某省首座110kV全数字化智能控制变电站正式投产启动。其中选用的小电流接地选线装置能及时、准确地发现故障线路,方便、迅速排除故障,减少停电时间。由此可见,解决小电流接地选线问题是配电网自动化建设中的关键之一,请结合相关的理论知识,解释小电流接地选线难的原因及解决该问题的方法。
正确答案:
小电流接地选线难的原因及解决该问题的方法(可简略回答)
(1)小电流接地选线难的原因
小电流接地系统包括中性点不接地、中性点经高阻接地和中性点经消弧线圈接地等接地系统。由于小电流接地系统单相接地后,还能正常运行1~2小时,避免接地故障跳闸,提高了供电可靠性;加之其接地电流小,也可防止事故进一步扩大。所以,小电流接地系统在中低压配电网中被广泛应用。然而,正是由于其故障电流微弱的原因,使得故障稳态分量小,给信号的检测和选线判断造成困难。特别是中性点经消弧线圈接地系统,流过故障线路的稳态电流十分微弱,甚至比健全线路感受到的电流变化还小。
故障信号叠加在负荷电流之上,稳态幅值小,并且现有电流互感器很难准确检出,而且电磁干扰相对很大,加上零序回路对高次谐波及各种暂态量的放大作用,使得检测出的故障稳态分量信噪比非常低。因此,小电流接地系统故障选线的问题一直都没有很好地解决。许多供电部门采用拉路法选择接地线路,使得供电瞬时中断,影响用户用电和设备正常工作,甚至造成停电事故。
(2)小电流接地选线的方法
在我国,按照采样信号的原理不同,选线方法一般可分为三大类:基于工频量选线方法、基于暂态量选线方法以及信号注入法。考虑到小电流接地系统稳态故障特征不明显,所以常用后两种方法。
A.基于暂态量选线方法
①首半波法
首半波法利用接地故障发生后,各线路暂态零序电流和电压首半波的极性关系实现选线,该方法可检测不稳定接地故障,但由于极性关系成立的时间较短,需要检测装置具有更高的灵敏度和同步采样率,并且此方法
易受故障初相角、线路参数等因素的影响。
②暂态零序电流极性比较法
暂态零序电流极性比较法是选择一个线路的暂态零序电流方向为参考,如果参考线路只和某一条出线反极性,则该出线为故障线路;如果和所有出线都反极性则参考线路为故障线路;如果和其他所有出线都同极性则为母线接地故障。
B.信号注入法
基于注入信号的选线方法属于主动式的故障选线,根据注入信号频率的不同可分为注入多频信号法与注入单频信号法,其优点是不受能否提取出系统零序电流的影响,具有很好的适应性。注入单频信号的方法受接地电阻的影响较大,注入多频信号的方法可在一定程度上克服此问题。但二者均需额外安装信号注入设备,且注入信号的强度受PT容量的限制。其中,“S注入法”是一种典型的单频注入法,其定位原理是通过查验注入系统信号的通路来实现故障定位,即通过母线PT向接地线路的接地相注入信号电流,然后利用专用的信号电流探测器查找故障线路和故障点。“S注入法”由于其易于实现且适用于有分支线路的故障定位,因此在配电网中被广泛使用。
(1)小电流接地选线难的原因
小电流接地系统包括中性点不接地、中性点经高阻接地和中性点经消弧线圈接地等接地系统。由于小电流接地系统单相接地后,还能正常运行1~2小时,避免接地故障跳闸,提高了供电可靠性;加之其接地电流小,也可防止事故进一步扩大。所以,小电流接地系统在中低压配电网中被广泛应用。然而,正是由于其故障电流微弱的原因,使得故障稳态分量小,给信号的检测和选线判断造成困难。特别是中性点经消弧线圈接地系统,流过故障线路的稳态电流十分微弱,甚至比健全线路感受到的电流变化还小。
故障信号叠加在负荷电流之上,稳态幅值小,并且现有电流互感器很难准确检出,而且电磁干扰相对很大,加上零序回路对高次谐波及各种暂态量的放大作用,使得检测出的故障稳态分量信噪比非常低。因此,小电流接地系统故障选线的问题一直都没有很好地解决。许多供电部门采用拉路法选择接地线路,使得供电瞬时中断,影响用户用电和设备正常工作,甚至造成停电事故。
(2)小电流接地选线的方法
在我国,按照采样信号的原理不同,选线方法一般可分为三大类:基于工频量选线方法、基于暂态量选线方法以及信号注入法。考虑到小电流接地系统稳态故障特征不明显,所以常用后两种方法。
A.基于暂态量选线方法
①首半波法
首半波法利用接地故障发生后,各线路暂态零序电流和电压首半波的极性关系实现选线,该方法可检测不稳定接地故障,但由于极性关系成立的时间较短,需要检测装置具有更高的灵敏度和同步采样率,并且此方法
易受故障初相角、线路参数等因素的影响。
②暂态零序电流极性比较法
暂态零序电流极性比较法是选择一个线路的暂态零序电流方向为参考,如果参考线路只和某一条出线反极性,则该出线为故障线路;如果和所有出线都反极性则参考线路为故障线路;如果和其他所有出线都同极性则为母线接地故障。
B.信号注入法
基于注入信号的选线方法属于主动式的故障选线,根据注入信号频率的不同可分为注入多频信号法与注入单频信号法,其优点是不受能否提取出系统零序电流的影响,具有很好的适应性。注入单频信号的方法受接地电阻的影响较大,注入多频信号的方法可在一定程度上克服此问题。但二者均需额外安装信号注入设备,且注入信号的强度受PT容量的限制。其中,“S注入法”是一种典型的单频注入法,其定位原理是通过查验注入系统信号的通路来实现故障定位,即通过母线PT向接地线路的接地相注入信号电流,然后利用专用的信号电流探测器查找故障线路和故障点。“S注入法”由于其易于实现且适用于有分支线路的故障定位,因此在配电网中被广泛使用。
答案解析:有
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