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干扰方向检测技术在故障分析中的应用价值

作者:潘彩敏 (施耐德电气(中国)有限公司上海分公司,上海 200062)时间:2021-02-22来源:电子产品世界收藏
编者按:通过对小电流接地系统优缺点及单相接地故障的特点分析,结合单相接地发展成两相短路故障与单相接地故障初期监测并及时被排除的两个工程实例,说明电能质量仪表的干扰方向检测技术在故障分析中的重要应用价值。


本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202102/422855.htm

0   引言

在我国的配电网系统中接地方式,一般分为大电流接地方式和小电流接地方式,其中大电流接地方式包括中性点直接接地和经小电阻接地,而小电流接地方式包括中性点不接地、经消弧线圈接地和经高阻接地。(3~66) kV 的电力系统,大多数采用中性点不接地的运行方式。只有当系统单相接地电流大于一定数值((3~10)kV 大于30 A;20 kV 以上大于10 A)时,才采取中性点经消弧线圈接地。发生时接地电流非常小,传统的监测装置误差率较高,因此初期,能够准确监测到故障时的异常电压数据,并给出扰动源的方向,对快速定位、排除故障具有重要的应用价值。

1   的优缺点

据统计单相接地故障占中压电网故障的70%,是配电系统最常见的故障,多发生在潮湿、多雨天气。由于树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线,单相电缆绝缘破损以及小动物危害等诸多因素引起的。

中,发生单相接地后,当线路较短时,接地电容电流不大,不会形成稳定的接地电弧,电弧能迅速自熄,能自动地清除单相接地故障,而无需使线路断开,故障相对地电压降低,非故障两相的相电压升高,但线电压却依然对称,因而不影响对用户的连续供电,系统可运行1~2 h,从而大大提高了供电可靠性,这也是小电流接地系统的最大优点。

小电流接地系统的缺点是,若发生单相接地故障时电网长期运行,因非故障的两相对地电压升高1.732倍,可能引起非故障相绝缘的薄弱环节被击穿,发展成为相间短路,使事故扩大,影响用户的正常用电。

还可能使电压互感器铁心严重饱和,导致电压互感器严重过负荷而烧毁。同时弧光接地还会引起全系统过电压,进而损坏设备,破坏系统安全运行。因此,当发生单相接地故障时,必须及时发现并排除故障。小电流系统单相接地时的运行状态,其不同于正常运行状态的信息主要有2 点:①故障线路流过的零序电流是全系统的电容电流减去自身的电容电流,而非故障线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流。②故障线路的零序电流是从线路流向母线,非故障线路的零序电流是从母线流向线路,两者方向相反。

从小电流系统单相接地时与正常运行时,状态信息的不同看,故障线路的判定似乎非常容易,然而事实并非如此,这是由于电流信号太小,干扰大,信噪比小,随机因素影响的不确定,电容电流波形的不稳定。在小电流接地选线装置自20 世纪80 年代问世以来,已经历了几次技术更新换代,其选线的准确性也在不断提高,尽管设备厂方宣称100% 的选线正确率,但工程实际应用中均存在误判率较高的问题,使许多用户有一种不用麻烦,用了也麻烦的感觉,故现场很多情况下都是选检设备闲置退出而采用手动拉闸试验的原始方法查找接地。

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图1 单相弧光接地故障发展成两相短路故障的案例

2   单相接地发展成两相短路故障案例

图1 是一个典型的20 kV 单相弧光接地故障发展成两相短路故障的案例,从故障录波可以看出整个事件的发展过程,C 相发生不完全弧光接地,C 相低电压,AB 两相过电压,持续20 ms 后B 相发展成接近完全接地,AC 两相电压升高,40 ms 后出现短暂震荡,然后AC 两相相间短路,持续100 ms 后三相电压降为0,电流到最大值,CT 饱和成平顶波。一般单相接地故障如果能及早发现,并尽快排查修复故障点,可以避免事故的进一步扩大。

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图2

3   单相接地故障初期监测被排除的实例

图2 案例是天津的一个半导体客户现场,10 kV的ION7650 从2019 年11 月19 日至12月3 日,记录到十多次无规律电压暂升和暂降报警信号,根据报警数据及波形信息,结合报警事件的特点和干扰方向信息,虽然故障发生的时间点不规律,但每次故障持续的时间都是10 ms 或20 ms,都是AB两相过电压,C 相低电压,而且干扰源的方向都是指向监测点的上游,结合波形特点可以分析出C 相发生了不完全弧光接地故障,这是10 kV 小电流接地系统典型的单相接地故障特点。根据干扰方向指向监测点的上游,建议客户重点排查该10 kV 监测点上游的避雷器,变压器和断路器的C 相电缆连接头,初步排查10 kV 进线柜内发现局部放电现象,最后锁定C 相电缆绝缘破损。客户有计划地把负荷切到另一路10 kV电源,及时修复故障电缆,避免事故进一步扩大,未造成10 kV 跳闸。对于芯片工厂来说,一次短暂的停机将会带来千万元的经济损失。

第一章节也介绍了小电流接地系统单相接地故障的特点,发生单相接地故障时接地电流非常小,因此故障非常隐蔽,而且传统的单相接地故障监测装置误差率很高,特别是这次客户遇到的是C 相不完全弧光接地,仅持续(10~20) ms,更难被监测到。施耐德电能质量表能抓住萌芽状态的潜在故障信息,并且扰动源方向判定专利技术在排查故障点中也起到了很大的作用,根据干扰方向指示,只需要排查检测点的上游,大大缩小了故障排查的范围,为客户赢得了故障修复的时间。

4   结语

本文介绍了小电流接地系统发生单相接地故障时,线电压却依然对称,不影响对用户的连续供电,系统可运行1~2 h,从而大大提高了供电可靠性的优点。同时也存在因非故障的两相对地电压升高1.732 倍,可能引起非故障相绝缘的薄弱环节被击穿,发展成为相间短路的缺点。案例一就是典型的单相接地故障发展成两相短路的事件。由于故障电流信号太小、干扰大、信噪比小、随机因素影响的不确定、电容电流波形的不稳定,传统的小电流选线装置在应用中的误判率较高。案例二介绍了电能质量表,可以准确地监测记录到(10~20) ms 的不完全弧光接地故障,抓住萌芽状态的潜在故障信息,同时具备扰动源方向判定专利技术,根据干扰方向指示,从而大大缩小故障排查的范围,在工程应用中具有很大的价值。


作者简介:潘彩敏,女,2003年安徽大学电路与系统硕士,施耐德智能配电工程应用大学讲师,电能质量高级咨询服务专家,在配电系统中的电能质量监测、分析、治理及行业应用中有丰富的经验积累,帮助客户解决电力系统运行中遇到的疑难杂症,参与中国电源学会团体标准电能质量相关标准编写修订。手机:18616885329。


(本文来源于《电子产品世界杂志》2021年2月期)



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