２０１２年６月 内蒙古科技与经济 Ｊｕｎｅ ２０１２ 第１２期总第２６２期 Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｎｏ．１２ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２６２ １ ０ｋＶ配电网单相接地故障隔离方法的研究 秦晓宇 （包头供电局，内蒙古包头０１４０３０） 摘 要：针对中性．占、经消弧线圈并联电阻接地方式下配电网发生单相接地故障进行理论分析和数 值仿真，提出了在中性点经消孤线圈并联电阻接地方式下配电网的单相接地故障隔离策略。 关键词：配电网；中性点经消弧线圈；并联电阻接地；单相接地；故障隔离 中图分类号：ＴＭ８６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－－６９２１（２０１２）１２一ＯＯ９２一Ｏ２ 在小电流接地系统中，因发生单相接地故障后 故障电流非常小，单相接地故障的检测与隔离问题 一直是困扰配电网运行的技术难点【１ ］。多年来，研 究人员围绕零序电流工频暂态、稳态、谐波、能量等 信息量提出了零序电流法、零序功率方向法、首半波 暂态电流法、能量法，以及信号注人法等，但是以上 方法均因为故障电流小和技术实现上的困难普遍存 图１ 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的构成 在检测准确率低的问题。 图中：Ｂ——Ｚ型接地变压器，提供系统中性 笔者通过分析中性点经消弧线圈接地和中性点 点； 经电阻接地方式下的故障特征，提出了一种新型的 Ｌ——消弧线圈，补偿电网电容电流； 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式，Ｙｓ＂析了在该 Ｃ——可调电容器组，调节消弧线圈补 种接地方式下的单相接地故障特征，提出了在该种 偿电流； 接地方式下的故障检测方法，并且通过仿真计算验 Ｒｎ——接地电阻器； 证了在该种接地方式下的故障检测方法的准确 ＰＴ。——中性点电压互感器，获取中性 性 。 点位移电压； １ 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式 ＣＴ。——中性点电流互感器，获取中性 １．１ 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的提出 点电流； 中性点经消弧线圈接地方式在供电可靠性、人 ＰＴ——母线电压互感器，获取母线线电 身设备安全和电磁兼容性等方面占有优势，但存在 压及开口三角电压； 过电压水平高、难以实现接地故障检测等不足。中性 ＣＴ 、ＣＴ ～ＣＴｎ——线路零序电流互感 点经电阻接地有利于限制过电压水平，接地故障易 器。 于检测，但低电阻接地方式下故障电流大，人身设备 由控制器ｘ，－Ｊ－电流、电压互感器的测量数据进行 安全和电磁兼容性应予以重视。 计算分析，完成监测电网电容电流、自动调节消弧线 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式汲取经消 圈电感量、自动控制接地电阻的投切和自动选择故 弧线圈接地方式的优点，即单相接地残余电流小、可 障线路等功能。 持续供电，以及中性点经电阻接地的优点，即过电压 在ｌＯｋＶ电网中，根据规程规定，中性点长期并 水平低，满足接地保护动作灵敏度要求等，弥补经消 联电阻选取Ｒｎ取１ ２００ｆ＇ｌ，发生永久性单相接地故障 弧线圈接地或经电阻接地单一运行方式的不足，既 时中性点并联电阻Ｒｎ由１ ２ＯＯＱ变为１５０１２，为单相 有利于瞬时故障熄弧，限制甚至消除发生间歇性弧 接地故障的检测提供足够的故障信息。 光接地及其他谐振过电压的可能性，又便于永久性 １．３ 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的工作 接地故障的检测。 原理 １．２ 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的构成 １．３．１电网正常运行。当电网正常运行时，中性点 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下的中性 接入消弧线圈，并在消弧线圈的两端长期并接中性 点设备主要由自动调谐消弧线圈（此处以调容式消 点电阻器，充分发挥该电阻器抑制串联谐振过电压 弧线圈为例）、接地电阻器、控制器３部分组成。此外 的作用；若装置采用预调节方式，则实时跟踪电网参 还有提供ｌＯｋＶ系统中性点的Ｚ型接地变压器，用于 数的变化，需要调整时，控制器发出指令自动调整消 测量的中性点电流互感器、电压互感器、线路电流互 弧线圈的档位，始终保证消弧线圈工作在残流为最 感器等，构成方式如图１所示。 小的最佳工作点，等待电网接地故障的发生；若装置 收稿日期：２Ｏ１２一Ｏ４—２１ 作者简介：秦晓宇（１９７２一），女，大学本科，从事变电运行技术工作。 ・９２・ 秦晓字・１０ｋＶ配电网单相接地故障隔离方法的研究 采用跟踪调节方式，则装置只实时跟踪电网参数的 变化，不需要实时调整消弧线圈的档位，只在电网发 生单相故障时迅速调节消弧线圈的档位至残流为最 小的最佳补偿档。 １．３．２ 瞬时性接地故障或扰动。当电网发生瞬时 性单相接地故障或三相合闸严重不同期等扰动时， 若装置采用预调节方式则自动闭锁消弧线圈的调节 回路，若采用跟踪调节方式则快速调整消弧线圈工 作在残流为最小的最佳工作点；充分发挥消弧线圈 和中性点按地电阻的补偿和限压作用，促使瞬时性 故障自动消失，有效地限制了铁磁谐振与弧光接地 过电压对电网的危害，避免了由此引发的绝缘薄弱 环节击穿、避雷器爆炸、电缆对地击穿短路、虚幻接 地等异常现象的发生。 １．３．３ 电网发生永久性单相接地故障。当电网发 生永久性单相接地故障时，控制器对中性点并联电 阻进行投切，通过中性点并联电阻的投切，为故障检 测提供了充分的信息。便于准确快速地检测出单相 接地故障。 ２ 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下的单相 接地故障原理分析 １０ｋＶ电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方 式下发生永久性单相接地故障时，中性点接地电阻 产生的阻性电流只流经中性点至故障线路接地点电 源侧的部分，单相接地故障的电网等效电路如图２ 所示。 一１ｌ ＿一一 Ｕ口。 一 一一一 图２单相接地故障等效电路 由图２可写出如下公式。 Ａ．零序电压： ～亡 １－｝－￣Ｒｑ－ｊＲ（３￣ｏＣ＝一土ｃｏＬ） Ｂ．故障点总电流： ＩＤ＝ＩＲ＋ＩＬ＋Ｉｃ￡ 一 ＋ ＋ｊ３ ｃ ）ｕ。 —一（ １＋ｊＣＬ 十Ｊ ａｏ￣＊Ｌ＿＿：＿－１）０Ｏｏ …∞Ｌ Ｃ．非故障线路Ｌ１零序电流（线路Ｌ２同）； ３１ｏ１：ＩＡ１＋ＩＢｌ ｑ－Ｉｃ１ 一ｊ Ｃｏ （Ｕ ＋Ｕｎ＋Ｕｃ） ＝３ｊ￣ｏＣ０ｌＵｏ ２０１２年镰１２锐 Ｄ．故障线路： 始端零序电流： ３１０３一ＩＡ３＋ＩＢ３＋１ｃ３一ＩＲ＋ＩＬ＋Ｉｃ 一（一 ＋ｊ［ 一３ｏＪ（Ｃ。 ＋ｃ。ｚ）］）・ｕ。 故障点电源侧零序电流： ３ｉ ０３｛一｛一 ＋ｊ［ 一３ｏｏ（Ｃ。 ＋ｃ。２＋ｃ ］）・ｕ。 故障点负荷侧零序电流： ３１０３，一ＩＡ３，＋ｌＢ３，＋Ｉｃ３， 一ｊ￣ｏＣ （ＵＡ＋ＵＢ＋Ｕｃ）一ａｊｏ，ｃ Ｕｏ 通过分析可知：１ＯｋＶ电网中性点经消弧线圈 并联电阻接地方式下发生永久性单相接地故障时， 通过中性点电阻的投切，在流经故障点到电源侧线 路的零序电流有功分量存在一个突变量，可以通过 检测此突变量来检测单相接地故障［１ ”］。 ３数值仿真分析 ３．１单相接地故障的隔离策略 在１０ｋＶ架空线Ｔ接用户支线的进线处，安装智 能检测单元，若用户支线发生单相接地故障，智能检 测单元通过零序有功增量法检测故障，根据需要可 以加装分界开关，分界开关经过一定延时后自动分 闸，变电站及馈线上的其他分支用户感受不到故障 的发生，用户支线的单相接地故障被成功隔离。 ３．２单相接地故障隔离的仿真计算分析 以包头１１ＯｋＶ美岱变１ＯｋＶ侧母线所连设备和 线路为仿真计算原型，建立ＡＴＰ数值仿真模型。 针对９１１出线苏卜线４１—１辣分支末端（分支 内）发生单相接地故障进行仿真计算，单相接地过渡 电阻设置为１ Ｏ００ｆ￣，计算结果如下 裹１ 中性点并联１ ２００ｆｌ电阻时（脱谐度为一Ｏ．１）计算结果 表２ 中性点并联１５０ｆｌ电阻时（脱谐度为一０＿１）计算结果 针对９１１出线苏卜线７＃环网柜０１６＃分支末端 发生单相接地故障进行仿真计算，计算结果如下。 裹４ 中性点并联１ ２００ｇｌ电阻时（脱谐度为－０．１）计算结果 表５ 中性点并联１５０ｆｌ电阻时（脱谐度为－０．１）计算结果 （下转第９５页） ・９３・ 郭军・内燃机车故障分析及其防止对策 机破９件。为此，大板机务段组织技术人员进行技术 攻关，在借鉴其他车型故障励磁系统的启示下，对 ＤＦＳＢ机车加装了故障励磁装置，从而使ＤＦＳＢ机车 励磁控制系统有了第三套励磁控制装置的备份，提 高了系统的可靠性，自２０１１年改造完成后，基本消 灭了８Ｂ机车励磁控制系统故障造成的机破。 ２ 环境方面 ２０１ ２年第１２期 机车各部件的材质、寿命直接关系到机车质量 作为运输企业，我们所处的环境，诸如气候、线 路状况等客观实际，对机车的运行状况及质量也有 着不可忽视的影响。 集通公司辖内的集通线、锡多线，气候条件恶 劣，无霜期仅ｌＯＯｄ～１２０ｄ，漫长的冬季严重地制约 着运输生产，同时，也加大了机车的非正常磨耗， ２００９年１月～３月间累计更换牵引电机３０余台，落 轮４Ｏ余条．而在６月～９月累计更换牵引电机２０台． 落轮１１条，季节变化后，故障明显降低。再如，每年３ 月～５月，沙尘天气肆虐，大板机务段内燃机车由于 风砂进入柴油机燃烧系统，造成活塞环、缸套磨损到 限故障率较高，２Ｏ０８年春季更换机车活塞、缸套１６０ 余件。为此，通过制定风沙天气“机车空气滤清系统 检查吹扫应急预案”，加大中、小、辅修空气滤清系统 滤芯检修、吹扫的跟踪整制，柴油机缸套活塞非正常 磨耗得到有效控制，２０１０年春季更换机车活塞、缸 套３５件，取得了显著效果。这样，根据不同的时期， 确定不同的工作重点，也是提高质量，降低故障的思 路之一。 的好坏。①严把自购及委外修配件的质量关，由有关 人员组成验收组，验收符合规定后，方准上车使用； ②加强厂修机车的管理．如ＤＦ４Ｄ４２３８、４２３６机车为 同一单位修理，回段后相继发生传动轴十字销断裂 故障，随后，我们对其他几台该单位修理机车的十字 销进行了更换，再未发生故障。结合以上发生问题， 我们首先派驻验收员到厂家ｘ，／大修机车进行验收， 严把厂修关；其次，加强厂、中修时配件的寿命管理， 对超过使用年限的配件严禁上车使用。 ４作业方面 机车作为机械设备的一种，人为的不正确操纵 和检查维修不到位，也会造成故障发生。①司乘人员 的运行操纵，严格按照《操规》的有关条款进行平稳 操纵，不断提高司乘人员的操纵水平；②检修工作葑 检修过程中的操作。要严格按“拆、检、修、装、验。快、 细、精、好、严”工作程序进行，强化现场按工艺修车， 杜绝违法修、简化修、漏修。 ５结束语 铁路机车检修工作，是一项只有起点没有终点， 循序渐进的工作。防止机车故障的发生是每一名机 务工作者的追求目标，随着科学技术的日益发展，各 种新技术、新材料在现场的广泛应用，各种高科技检 测设备的投入使用，管理手段的不断提高，必将会使 机车检修质量逐步提高，机车故障得到有效控制。 Ｌ参考文献ｊ 线路情况也是机车故障的一个诱因，大板机务 段担当的牵引区段线路大部分为有缝钢轨，冬季受 低温影响，轨缝变大，机车运行中振动较大，对牵引 电机磁极连线和引出线造成极大影响，断裂较多，通 过对它们进行“软连线”改造，取得了明显效果，冬季 机车牵引电机故障修理逐年减少。 ３材质方面 ［１］ 中华人民共和国铁道部东风４型内燃机车段 修规程ｒ－Ｍ－１．北京：中国铁道出版社，１９９３． Ｅｚ－１ 杨兆昆．东风４型内燃机车乘务员［Ｍ］．北京： 中国铁道出版社，２００４． ｒ－３３ 王德中．管理学原理ｒＭ３．成都：西南财经大 学出版社，１９９５． （上接第９３页） 表６ 区内故障零序有功增量（脱谐度为一０．１）计算结果 ［－３－１ 郝玉山，杨以涵．小电流接地微机选线的群体 比幅比相原理ＥＪ－１．电力情报，１９９４，（２）． １－４３ 贺春霞．小电流接地系统单相接地故障检测及 定位［Ｄ］．北京：电力科学研究院硕士论文， ２０００． 通过分析仿真结果可以得出：区内发生过渡电 阻ｌ ０００１２以内单相接地故障时智能检测单元安装 处的零序电流有功增量在３．８Ａ以上，而当区外发生 过渡电阻１ ＯＯ０ 以内单相接地故障时智能检测单 元安装处的零序电流有功增量极小，数值在ｌｍＡ以 下。 ４ 结论 笔者提出的零序有功增量法可用于配电网过渡 电阻在１ ｏｏＯＱ以内的单相接地故障准确隔离，能有 效解决接地单相接地故障的故障隔离问题。 可以根据提出的零序有功增量原理研制相应的 智能化检测单元和智能化分界开关，以实现对配电 网单相接地故障的准确隔离。 ［参考文献］ ［１］ 要焕年．论城市电网接地方式的发展方向ｒ－Ｊ３． 中国电力，１９９３，（８）． ［５］ 李福寿．中性点非有效接地电网的运行ＥＭ］． 北京：水利电力出版社，１９９３． ［６］ 要焕年，曹梅月．电力系统谐振接地ＥＭ３。北 京：中国电力出版社，２０００． ［７］ 贾清泉．提高配电网单相接地故障选线保护性 能的研究ｒ＇Ｄ３．北京：华北电力大学工学博士 学位论文，２００２． ［８］ 戴克铭，唐德光．苏州工业园区２０ｋＶ配电网 规划设计技术原则Ｄ］．供用电，１９９６，１３（４）． ［９］ 张振旗．１ＯｋＶ中性点小电阻接地系统零序电 流保护整定值探讨［Ｊ］．供用电，１９９６，１３（６）． Ｉ－１ｏ－１ 赵卫中，孙仲齐．中性点经电阻接地的技术 ［Ｊ］．高电压技术，１９９６，２２（３）． ［１１］ 牟龙华．零序电流有功分量方向接地选线保 护原理口］．电网技术，１９９９，２３（９）． ［１２］ 李孟秋，王耀南等．小电流接地系统单相接地 故障点检测方法的研究Ｉ－Ｊ３．中国电机工程学 报，２００１，２１（１Ｏ）． ［２］ 桑在中，张慧芬．用注入法实现小电流接地系 统单相接地保护［Ｊ］．电力系统自动化，１９９６， ２Ｏ（２）． ［１３］ 檀国彪，涂东明．基于最大Ｉｓｉｎ或（Ｉｓｉｎ）原理 的微机选线原理［Ｊ］．中国电力，１９９５，（７）． ・９５・