0 引 言
在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,當(dāng)某相發(fā)生接地故障時(shí)不形成短路,只是經(jīng)過(guò)線(xiàn)路對(duì)地電容形成容性電流通道,故障電流很小,不要求保護(hù)裝置動(dòng)作,允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行1～2 h[ 1 ] 。但是這種情況可能引起故障性質(zhì)的變化。如當(dāng)用戶(hù)電氣設(shè)備事故波及到配電線(xiàn)路,造成全線(xiàn)路停電時(shí),同一線(xiàn)路的其他用戶(hù)也可能發(fā)生連帶停電,從而引發(fā)大面積停電事故。
據(jù)某供電局統(tǒng)計(jì),該局過(guò)去幾年的事故中用戶(hù)事故占全部事故的30% ～50%。如果用戶(hù)在其進(jìn)戶(hù)線(xiàn)(分界點(diǎn)處)設(shè)置具有SOG功能的智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān),就可以防止用戶(hù)事故波及到電力公司的配網(wǎng)主線(xiàn)路,從而提高供電可靠性。針對(duì)中國(guó)電網(wǎng)的實(shí)際情況,在分支線(xiàn)和城網(wǎng)與農(nóng)網(wǎng)的分界點(diǎn)也可以考慮安裝這種保護(hù)開(kāi)關(guān)。
具有防止上述波及事故發(fā)生的開(kāi)關(guān)可稱(chēng)為SOG功能的智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)?？紤]到實(shí)際線(xiàn)路運(yùn)行協(xié)調(diào)性,以及制造成本、運(yùn)行成本和用戶(hù)廠(chǎng)區(qū)事故的種類(lèi),該型開(kāi)關(guān)一般為負(fù)荷開(kāi)關(guān),它是介于斷路器和隔離開(kāi)關(guān)之間的一種開(kāi)關(guān)電器,發(fā)生短路事故時(shí)沒(méi)有斷開(kāi)短路電流的能力。負(fù)荷開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)比斷路器簡(jiǎn)單,具有簡(jiǎn)單的滅弧裝置,與斷路器的主要區(qū)別在于其不能開(kāi)斷短路電流。目前負(fù)荷開(kāi)關(guān)通常與高壓熔斷器串聯(lián)組合使用,應(yīng)用于功率不大或不太重要的場(chǎng)所,從而代替價(jià)格昂貴的斷路器與保護(hù)組合使用,降低配電裝置的成本,而且其操作和維護(hù)也較簡(jiǎn)單。負(fù)荷開(kāi)關(guān)以其較低的成本、優(yōu)越的性能、簡(jiǎn)單的維護(hù)與操作等優(yōu)勢(shì), 在城市配網(wǎng)高壓柜中的應(yīng)用比重越來(lái)越大[ 2 ] 。
1 SOG主要功能
1. 1 SOG保護(hù)開(kāi)關(guān)相關(guān)概念
SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)是指具有記憶過(guò)電流等待分閘,接地自動(dòng)分閘功能,可有效防止停電區(qū)域擴(kuò)大的負(fù)荷開(kāi)關(guān)裝置。即當(dāng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)裝置檢測(cè)到過(guò)電流后做好分閘準(zhǔn)備,一旦線(xiàn)路失壓后開(kāi)關(guān)裝置才進(jìn)行分閘動(dòng)作。
該開(kāi)關(guān)是在發(fā)生事故時(shí),為了將事故的影響限制到最小范圍而使用的,因此應(yīng)具有迅速、準(zhǔn)確判斷事故地點(diǎn)并進(jìn)行選擇開(kāi)斷的能力。
發(fā)生接地事故時(shí)立即斷開(kāi),發(fā)生超過(guò)閉鎖電流(短路事故電流)的事故時(shí),先將開(kāi)關(guān)閉鎖,等電源側(cè)(變電所)的斷路器動(dòng)作線(xiàn)路停電后自動(dòng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān),保證變電站斷路器的一次重合成功,這種功能稱(chēng)為SOG動(dòng)作。根據(jù)事故內(nèi)容進(jìn)行跳閘動(dòng)作為:
(1)發(fā)生接地事故, SOG負(fù)荷開(kāi)關(guān)通常在1 s以?xún)?nèi)分閘。
(2)發(fā)生短路事故時(shí),先由變電站斷路器跳閘,高壓線(xiàn)路失電, SOG負(fù)荷開(kāi)關(guān)的控制電源消失后開(kāi)關(guān)分閘(不能開(kāi)斷短路電) 。
(3)當(dāng)同時(shí)發(fā)生接地事故和短路事故時(shí),優(yōu)先進(jìn)行短路事故的處理。
1. 2 SOG的作用
(1) SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)能自動(dòng)隔離事故區(qū)域,縮小停電范圍,有效保護(hù)干線(xiàn)不受事故影響。當(dāng)用戶(hù)發(fā)生接地事故時(shí),通過(guò)SOG負(fù)荷開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘及時(shí)將事故區(qū)域與支干線(xiàn)隔離。當(dāng)用戶(hù)發(fā)生短路事故時(shí),通過(guò)SOG負(fù)荷開(kāi)關(guān)與上級(jí)斷路器(重合器)的動(dòng)作整定時(shí)間的配合,在重合器重合恢復(fù)送電之前SOG負(fù)荷開(kāi)關(guān)分閘。
(2)明確配電網(wǎng)絡(luò)的責(zé)任分界點(diǎn)。通過(guò)安裝在用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)側(cè)或城鄉(xiāng)結(jié)合部,有效區(qū)分責(zé)任區(qū)域。
(3)構(gòu)成一個(gè)投資小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可靠性高的簡(jiǎn)易智能配電系統(tǒng)。
2 檢出原理
配電線(xiàn)路發(fā)生單相接地時(shí),會(huì)產(chǎn)生接地電流(零序電流) ,在不接地系統(tǒng)里其回返路徑如圖1所示,其大小由配電線(xiàn)路的對(duì)地電容決定[ 3 ] 。
2. 1 無(wú)方向性開(kāi)關(guān)
在配網(wǎng)線(xiàn)路上設(shè)置SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān),通過(guò)內(nèi)部裝有的ZCT來(lái)測(cè)量零序電流的大小,即可檢出接地事故。這種方式,因?yàn)閮H僅測(cè)量零序電流的大小,而不測(cè)量起流向的方式稱(chēng)為無(wú)方向性方式,其檢出原理如圖2所示。
負(fù)荷側(cè)電纜較短的情況下,只檢測(cè)零序電流也可一定程度上檢出配電線(xiàn)路的接地故障,盡管在判斷事故區(qū)間時(shí)會(huì)遇到問(wèn)題,無(wú)方向性還是可以滿(mǎn)足要求的[ 4 ] 。但是當(dāng)電纜較長(zhǎng)(尤其安裝在支線(xiàn)上)時(shí),在電源側(cè)發(fā)生接地事故所流過(guò)開(kāi)關(guān)的零序電流也有可能大于SOG控制裝置的動(dòng)作電流整定值,無(wú)方向性就有誤動(dòng)作的可能。
無(wú)方向性開(kāi)關(guān)時(shí)電纜的最長(zhǎng)使用長(zhǎng)度如表1所示。此表是根據(jù)7. 2 kV進(jìn)行計(jì)算的,在12 kV系統(tǒng)中由于電壓升高,也因?yàn)榻^緣厚度的增加而使得電容量增加,最大可使用電纜長(zhǎng)度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)長(zhǎng)度。此時(shí)就有必要同時(shí)測(cè)量零序電流和零序電壓的方向性方式。
注: ①表中所列長(zhǎng)度是根據(jù)頻率計(jì)算( 7. 2 kV,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)) ,乘以安全系數(shù)所得; ②表中的長(zhǎng)度是整定值為0. 2 A的情況,提高額定值時(shí),新整定值與0. 2 A之比乘以上述長(zhǎng)度即為新最大長(zhǎng)度。
2. 2 有方向性開(kāi)關(guān)
有方向性SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)是將零序電流與零序電壓相結(jié)合,來(lái)檢出事故區(qū)間,其檢出原理如圖3所示。通過(guò)高精度ZCT和ZPD來(lái)測(cè)量計(jì)算零序電流和零序電壓之間的相位即可判斷事故是在用戶(hù)側(cè)還是在電源側(cè)。一般情況下的相位特性如圖4所示。
對(duì)于中性點(diǎn)采用消弧線(xiàn)圈接地的配電系統(tǒng),通過(guò)調(diào)整相位特性同樣能檢出接地事故的區(qū)域[ 5 ] (見(jiàn)圖5) 。
圖5中I0 是Ia + Ib 與IL 合成而成。故障點(diǎn)在開(kāi)關(guān)前和開(kāi)關(guān)后的I0 的方向是相反的。
考慮到在計(jì)算負(fù)荷側(cè)接地事故的零相電壓V0 和零相電流I0 的相位差時(shí)的誤差以及安全裕量,在假設(shè)補(bǔ)償電抗是以5%的過(guò)補(bǔ)償運(yùn)用的情況下,相位差區(qū)域也僅在超前120°至滯后60°(零相電壓V0 為基準(zhǔn))范圍內(nèi)。
在超過(guò)5%過(guò)補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行的場(chǎng)合,只要適當(dāng)調(diào)整相位差判定區(qū)域即可解決問(wèn)題。
3 SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)
3. 1 SOG負(fù)荷開(kāi)關(guān)優(yōu)點(diǎn)
3. 1. 1 異相同時(shí)接地時(shí)的對(duì)應(yīng)功能
在負(fù)荷開(kāi)關(guān)中采用3CT內(nèi)置的方式,分別檢測(cè)三相的過(guò)電電流,避免了2CT方式的危險(xiǎn)性。例如當(dāng)B相接地和C相接地同時(shí)發(fā)生時(shí),雖然B相和C相分別接地,但通過(guò)大地形成了一個(gè)短路回路,線(xiàn)路中產(chǎn)生過(guò)電流(短路電流) 。在這種情況下,用2CT的方式,不能檢測(cè)出無(wú)CT相的短路電流,只能通過(guò)ZCT檢測(cè)出接地電流。系統(tǒng)判斷為接地故障(實(shí)為短路故障) ,開(kāi)關(guān)開(kāi)放,發(fā)生開(kāi)斷短路電流的危險(xiǎn)事故。
所以使用SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)能避免2CT產(chǎn)生的誤判斷事故,確保判斷故障性質(zhì)的正確性。即使在干線(xiàn)分支較多,發(fā)生異相同時(shí)接地的可能性高的區(qū)域也能安全使用,提高開(kāi)關(guān)使用的可靠性。
3. 1. 2 判斷接地電流方向性的功能
通常情況下SOG能檢測(cè)出開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)的接地故障。而當(dāng)開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)的電纜線(xiàn)較長(zhǎng),有較大的對(duì)地電容的時(shí)候,如果在開(kāi)關(guān)的電源側(cè)發(fā)生接地事故,開(kāi)關(guān)有可能會(huì)進(jìn)行不必要的跳閘動(dòng)作(需要切斷開(kāi)關(guān)用戶(hù)側(cè)的接地故障,可是在電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)卻跳了閘) 。
為此,對(duì)接地電流的方向進(jìn)行判定,防止開(kāi)關(guān)進(jìn)行這種誤動(dòng)作,如圖6所示。
圖6
過(guò)去的產(chǎn)品是根據(jù)檢測(cè)出的電流值的大小來(lái)判斷電流的方向性。但由于線(xiàn)路受到的干擾情況以及接地點(diǎn)的情況不同,經(jīng)常有誤動(dòng)作的發(fā)生。通過(guò)對(duì)ZPD的V0 和ZCT的I0 的相位差進(jìn)行檢測(cè),無(wú)論在什么情況下都能判斷出接地電流的方向。
3. 1. 3 ZCT傳感器的電流檢測(cè)特性
由于非接地系統(tǒng)的接地故障事故在初期階段故障電流比較微小,難以準(zhǔn)確檢測(cè)。長(zhǎng)期帶故障運(yùn)行會(huì)造成重大短路事故,給供電生產(chǎn)帶來(lái)極大的影響[ 6 ] 。所以為了盡早發(fā)現(xiàn)事故預(yù)兆,就必須提高檢測(cè)的靈敏度和精度。這里采用一種高精度高性能的ZCT內(nèi)置在SOG開(kāi)關(guān)內(nèi),此ZCT具有極大的動(dòng)態(tài)范圍,擁有幾微安至700 A的動(dòng)態(tài)變化范圍特性,即使流過(guò)700 A以上大電流時(shí),殘留特性的輸出只有150 mA以下的微弱電流,這為準(zhǔn)確判斷故障現(xiàn)象提供了可靠的保證。
3. 1. 4 零序電流和零序電壓同時(shí)測(cè)量
同時(shí)測(cè)量零序電流和零序電壓,將零序電流和零序電壓的大小與其相角相結(jié)合來(lái)判斷接地事故發(fā)生的位置,采用零序電流方向檢測(cè)方式提高檢測(cè)可靠性,避免單一使用零序電流大小判斷方式所帶來(lái)誤動(dòng)作的可能性。
采用SF6氣體絕緣的負(fù)荷開(kāi)關(guān),具有體積小、重量輕(約85 kg) 、開(kāi)斷性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)為了提高開(kāi)關(guān)的耐腐蝕性和內(nèi)部氣體泄漏,采用高級(jí)海軍不銹鋼,保證焊接部高密封性和長(zhǎng)期可靠性。
3. 2 方向性SOG控制裝置特點(diǎn)
3. 2. 1 自我診斷功能
SOG控制裝置能進(jìn)行過(guò)電流、零相電流、零相電壓檢出電路有無(wú)異常的判斷,具有出現(xiàn)異常時(shí)異常顯示燈(紅色LED)燈亮的自我診斷功能。若沒(méi)有異?？蛇B續(xù)間隔12 h進(jìn)行自我診斷。當(dāng)顯示燈在顯示異常時(shí),由于自我診斷為異常8 s后會(huì)進(jìn)行再次診斷,如果再次診斷為正常結(jié)果時(shí),自我診斷顯示燈就會(huì)熄滅返回通常監(jiān)視。
這樣定期診斷開(kāi)關(guān)的跳閘回路和SOG控制裝置本身的檢出回路,一旦發(fā)生異常時(shí)報(bào)警顯示燈點(diǎn)亮以及報(bào)警節(jié)點(diǎn)動(dòng)作輸出,便于維修人員及時(shí)處理。
3. 2. 2 動(dòng)作狀態(tài)顯示
通過(guò)磁性顯示器顯示接地或短路故障發(fā)生跳閘的情況。即使在停電狀態(tài)時(shí),磁性顯示器能維持原先動(dòng)作狀態(tài),便于維護(hù)人員判斷事故原因。
3. 2. 3 測(cè)試按鈕
備有接地事故、短路事故動(dòng)作檢測(cè)按鈕。通過(guò)按鈕可以檢測(cè)開(kāi)關(guān)在接地或短路時(shí)跳閘動(dòng)作情況。
3. 2. 4 報(bào)警輸出
備有自我診斷異常,過(guò)電流(短路) OC或接地電流(GR)動(dòng)作的報(bào)警接點(diǎn)輸出。還可以通過(guò)與通訊單元配合將動(dòng)作情況和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息發(fā)送出去,通知維修人員及時(shí)維修。
3. 3 與變電所斷路器的配合
在配電系統(tǒng)中,合、分負(fù)荷電流是經(jīng)常的操作,而開(kāi)斷短路電流卻極少發(fā)生。斷路器參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造均按條件最苛刻卻又極少發(fā)生的短路保護(hù)的要求進(jìn)行,因而造價(jià)昂貴。用負(fù)荷開(kāi)關(guān)來(lái)完成大量發(fā)生的負(fù)荷電流的分、合操作,而用高壓限流熔斷器來(lái)對(duì)極少發(fā)生的短路起保護(hù)作用,很好地解決了矛盾,既可省去對(duì)復(fù)雜、昂貴的斷路器的要求,又可滿(mǎn)足實(shí)際的需要[ 7 ] 。
SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)置在責(zé)任分界點(diǎn),當(dāng)用戶(hù)側(cè)發(fā)生接地事故時(shí),將事故點(diǎn)及時(shí)從配電線(xiàn)路上隔離,從而使配電線(xiàn)路不停電。因此,當(dāng)負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地事故時(shí),必須優(yōu)先于變電所斷路器動(dòng)作之前進(jìn)行跳閘;而當(dāng)負(fù)荷側(cè)發(fā)生短路事故時(shí),通過(guò)變電所的斷路器跳閘線(xiàn)路失壓期間(重合之前) , SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分閘,保證重合成功。通過(guò)與斷路器的配合達(dá)到隔離故障區(qū)域減少停電面積的目的。
通過(guò)使用SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)可以用較小的投資構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且可靠性高的簡(jiǎn)易配電自動(dòng)化系統(tǒng)。
4 結(jié) 語(yǔ)
SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)開(kāi)關(guān)能迅速判斷接地故障地點(diǎn)(負(fù)荷側(cè)和電源側(cè))以及短路故障,并能準(zhǔn)確地進(jìn)行相應(yīng)的分閘操作和開(kāi)關(guān)操作,從而有效縮小和控制事故范圍,因此廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)中。同時(shí)SOG智能型保護(hù)開(kāi)關(guān)能與上級(jí)變電所斷路器配合,構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易配電自動(dòng)化系統(tǒng)。在配網(wǎng)主線(xiàn)和用戶(hù)的分界點(diǎn)、分支線(xiàn)、城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)的分界點(diǎn)等處安裝具有SOG智能型線(xiàn)路保護(hù)功能的開(kāi)關(guān),對(duì)于減少事故時(shí)的影響范圍,提高供電可靠性具有重要的意義。
