0 引 言
在中性點不接地系統(tǒng)中,當(dāng)某相發(fā)生接地故障時不形成短路,只是經(jīng)過線路對地電容形成容性電流通道,故障電流很小,不要求保護(hù)裝置動作,允許系統(tǒng)繼續(xù)運行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)用戶電氣設(shè)備事故波及到配電線路,造成全線路停電時,同一線路的其他用戶也可能發(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,該局過去幾年的事故中用戶事故占全部事故的30% ～50%。如果用戶在其進(jìn)戶線(分界點處)設(shè)置具有SOG功能的智能型線路保護(hù)開關(guān),就可以防止用戶事故波及到電力公司的配網(wǎng)主線路,從而提高供電可靠性。針對中國電網(wǎng)的實際情況,在分支線和城網(wǎng)與農(nóng)網(wǎng)的分界點也可以考慮安裝這種保護(hù)開關(guān)。
具有防止上述波及事故發(fā)生的開關(guān)可稱為SOG功能的智能型線路保護(hù)開關(guān)?？紤]到實際線路運行協(xié)調(diào)性,以及制造成本、運行成本和用戶廠區(qū)事故的種類,該型開關(guān)一般為負(fù)荷開關(guān),它是介于斷路器和隔離開關(guān)之間的一種開關(guān)電器,發(fā)生短路事故時沒有斷開短路電流的能力。負(fù)荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)比斷路器簡單,具有簡單的滅弧裝置,與斷路器的主要區(qū)別在于其不能開斷短路電流。目前負(fù)荷開關(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所,從而代替價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)也較簡單。負(fù)荷開關(guān)以其較低的成本、優(yōu)越的性能、簡單的維護(hù)與操作等優(yōu)勢, 在城市配網(wǎng)高壓柜中的應(yīng)用比重越來越大[ 2 ] 。
1 SOG主要功能
1. 1 SOG保護(hù)開關(guān)相關(guān)概念
SOG智能型線路保護(hù)開關(guān)是指具有記憶過電流等待分閘,接地自動分閘功能,可有效防止停電區(qū)域擴(kuò)大的負(fù)荷開關(guān)裝置。即當(dāng)負(fù)荷開關(guān)裝置檢測到過電流后做好分閘準(zhǔn)備,一旦線路失壓后開關(guān)裝置才進(jìn)行分閘動作。
該開關(guān)是在發(fā)生事故時,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)確判斷事故地點并進(jìn)行選擇開斷的能力。
發(fā)生接地事故時立即斷開,發(fā)生超過閉鎖電流(短路事故電流)的事故時,先將開關(guān)閉鎖,等電源側(cè)(變電所)的斷路器動作線路停電后自動斷開開關(guān),保證變電站斷路器的一次重合成功,這種功能稱為SOG動作。根據(jù)事故內(nèi)容進(jìn)行跳閘動作為:
(1)發(fā)生接地事故, SOG負(fù)荷開關(guān)通常在1 s以內(nèi)分閘。
(2)發(fā)生短路事故時,先由變電站斷路器跳閘,高壓線路失電, SOG負(fù)荷開關(guān)的控制電源消失后開關(guān)分閘(不能開斷短路電) 。
(3)當(dāng)同時發(fā)生接地事故和短路事故時,優(yōu)先進(jìn)行短路事故的處理。
1. 2 SOG的作用
(1) SOG智能型線路保護(hù)開關(guān)能自動隔離事故區(qū)域,縮小停電范圍,有效保護(hù)干線不受事故影響。當(dāng)用戶發(fā)生接地事故時,通過SOG負(fù)荷開關(guān)自動分閘及時將事故區(qū)域與支干線隔離。當(dāng)用戶發(fā)生短路事故時,通過SOG負(fù)荷開關(guān)與上級斷路器(重合器)的動作整定時間的配合,在重合器重合恢復(fù)送電之前SOG負(fù)荷開關(guān)分閘。
(2)明確配電網(wǎng)絡(luò)的責(zé)任分界點。通過安裝在用戶進(jìn)線側(cè)或城鄉(xiāng)結(jié)合部,有效區(qū)分責(zé)任區(qū)域。
(3)構(gòu)成一個投資小、結(jié)構(gòu)簡單且可靠性高的簡易智能配電系統(tǒng)。
2 檢出原理
配電線路發(fā)生單相接地時,會產(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,其大小由配電線路的對地電容決定[ 3 ] 。
2. 1 無方向性開關(guān)
在配網(wǎng)線路上設(shè)置SOG智能型線路保護(hù)開關(guān),通過內(nèi)部裝有的ZCT來測量零序電流的大小,即可檢出接地事故。這種方式,因為僅僅測量零序電流的大小,而不測量起流向的方式稱為無方向性方式,其檢出原理如圖2所示。
負(fù)荷側(cè)電纜較短的情況下,只檢測零序電流也可一定程度上檢出配電線路的接地故障,盡管在判斷事故區(qū)間時會遇到問題,無方向性還是可以滿足要求的[ 4 ] 。但是當(dāng)電纜較長(尤其安裝在支線上)時,在電源側(cè)發(fā)生接地事故所流過開關(guān)的零序電流也有可能大于SOG控制裝置的動作電流整定值,無方向性就有誤動作的可能。
無方向性開關(guān)時電纜的最長使用長度如表1所示。此表是根據(jù)7. 2 kV進(jìn)行計算的,在12 kV系統(tǒng)中由于電壓升高,也因為絕緣厚度的增加而使得電容量增加,最大可使用電纜長度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個長度。此時就有必要同時測量零序電流和零序電壓的方向性方式。
注: ①表中所列長度是根據(jù)頻率計算( 7. 2 kV,中性點不接地系統(tǒng)) ,乘以安全系數(shù)所得; ②表中的長度是整定值為0. 2 A的情況,提高額定值時,新整定值與0. 2 A之比乘以上述長度即為新最大長度。
2. 2 有方向性開關(guān)
有方向性SOG智能型線路保護(hù)開關(guān)是將零序電流與零序電壓相結(jié)合,來檢出事故區(qū)間,其檢出原理如圖3所示。通過高精度ZCT和ZPD來測量計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。
對于中性點采用消弧線圈接地的配電系統(tǒng),通過調(diào)整相位特性同樣能檢出接地事故的區(qū)域[ 5 ] (見圖5) 。
圖5中I0 是Ia + Ib 與IL 合成而成。故障點在開關(guān)前和開關(guān)后的I0 的方向是相反的。
考慮到在計算負(fù)荷側(cè)接地事故的零相電壓V0 和零相電流I0 的相位差時的誤差以及安全裕量,在假設(shè)補(bǔ)償電抗是以5%的過補(bǔ)償運用的情況下,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5%過補(bǔ)償系統(tǒng)運行的場合,只要適當(dāng)調(diào)整相位差判定區(qū)域即可解決問題。
3 SOG智能型線路保護(hù)開關(guān)的特點
3. 1 SOG負(fù)荷開關(guān)優(yōu)點
3. 1. 1 異相同時接地時的對應(yīng)功能
在負(fù)荷開關(guān)中采用3CT內(nèi)置的方式,分別檢測三相的過電電流,避免了2CT方式的危險性。例如當(dāng)B相接地和C相接地同時發(fā)生時,雖然B相和C相分別接地,但通過大地形成了一個短路回路,線路中產(chǎn)生過電流(短路電流) 。在這種情況下,用2CT的方式,不能檢測出無CT相的短路電流,只能通過ZCT檢測出接地電流。系統(tǒng)判斷為接地故障(實為短路故障) ,開關(guān)開放,發(fā)生開斷短路電流的危險事故。
所以使用SOG智能型線路保護(hù)開關(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。即使在干線分支較多,發(fā)生異相同時接地的可能性高的區(qū)域也能安全使用,提高開關(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能檢測出開關(guān)負(fù)荷側(cè)的接地故障。而當(dāng)開關(guān)負(fù)荷側(cè)的電纜線較長,有較大的對地電容的時候,如果在開關(guān)的電源側(cè)發(fā)生接地事故,開關(guān)有可能會進(jìn)行不必要的跳閘動作(需要切斷開關(guān)用戶側(cè)的接地故障,可是在電源側(cè)發(fā)生接地故障時卻跳了閘) 。
為此,對接地電流的方向進(jìn)行判定,防止開關(guān)進(jìn)行這種誤動作,如圖6所示。
圖6
過去的產(chǎn)品是根據(jù)檢測出的電流值的大小來判斷電流的方向性。但由于線路受到的干擾情況以及接地點的情況不同,經(jīng)常有誤動作的發(fā)生。通過對ZPD的V0 和ZCT的I0 的相位差進(jìn)行檢測,無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。長期帶故障運行會造成重大短路事故,給供電生產(chǎn)帶來極大的影響[ 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開關(guān)內(nèi),此ZCT具有極大的動態(tài)范圍,擁有幾微安至700 A的動態(tài)變化范圍特性,即使流過700 A以上大電流時,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測量
同時測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)合來判斷接地事故發(fā)生的位置,采用零序電流方向檢測方式提高檢測可靠性,避免單一使用零序電流大小判斷方式所帶來誤動作的可能性。
采用SF6氣體絕緣的負(fù)荷開關(guān),具有體積小、重量輕(約85 kg) 、開斷性能優(yōu)異等優(yōu)點。同時為了提高開關(guān)的耐腐蝕性和內(nèi)部氣體泄漏,采用高級海軍不銹鋼,保證焊接部高密封性和長期可靠性。
3. 2 方向性SOG控制裝置特點
3. 2. 1 自我診斷功能
SOG控制裝置能進(jìn)行過電流、零相電流、零相電壓檢出電路有無異常的判斷,具有出現(xiàn)異常時異常顯示燈(紅色LED)燈亮的自我診斷功能。若沒有異?？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,由于自我診斷為異常8 s后會進(jìn)行再次診斷,如果再次診斷為正常結(jié)果時,自我診斷顯示燈就會熄滅返回通常監(jiān)視。
這樣定期診斷開關(guān)的跳閘回路和SOG控制裝置本身的檢出回路,一旦發(fā)生異常時報警顯示燈點亮以及報警節(jié)點動作輸出,便于維修人員及時處理。
3. 2. 2 動作狀態(tài)顯示
通過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,磁性顯示器能維持原先動作狀態(tài),便于維護(hù)人員判斷事故原因。
3. 2. 3 測試按鈕
備有接地事故、短路事故動作檢測按鈕。通過按鈕可以檢測開關(guān)在接地或短路時跳閘動作情況。
3. 2. 4 報警輸出
備有自我診斷異常,過電流(短路) OC或接地電流(GR)動作的報警接點輸出。還可以通過與通訊單元配合將動作情況和開關(guān)狀態(tài)信息發(fā)送出去,通知維修人員及時維修。
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,因而造價昂貴。用負(fù)荷開關(guān)來完成大量發(fā)生的負(fù)荷電流的分、合操作,而用高壓限流熔斷器來對極少發(fā)生的短路起保護(hù)作用,很好地解決了矛盾,既可省去對復(fù)雜、昂貴的斷路器的要求,又可滿足實際的需要[ 7 ] 。
SOG智能型線路保護(hù)開關(guān)設(shè)置在責(zé)任分界點,當(dāng)用戶側(cè)發(fā)生接地事故時,將事故點及時從配電線路上隔離,從而使配電線路不停電。因此,當(dāng)負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地事故時,必須優(yōu)先于變電所斷路器動作之前進(jìn)行跳閘;而當(dāng)負(fù)荷側(cè)發(fā)生短路事故時,通過變電所的斷路器跳閘線路失壓期間(重合之前) , SOG智能型線路保護(hù)開關(guān)進(jìn)行分閘,保證重合成功。通過與斷路器的配合達(dá)到隔離故障區(qū)域減少停電面積的目的。
通過使用SOG智能型線路保護(hù)開關(guān)可以用較小的投資構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)簡單而且可靠性高的簡易配電自動化系統(tǒng)。
4 結(jié) 語
SOG智能型線路保護(hù)開關(guān)能迅速判斷接地故障地點(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SOG智能型保護(hù)開關(guān)能與上級變電所斷路器配合,構(gòu)成一個簡易配電自動化系統(tǒng)。在配網(wǎng)主線和用戶的分界點、分支線、城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)的分界點等處安裝具有SOG智能型線路保護(hù)功能的開關(guān),對于減少事故時的影響范圍,提高供電可靠性具有重要的意義。
