得到了與會三十多位專家、工程師的好評。該項目的主要技術人員現又對該裝置進行了全面升級，功能更加強大，選線的可靠性得到了進一步提高，從早期70-80﹪的選線準確率，提高到現在的100﹪；既解決了中性點*不接地系統保護選線的需要；又解決了中性點經消弧線圈或電阻接地系統的保護選線需要；還能夠滿足多段母線多種組合并列或分段運行方式時，多條線路同時發生接地時的保護選線。當接地時的過渡電阻較高或系統有諧振發生時，也能達到選線準確無誤。現已在二百多座變電站安裝使用了這種裝置，從用戶反饋的使用情況來看，效果很好，滿足了電力系統對可靠性的要求，具有世界水平。因此，從根本上解決了小接地電流系統單相接地保護選線可靠性差的世界性難題，為提高電力系統的自動化水平作出了創新性的貢獻。  

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