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摘要 ：介绍小电流接地系统中性点接地方式和运行特点，介绍XHK－II型消弧线圈自动调谐及接地选线成套装置中接地选线功能的工作原理及其单元组成和功能，并对安装过程中发现的缺陷予以改进。
关键词：接地选线、并联电阻、变电站、应用
1、前言：
随着电力系统改革的不断推进和深化，供电可靠性已成为考核供电系统电能质量的重要指标。我国10kV配电网中性点大多采用不接地或经消弧线圈接地方式，允许单相接地后继续运行2小时。在发生单相接地故障后，运行人员采用试拉线路查找接地的方法，这种方法不仅慢，且造成不接地线路的短时间停电，严重影响了供电的可靠性。因此，为提高供电可靠性，减少发生单相接地故障时查找故障设备的时间，南京供电公司在110kV南湖变电站原使用的XHK—II型消弧线圈自动调谐成套装置中首次引进并加装了接地选线功能。
小电流接地系统中性点接地方式和运行特点：
目前，小电流接地系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地、中性点直接接地、中性点经中电阻接地等方式。由于受配网结构所致，我国3～66 kV 配电网主要采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式。随着配网的扩大以及电缆线路的不断增加, 系统电容电流也急剧增加, 对发生单相接地故障时电弧不能自动熄灭而引起相间短路或间歇性弧光接地过电压, 应采用中性点经消弧线圈接地方式。
当小电流接地系统发生单相接地时，线电压大小和相位不变且对称，而系统的相间绝缘能够满足线电压运行的要求，所以允许单相接地时系统继续运行不超过2小时。当发生单相接地故障时，非故障相對地电压升高，系统的薄弱环节可能因此击穿，造成短路故障，若故障点产生间歇性电弧，易导至谐振，产生谐振过电压，将对系统设备造成危害。同时，间歇性电弧可能烧坏设备，使故障扩大为相间故障。由于经消弧线圈接地的小电流接地系统发生单相接地时接地残流小，使得故障线路的自动选线准确率很低。运行人员在系统发生单相接地时仍采用传统的试拉线路查找接地的方法。为了提高供电可靠性，迅速而准确地自动选线出接地线路, 及时切除故障, 减少因接地对设备造成的损害，故在110kV南湖变电站原使用的XHK—II型消弧线圈自动调谐成套装置中增加了接地选线功能。
3、XHK－II型消弧线圈自动调谐及接地选线成套装置中接地选线功能的工作原理及其组成：
为在发生单相接地时自动选线出故障线路，此次在110kV南湖变电站XHK－II型消弧线圈自动调谐装置中增加了接地选线功能。其接线如下图所示。该装置采用在消弧线圈两端并联电阻的方法，即当接地时投切并联电阻，向接地点注入有功分量，使接地线路的电流幅值与相位都有很明显的变化，区别于其它正常线路。
图1 并联电阻接线图
（1）并联中电阻工作原理：
当系统发生单相接地后，对瞬时接地故障，由于流过消弧线圈的电感性电流与流入接地点的电容性电流相位相反，接地弧道中所剩残流很小，对于瞬间接地将自行消失。如果是稳定接地，延时60秒后由计算机控制投入并联电阻（投入时间1秒），产生一定的有功电流，该电流流向接地线路，计算机对所有出线零序电流进行快速同步采样，对采样数据进行处理。由于接地线路和正常线路在并联电阻投入的时间内零序电流信号差异相当显著，选线准确率完成可以达到100％，对高阻接地、金属性接地和母线接地都能够准确识别。该装置在5分钟内只投入一次，如在5分钟内再发生单相接地故障将不再投入。
其选线的工作流程图如下：
图2选线的工作流程图
（2） XHK—II型成套装置接地选线单元组成及功能：
这套装置中接地选线单元主要由接地选线控制器、并联电阻箱两部分组成。
接地选线控制器位于变电站保护室XHK—II型成套装置中，其主要功能是控制并联电阻投入、采集各线路零序电流、准确选出接地线路、显示接地信息并上传接地事件，可将XHK－II型成套装置接地选线单元按其功能划分如下：
图3功能框图
此装置取所在母线电压互感器开口三角的零序电压作为接地启动信号。延时60秒后，单相接地故障仍存在，控制器发投入并联电阻信号至并联电阻箱，电阻投上后，接地选线单元根据各线路零序电流进行选线，并在液晶屏上显示故障线路，同时将信号上传至中心站监控系统，告之运行人员接地线路及母线，运行人员汇报调度并根据调度的命令迅速将故障设备切除。
并联电阻箱与消弧线圈并联接在接地变的中性点上。并联电阻箱主要由控制回路、真空开关、中电阻（132Ω）组成。选线控制器发投入并联电阻信号至控制回路，控制回路立刻合上真空开关，一秒后迅速断开真空开关。
（3）电阻阻值的确定：
小电流接地系统发生单相接地时，如 A相发生单相永久性接地， A相对地电位为零，B、C相对地电位分别上升至线电压，中性点位移为。因此，采用并联电阻6Ω则可以提供6kV/6Ω=1kA的接地电流。如此大的电流对于准确选线无疑有好处，但也导致一些其它的问题。如接地点流过很大的电流，电弧会烧毁其它电缆，引起火灾或相间故障。而电阻流过如此大的电流，发热也成为一个大问题，这给电阻的制造带来困难，使造价上升；同时，如此大的接地电流会影响通信线路及其它设备的运行，甚至会对人员安全造成危害。因此，考虑以上诸多因素，结合南湖变电站的实际情况，选用132Ω的电阻，此时提供的接地电流为。这样既能保证选线装置准确选线，又不会有太大的接地电流。
110kV南湖变电站电容电流正常运行时约为100A，脱谐度约为10%，还有10A的电容电流；单相接地后，投入电阻，阻性电流为45.5A，则故障电流可计算得。由此可知采用中性点经消弧线圈加并联电阻的方式接地的系统，既能准确判断故障线路，又不会有很大的故障电流。
（4） XHK—II型成套装置接地选线单元的保护措施：
因单相接地时投入并联电阻，使电阻、故障点流过了很大的接地电流，对装置的准确选线有好处，但同时也使电阻迅速升温，所以在并联电阻箱中也安装一些保护措施。
投入电阻后，0.9秒内完成数据采集，程序控制断开电阻；
1秒时间继电器动作自动断开电阻；
动作间隔时间闭锁。在控制回路中设定5分钟内不论发生几次单相接地，并联电阻只投入一次，以防止电阻的频繁投入以致高温烧坏电阻，同时也减少投切电阻对电网产生的影响；
温度继电器过限断开。在控制回路中设置温度控制器监视电阻的环境温度，一旦超过设定的180℃时，则认为电阻温度过高，不能在投入。所以断开真空开关投切回路，使其不能再合上，以保护电阻。
4、安装时发现的问题：
在安装调试过程中发现，一旦真空开关拒跳时，无任何控制回路去切除电阻，在故障线路切除前，电阻一直通过很大的接地电流，使电阻迅速升温以致烧坏，而此时却无任何报警信号上传至中心站监控系统。因此，需要重新设计接地装置的控制回路，使其在真空开关拒跳时能有防护措施跳开电阻并有相关报警信号上传中心站。经与厂家一起对该套装置控制回路研究后，决定采用开关的位置节点与时间继电器配合去跳本侧接地变开关的方案。其方案控制回路图如下：
图4 开关拒跳保护回路图
如图所示，K4为真空接触器，K4－1为其位置节点；SK3为定时3秒的时间继电器；K3为中间继电器，YB为压板。时间继电器时间设定要超过电阻投入时间一秒及继电器动作时间，因此可设定为3秒。真空开关合上后，K4－1节点闭合，3秒后节点仍然闭合则认为是真空开关发生机械故障拒跳，那么此时时间继电器SK3动作，通过中间继电器节点去跳本侧接地变，此正常时再将报警信号上传中心站。由于故障被迅速发现，检修人员可以尽快修复故障，恢复接地变正常运行方式。
5、结束语：
此套装置作为南京供电公司在110kV南湖变电站首次引进并安装使用的设备，几年来，该站发生过数十起10kV母线单相接地故障，其装置选线的准确率达100%，有效的提高了供电的可靠性，确保了变电站的安全运行，建议在系统中推广使用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：接地选线、并联电阻、变电站、应用
1、前言：
随着电力系统改革的不断推进和深化，供电可靠性已成为考核供电系统电能质量的重要指标。我国10kV配电网中性点大多采用不接地或经消弧线圈接地方式，允许单相接地后继续运行2小时。在发生单相接地故障后，运行人员采用试拉线路查找接地的方法，这种方法不仅慢，且造成不接地线路的短时间停电，严重影响了供电的可靠性。因此，为提高供电可靠性，减少发生单相接地故障时查找故障设备的时间，南京供电公司在110kV南湖变电站原使用的XHK—II型消弧线圈自动调谐成套装置中首次引进并加装了接地选线功能。
小电流接地系统中性点接地方式和运行特点：
目前，小电流接地系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地、中性点直接接地、中性点经中电阻接地等方式。由于受配网结构所致，我国3～66 kV 配电网主要采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式。随着配网的扩大以及电缆线路的不断增加, 系统电容电流也急剧增加, 对发生单相接地故障时电弧不能自动熄灭而引起相间短路或间歇性弧光接地过电压, 应采用中性点经消弧线圈接地方式。
当小电流接地系统发生单相接地时，线电压大小和相位不变且对称，而系统的相间绝缘能够满足线电压运行的要求，所以允许单相接地时系统继续运行不超过2小时。当发生单相接地故障时，非故障相對地电压升高，系统的薄弱环节可能因此击穿，造成短路故障，若故障点产生间歇性电弧，易导至谐振，产生谐振过电压，将对系统设备造成危害。同时，间歇性电弧可能烧坏设备，使故障扩大为相间故障。由于经消弧线圈接地的小电流接地系统发生单相接地时接地残流小，使得故障线路的自动选线准确率很低。运行人员在系统发生单相接地时仍采用传统的试拉线路查找接地的方法。为了提高供电可靠性，迅速而准确地自动选线出接地线路, 及时切除故障, 减少因接地对设备造成的损害，故在110kV南湖变电站原使用的XHK—II型消弧线圈自动调谐成套装置中增加了接地选线功能。
3、XHK－II型消弧线圈自动调谐及接地选线成套装置中接地选线功能的工作原理及其组成：
为在发生单相接地时自动选线出故障线路，此次在110kV南湖变电站XHK－II型消弧线圈自动调谐装置中增加了接地选线功能。其接线如下图所示。该装置采用在消弧线圈两端并联电阻的方法，即当接地时投切并联电阻，向接地点注入有功分量，使接地线路的电流幅值与相位都有很明显的变化，区别于其它正常线路。
图1 并联电阻接线图
（1）并联中电阻工作原理：
当系统发生单相接地后，对瞬时接地故障，由于流过消弧线圈的电感性电流与流入接地点的电容性电流相位相反，接地弧道中所剩残流很小，对于瞬间接地将自行消失。如果是稳定接地，延时60秒后由计算机控制投入并联电阻（投入时间1秒），产生一定的有功电流，该电流流向接地线路，计算机对所有出线零序电流进行快速同步采样，对采样数据进行处理。由于接地线路和正常线路在并联电阻投入的时间内零序电流信号差异相当显著，选线准确率完成可以达到100％，对高阻接地、金属性接地和母线接地都能够准确识别。该装置在5分钟内只投入一次，如在5分钟内再发生单相接地故障将不再投入。
其选线的工作流程图如下：
图2选线的工作流程图
（2） XHK—II型成套装置接地选线单元组成及功能：
这套装置中接地选线单元主要由接地选线控制器、并联电阻箱两部分组成。
接地选线控制器位于变电站保护室XHK—II型成套装置中，其主要功能是控制并联电阻投入、采集各线路零序电流、准确选出接地线路、显示接地信息并上传接地事件，可将XHK－II型成套装置接地选线单元按其功能划分如下：
图3功能框图
此装置取所在母线电压互感器开口三角的零序电压作为接地启动信号。延时60秒后，单相接地故障仍存在，控制器发投入并联电阻信号至并联电阻箱，电阻投上后，接地选线单元根据各线路零序电流进行选线，并在液晶屏上显示故障线路，同时将信号上传至中心站监控系统，告之运行人员接地线路及母线，运行人员汇报调度并根据调度的命令迅速将故障设备切除。
并联电阻箱与消弧线圈并联接在接地变的中性点上。并联电阻箱主要由控制回路、真空开关、中电阻（132Ω）组成。选线控制器发投入并联电阻信号至控制回路，控制回路立刻合上真空开关，一秒后迅速断开真空开关。
（3）电阻阻值的确定：
小电流接地系统发生单相接地时，如 A相发生单相永久性接地， A相对地电位为零，B、C相对地电位分别上升至线电压，中性点位移为。因此，采用并联电阻6Ω则可以提供6kV/6Ω=1kA的接地电流。如此大的电流对于准确选线无疑有好处，但也导致一些其它的问题。如接地点流过很大的电流，电弧会烧毁其它电缆，引起火灾或相间故障。而电阻流过如此大的电流，发热也成为一个大问题，这给电阻的制造带来困难，使造价上升；同时，如此大的接地电流会影响通信线路及其它设备的运行，甚至会对人员安全造成危害。因此，考虑以上诸多因素，结合南湖变电站的实际情况，选用132Ω的电阻，此时提供的接地电流为。这样既能保证选线装置准确选线，又不会有太大的接地电流。
110kV南湖变电站电容电流正常运行时约为100A，脱谐度约为10%，还有10A的电容电流；单相接地后，投入电阻，阻性电流为45.5A，则故障电流可计算得。由此可知采用中性点经消弧线圈加并联电阻的方式接地的系统，既能准确判断故障线路，又不会有很大的故障电流。
（4） XHK—II型成套装置接地选线单元的保护措施：
因单相接地时投入并联电阻，使电阻、故障点流过了很大的接地电流，对装置的准确选线有好处，但同时也使电阻迅速升温，所以在并联电阻箱中也安装一些保护措施。
投入电阻后，0.9秒内完成数据采集，程序控制断开电阻；
1秒时间继电器动作自动断开电阻；
动作间隔时间闭锁。在控制回路中设定5分钟内不论发生几次单相接地，并联电阻只投入一次，以防止电阻的频繁投入以致高温烧坏电阻，同时也减少投切电阻对电网产生的影响；
温度继电器过限断开。在控制回路中设置温度控制器监视电阻的环境温度，一旦超过设定的180℃时，则认为电阻温度过高，不能在投入。所以断开真空开关投切回路，使其不能再合上，以保护电阻。
4、安装时发现的问题：
在安装调试过程中发现，一旦真空开关拒跳时，无任何控制回路去切除电阻，在故障线路切除前，电阻一直通过很大的接地电流，使电阻迅速升温以致烧坏，而此时却无任何报警信号上传至中心站监控系统。因此，需要重新设计接地装置的控制回路，使其在真空开关拒跳时能有防护措施跳开电阻并有相关报警信号上传中心站。经与厂家一起对该套装置控制回路研究后，决定采用开关的位置节点与时间继电器配合去跳本侧接地变开关的方案。其方案控制回路图如下：
图4 开关拒跳保护回路图
如图所示，K4为真空接触器，K4－1为其位置节点；SK3为定时3秒的时间继电器；K3为中间继电器，YB为压板。时间继电器时间设定要超过电阻投入时间一秒及继电器动作时间，因此可设定为3秒。真空开关合上后，K4－1节点闭合，3秒后节点仍然闭合则认为是真空开关发生机械故障拒跳，那么此时时间继电器SK3动作，通过中间继电器节点去跳本侧接地变，此正常时再将报警信号上传中心站。由于故障被迅速发现，检修人员可以尽快修复故障，恢复接地变正常运行方式。
5、结束语：
此套装置作为南京供电公司在110kV南湖变电站首次引进并安装使用的设备，几年来，该站发生过数十起10kV母线单相接地故障，其装置选线的准确率达100%，有效的提高了供电的可靠性，确保了变电站的安全运行，建议在系统中推广使用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。