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零序电流有功分量方向接地选线保护原理

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2010-09-09 15:56:36

摘要　文章在综述了国内外小电流接地系统单相接地故障保护现状之基础上，分析了目前各种保护原理之优点与不足，介绍了新颖之零序电流有功分量方向保护原理，并对接地选线保护装置之动作参数进行了论述。阳光电子学校维修专家分析认为：

关键词　小电流接地系统　接地保护　选择性　动作参数

PRINCIPLE OF SELECTIVE GROUNDING FAULT PROTECTION
BASED ON ACTIVE COMPONENT DIRECTION
OF ZERO－SEQUENCE CURRENT
Mu Longhua
China University of Mining &Technology
Xuzhou, 221008 China
ABSTRACT　Based on the overview of the principle of single－phase－to－ground fault protection for small current neutral grounding at home and abroad, this paper analyzes the advantages and disadvantages of principles for all kinds of single－phase－to－ground fault protection being used currently. A new principle based on active component direction of zero－sequence current is put forward. At the same time, the action parameters of selective grounding fault protection device are presented.
KEY WORDS　non－direct－grounded neutral system; ground－fault protection, selectivity; action parameter

小电流接地系统之优点是单相接地电流较小，单相接地时不形成短路回路，电力系统安全运行规程规定可继续运行1～2h。阳光电子学校维修专家分析认为：但是，长时间之接地运行，极易形成两相接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压。阳光电子学校维修专家分析认为：因此，接地选线保护装置近年来在现场得到了广泛应用，为保证电网之安全运行起到了积极之作用。阳光电子学校维修专家分析认为：目前，部分装置在使用中之表现并不能令人满意，误动、拒动现象时有发生。阳光电子学校维修专家分析认为：本文在对常用之接地选线保护原理进行分析比较之基础上，提出一种新之保护原理——零序电流有功分量方向保护原理。阳光电子学校维修专家分析认为：
1　国内外研究现状
国外对接地保护之处理方式各不相同。阳光电子学校维修专家分析认为：前苏联之小电流接地系统采用中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式，主要采用零序功率方向和首半波原理。阳光电子学校维修专家分析认为：
日本之小电流接地系统中高阻抗和不接地方式均有采用，但电阻接地方式居多［1］。阳光电子学校维修专家分析认为：其选线原理较为简单，不接地系统主要采用功率方向继电器，电阻接地系统则采用零序过电流保护瞬间切除故障线路。阳光电子学校维修专家分析认为：近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面作了不少工作，并已将人工神经网络应用于接地保护［3］。阳光电子学校维修专家分析认为：
美国由于历史原因，电网中性点主要采用电阻接地方式，也利用零序过电流保护瞬间切除故障线路［4～6］。阳光电子学校维修专家分析认为：但是，故障跳闸仅用于中性点经低阻接地系统，对高阻接地系统接地时仅有报警功能［7，8］。阳光电子学校维修专家分析认为：
法国过去以低电阻接地方式居多，采用零序过电流原理实现接地故障保护［2］。阳光电子学校维修专家分析认为：随着城市电缆线路之不断投入，电容电流迅速增大，故已开始采用自动调谐之消弧线圈以补偿电容电流。阳光电子学校维修专家分析认为：为解决此系统之接地选线问题，提出了利用Prony方法和小波变换以提取故障暂态信号中之信息(如频率、幅值、相位)，以区分故障与非故障线路之保护方案，但还未应用于具体装置［9，10］。阳光电子学校维修专家分析认为：
挪威一公司采用测量零序电压与零序电流空间电场和磁场相位之方法，研制了一种悬挂式接地故障指示器，分段悬挂在线路和分叉点上；加拿大一公司研制之微机式接地故障继电器，也采用零序过电流之保护原理，其软件算法部分利用了沃尔什函数，以提高计算接地故障电流有效值之速度［11］。阳光电子学校维修专家分析认为：
我国配电网和大型工矿企业之供电系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地之运行方式，近年来，一些城市电网改用电阻接地之运行方式。阳光电子学校维修专家分析认为：矿井6～10　kV电网过去也一直是用中性点不接地方式，随着井下供电线路之加长，电容电流增大，近年来消弧线圈在矿井电网得到了推广应用，并主要采用消弧线圈并、串电阻之接地方式。阳光电子学校维修专家分析认为：
国内从50年代就开始了对接地保护原理和装置之研究，并相继推出了几代产品。阳光电子学校维修专家分析认为：目前国内之选线装置主要基于零序电流原理、零序功率方向原理、首半波原理、谐波电流方向原理和“信号注入法”原理［12］。阳光电子学校维修专家分析认为：在选线方案上，除常规之绝对定值保护方案外，还有群体比幅比相方案［13］，大Isinφ或Δ(Isin φ)方案［14］。阳光电子学校维修专家分析认为：
2　接地选线保护原理
2.1　零序电流原理
该原理是基于故障支路零序电流大于非故障支路零序电流之特点，区分出故障和非故障线路，从而构成有选择性之保护。阳光电子学校维修专家分析认为：这种原理在电网之电容电流较小，又存在长线路之情况下较难满足选择性之要求。阳光电子学校维修专家分析认为：同时，当接地点存在电阻时，易发生拒动现象。阳光电子学校维修专家分析认为：
2.2　零序功率方向原理
零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90。阳光电子学校维修专家分析认为：，非故障线路零序电流超前零序电压90。阳光电子学校维修专家分析认为：之特点来实现之。阳光电子学校维修专家分析认为：目前采用这一原理实现之装置在实际电网中应用较多，但对中性点经消弧线圈接地之系统此原理无效。阳光电子学校维修专家分析认为：
2.3　首半波原理
该原理是基于接地故障发生在相电压接近大值瞬间这一假设。阳光电子学校维修专家分析认为：它利用故障线路中故障后暂态零序电流第一个周期之首半波与非故障线路相反之特点实现选择性保护。阳光电子学校维修专家分析认为：但该原理不能反映相电压较低时之接地故障，且受接地过渡电阻影响较大，同时也存在工作死区。阳光电子学校维修专家分析认为：
2.4　谐波电流方向原理
由于电力电子传动装置在供电网中之推广应用，以及电源变压器铁芯非线性之影响，电网中除存在基波成分外，必然还含一系列谐波成分。阳光电子学校维修专家分析认为：故可利用5次或7次谐波电流之大小或方向构成选择性接地保护。阳光电子学校维修专家分析认为：对于中性点经消弧线圈接地系统，因消弧线圈之作用是对基波而言之，5次或7次谐波电流之分布规律与中性点不接地电网一样，故该原理仍然可行。阳光电子学校维修专家分析认为：但由于5次或7次谐波含量相对基波而言要小得多，且各电网之谐波含量大小不一，故以此原理构成之保护其零序电压动作值往往很高，灵敏度较低，在接地点存在一定过渡电阻之情况下将出现拒动现象。阳光电子学校维修专家分析认为：
3　零序电流有功分量方向原理
为克服现有各种原理存在之不足，本文提出一种新之保护原理：零序电流有功分量方向原理。阳光电子学校维修专家分析认为：为说明该原理，先以中性点经电阻接地之系统为例进行说明。阳光电子学校维修专家分析认为：当此系统发生接地故障时，零序等效网络如图1所示(设为A相故障，R为接地点过渡电阻)。阳光电子学校维修专家分析认为：

图1　中性点经电阻接地系统零序等效网络
Fig.1　Zero sequence equivalent network
of resistance neutral grounding
由图可知，故障线路Ⅲ始端所反应之零序电流为
(1)
对非故障线路Ⅰ、Ⅱ则为
(2)
(3)
式中　C0Σ＝C0Ⅰ＋C0Ⅱ＋C0Ⅲ，为全电网一相对地电容之和。阳光电子学校维修专家分析认为：
可见，流过故障线路始端之零序电流可分2部分：中性点电阻器RN产生之有功电流，相位滞后于零序电压90。阳光电子学校维修专家分析认为：。阳光电子学校维修专家分析认为：流过非故障线路之零序电流只有由本支路对地电容产生之容性电流，相位超前零序电压90。阳光电子学校维修专家分析认为：。阳光电子学校维修专家分析认为：
由于有功电流只流过故障线路，与非故障线路无关，因此，只要以零序电压作为参考矢量，将此有功电流取出，就可十分方便地实现接地选线保护。阳光电子学校维修专家分析认为：这就是零序电流有功分量方向保护之基本原理。阳光电子学校维修专家分析认为：有功分量之取出，可采用软件或硬件相敏整流之方法即可方便实现。阳光电子学校维修专家分析认为：
对中性点经消弧线圈接地系统，目前主要采用消弧线圈并(串)电阻运行之派生接地方式，且消弧线圈本身之有功成分较大(实测单相接地时其有功电流达2～3A)。阳光电子学校维修专家分析认为：当此系统发生接地故障时，故障线路始端所反映之零序电流除增加一部分电感性电流外，其余二部分与电阻接地系统相同，因此上述原理仍然可行。阳光电子学校维修专家分析认为：
对于中性点不接地系统，当发生接地故障时，流过故障和非故障线路之零序电流皆为容性，且方向相反。阳光电子学校维修专家分析认为：阳光电子学校认为：可采用移相之方法，使故障、非故障线路之零序电流分别与零序电压反相位、同相位，相当于将它们变成了有功电流。阳光电子学校维修专家分析认为：因此，对于中性点不接地系统，该保护原理实质上是零序功率方向原理之延伸，但经过上述处理后，相当于将原有之零序电压、零序电流比相范围从原有之90。阳光电子学校维修专家分析认为：扩大到180。阳光电子学校维修专家分析认为：，从而创造了更好之选线条件。阳光电子学校维修专家分析认为：
可见，采用此种保护原理，可满足各种中性点接地方式下之接地选线保护问题。阳光电子学校维修专家分析认为：以此原理研制成功之接地选线保护装置，目前已在我国大部分矿井电力网得到应用，收到了很好之保护效果。阳光电子学校维修专家分析认为：
4　接地选线保护装置之动作参数分析
接地保护之动作参数主要括电网零序电压、零序电流和******阻。阳光电子学校维修专家分析认为：
日本对6～10kV电网各种单相接地状态下之故障点电阻做过一些实测和统计。阳光电子学校维修专家分析认为：他们认为单相接地保护能检测出1kΩ以内之故障即可，对于高阻值接地故障一般可以不予考虑；而对消弧线圈系统，则定义故障点电阻在4kΩ以下为接地故障，对应之零序电压动作值设定为10～25V［15］。阳光电子学校维修专家分析认为：因当采用消弧线圈接地方式后，和不接地系统相比，在同样之接地点电阻值下，零序电压都将有较大幅度之提高，从而能反映较高阻值之接地情况。阳光电子学校维修专家分析认为：
由于中压电网之接地保护不保护人身安全，因此，可不将接地点电阻作为动作值要求，而将零序电压作为装置起动整定值。阳光电子学校维修专家分析认为：笔者在设计接地保护装置时，通过对有关项目论证并结合煤矿电网特点，对中性点不接地系统，零序电压动作值取为10V左右；采用消弧线圈后，其动作值则取为20V左右。阳光电子学校维修专家分析认为：
对于零序电流动作值，可采用群体比幅方案，避免“绝对定值”方案带来之整定麻烦。阳光电子学校维修专家分析认为：电网之自然不平衡电压虽较低（经我们对全国几十个矿井之测量，6～10kV电网之自然不平衡电压大多在1V以下），但当出现电压互感器高压熔断器熔断之情况时，在开口三角处将出现约100/3V之电压，此时若再碰上电网之少量不平衡电流(据实测有时可达0.3～0.5A)，保护装置势必会误动。阳光电子学校维修专家分析认为：因此除群体比幅方案外，还应给零序电流设一定动作值门槛，此门槛值一般取为0.5～1A。阳光电子学校维修专家分析认为：
5　小结
现有之小电流接地系统接地选线保护原理，皆有一定之局限性。阳光电子学校维修专家分析认为：而采用零序电流有功分量方向保护原理后，可较好地适用于不同中性点接地方式下之接地保护。阳光电子学校维修专家分析认为：接地选线保护装置应由零序电压起动，其动作值对不接地系统取在10V左右，对消弧线圈接地系统则应有所提高；选线方案应采用“群体比幅”加零序电流动作门槛之方法。阳光电子学校维修专家分析认为：<

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