1.1. 用途

　　本裝置適用于3KV－66KV中性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)電阻、消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地選線，可廣泛用于發(fā)電廠、變電所及大型廠礦企業(yè)的供電系統(tǒng)作為線路和母線單相接地故障報(bào)警或用于單相接地保護(hù)跳閘。

1.2. 特點(diǎn)

　本裝置與國(guó)內(nèi)其它廠家產(chǎn)品相比，具有如下特點(diǎn)：

² 國(guó)內(nèi)首家采用綜合判據(jù)選線理論與方法，應(yīng)用模糊決策理論確定選線結(jié)果，選線精度大大提高。

² 國(guó)內(nèi)首家采用雙CPU結(jié)構(gòu)，一個(gè)CPU負(fù)責(zé)管理鍵盤，液晶顯示，通信等人機(jī)接口；一個(gè)專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算，接地選線處理，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和快速性。

² 采用高速CPU，數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、邏輯判斷、控制輸出等速度快，精度高，自帶“看門狗”(Watchdog)電路，抗干擾、自檢及自恢復(fù)等能力強(qiáng)。

² 采用大屏幕全漢字顯示，直觀、明了、操作方便。

² 對(duì)母線和出線接地故障均可給出告警信號(hào)并顯示、保存有關(guān)信息。

² 有記憶功能，可存儲(chǔ)多次最近發(fā)生的故障信息，掉電后不丟失。

² 通過菜單提示和面板按鍵整定，調(diào)試和維護(hù)簡(jiǎn)單、方便。

² 硬件、軟件冗余設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)。

2. 裝置功能

接地選線　　

可完成3KV－66KV中性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)電阻、消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地選線。 故障報(bào)警　　

當(dāng)發(fā)生線路或母線單相接地故障、系統(tǒng)諧振故障、裝置失電時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

保護(hù)跳閘（可選）

當(dāng)發(fā)生線路單相接地故障后，經(jīng)延時(shí)產(chǎn)生跳閘信號(hào)，切除故障線路。此項(xiàng)功能可由用戶通過鍵盤設(shè)置，延時(shí)時(shí)間可由用戶通過鍵盤整定。

消諧功能（可選）

當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)諧振時(shí)，通過輸出消諧驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)諧振進(jìn)行消除。

顯示功能

以中文方式顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘、裝置運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)配置參數(shù)、接地或諧振故障的母線或線路序號(hào)，故障起止時(shí)間等。

設(shè)置功能

通過漢字菜單提示用戶設(shè)置或修改母線參數(shù)、線路參數(shù)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、通信方式、整定時(shí)間、系統(tǒng)有無(wú)消弧線圈、系統(tǒng)有無(wú)保護(hù)跳閘等。

 通訊功能

裝置具有完善的通信功能， RS－232、RS－485通訊接口和通信速率可通過菜單選擇。

故障追憶功能

可追憶查詢最近多次接地故障和多次諧振故障。

裝置在線自檢功能

本裝置在正常工作下可在線自檢，發(fā)現(xiàn)裝置故障后及時(shí)報(bào)警并顯示故障類型。

打印功能

可自動(dòng)打印故障信息。打印機(jī)可通過菜單設(shè)置選擇是否使用。

3. 裝置工作原理

3.1. 小接地電流系統(tǒng)概述

在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中通常有以下三種方式，即中性點(diǎn)不接地方式；經(jīng)消弧線圈接地方式；經(jīng)電阻接地方式，此類系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，由于故障點(diǎn)的電流很小，而且三相之間的線電壓基本保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷的供電沒有影響，因此，在一般情況下都允許再繼續(xù)運(yùn)行1～2小時(shí)，而不必立即跳閘，這是采用中性點(diǎn)非直接接地運(yùn)行的主要優(yōu)點(diǎn)，但是在單相接地后，其他兩相的對(duì)地電壓要升高倍，對(duì)設(shè)備的絕緣造成了威脅，若不及時(shí)處理可能會(huì)發(fā)展為絕緣破壞、兩相短路，弧光放電，引起全系統(tǒng)過電壓。為了防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員采取措施予以消除。

因此，在單相接地時(shí)，一般只要求選擇性地發(fā)出信號(hào)，而不必跳閘。但當(dāng)單相接地對(duì)人身和設(shè)備的安全有危險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)動(dòng)作于跳閘。

另外一種情況是，當(dāng)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地點(diǎn)將通過接地線路對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)電網(wǎng)的全部對(duì)地電容電流。如果此電容電流相當(dāng)大，就會(huì)在接地點(diǎn)產(chǎn)生間歇性電弧，引起過電壓，從而使非故障相對(duì)地電壓極大增加。在電弧接地過電壓的作用下，可能導(dǎo)致絕緣損壞，造成兩點(diǎn)或多點(diǎn)的接地短路，使事故擴(kuò)大。為此，我國(guó)采取的措施是：當(dāng)各級(jí)電壓電網(wǎng)單相接地故障時(shí)，如果接地電容電流超過一定數(shù)值(35kV電網(wǎng)為10A，10kV電網(wǎng)為20A，3～6kV電網(wǎng)為30A)，就在中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，其目的是利用消弧線圈的感性電流來(lái)補(bǔ)償接地故障時(shí)的容性電流，就可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，以致自動(dòng)熄弧，保證繼續(xù)供電。

該接地方式因電網(wǎng)發(fā)生單相接地的故障是隨機(jī)的，造成單相接地保護(hù)裝置動(dòng)作情況復(fù)雜，尋找故障點(diǎn)比較難。消弧線圈采用無(wú)載分接開關(guān)，靠人工憑經(jīng)驗(yàn)操作比較難實(shí)現(xiàn)過補(bǔ)償。消弧線圈本身是感性元件，與對(duì)地電容構(gòu)成諧振回路，在一定條件下能發(fā)生諧振過電壓，給繼電保護(hù)的功能實(shí)現(xiàn)增加了困難。

所以當(dāng)電纜線路較長(zhǎng)、系統(tǒng)電容電流較大時(shí)，也可以采用經(jīng)電阻接地方式，即中性點(diǎn)與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對(duì)防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，有一定優(yōu)越性。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方式有高電阻接地、中電阻接地、低電阻接地等三種方式。這三種電阻接地方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)具體情況選定。

3.2. 三種接地方法的特點(diǎn)

3.2.1. 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)：

① 在發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。

② 在非故障相的元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電流，電容性無(wú)功功率的方向?yàn)橛赡妇€流向出線，即零序電流超前零序電壓90°。

③ 在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之總和，數(shù)值一般較大，電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線，即零序電壓超前零序電流90°。

3.2.2. 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的特點(diǎn)：

① 當(dāng)采用完全補(bǔ)償方式時(shí)，流經(jīng)故障線路和非故障線路的零序電流都是本身的電容電流，電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向都是由母線流向出線，在這種情況下，利用穩(wěn)態(tài)零序電流的大小和功率方向都無(wú)法判斷出哪一條線路上發(fā)生了故障。

② 當(dāng)采用過補(bǔ)償方式時(shí)，流經(jīng)故障線路的零序電流將大于本身的電容電流，而電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向仍然是由母線流向線路，和非故障線路的方向一樣，在這種情況下，首先就不能用功率方向來(lái)判斷故障線路；其次由于過補(bǔ)償度不大，也很難利用零序電流大小的不同來(lái)找出故障線路。

3.2.3. 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的特點(diǎn)：

① 可以有效地抑制弧光接地過電壓。這對(duì)運(yùn)行多年的、設(shè)備絕緣弱點(diǎn)較多的老電網(wǎng)，或具有直配發(fā)

電機(jī)的電網(wǎng)，或絕緣較低的電纜網(wǎng)絡(luò)，均有提高運(yùn)行安全可靠性的明顯作用。

② 可以降低設(shè)備絕緣水平，提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于電纜、干式變壓器等投資較高的設(shè)備，降低絕緣水平的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

③ 運(yùn)行方式靈活。為提高城市電網(wǎng)的供電可靠性，不少用電線路及用戶常由多路電源供電，在線路切換時(shí)，往往會(huì)改變系統(tǒng)的電容電流，從而影響消弧線圈的調(diào)諧方式，而采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，則無(wú)此弊病。

④ 發(fā)生永久接地時(shí)，能迅速切除故障，具有明顯的安全性。可以防止間隙性電弧接地過電壓和諧振過電壓等對(duì)設(shè)備的損害。

3.3. 本裝置選線原理

3.3.1. 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的選線原理

裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)所有在線的PT開口三角電壓，即母線零序電壓，和各段母線上所帶出線的零序電流，運(yùn)用DFT算法計(jì)算出母線零序電壓和出線零序電流的大小和相位，通過判斷零序電壓的大小、零序電流的大小、及各量之間的相位關(guān)系，運(yùn)用“多重判據(jù)”、“突變篩選”等算法，確保了選線的準(zhǔn)確，并可以排除最大可能的錯(cuò)誤。

具體過程如下：裝置檢測(cè)到某段母線的零序電壓大于該段母線設(shè)置的故障啟動(dòng)電壓時(shí)，隨即檢測(cè)該段母線上所帶出線的零序電流大小，并從中選擇3個(gè)最大電流，與其他相對(duì)較小的電流作比較，看有無(wú)相應(yīng)的大小關(guān)系，接著比較其相位，將初步確定的出線再與母線比較相位，看是否滿足不接地系統(tǒng)的相位關(guān)系。即零序電壓超前零序電流90°時(shí)，選出線；反之，則選母線。

3.3.2. 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選線原理

經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，在發(fā)生單相接地時(shí)，消弧線圈會(huì)將一個(gè)電感電流疊加在故障點(diǎn)流過的電容電流上，使故障點(diǎn)的電容電流被補(bǔ)償，因此接地線路的基波零序電流方向和非接地線路的基波零序電流方向相同，不能用零序電流方向來(lái)判斷接地線路。用零序電流5次諧波分量的大小和方向來(lái)判斷接地線路，由于其值較小，選線結(jié)果也不理想，本裝置采用線路有功功率大小來(lái)判斷故障。在非故障線路上，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，使其電流很小，有功功率損耗也很小。而故障線路一般呈金屬性接地，接地電流在消弧線圈內(nèi)部阻抗和線路阻抗存在的情況下，產(chǎn)生較大的有功功率損耗。故本裝置以有功功率損耗的大小來(lái)作為接地選線的依據(jù)。

該裝置具體選線方法如下：

裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)所有在線的PT開口三角電壓，即母線零序電壓，和各段母線上所帶出線的零序電流，當(dāng)某一段母線電壓大于故障啟動(dòng)電壓時(shí)，隨即檢測(cè)其上所帶出線的零序電流的大小和與零序電壓之間夾角，計(jì)算其產(chǎn)生的有功功率，如下公式：

式中T為積分周期。

有功功率損耗計(jì)算如下：

式中：Ps為線路總的有功功率損耗，也即本裝置要設(shè)定的值；

      K為線路有功功率損耗的可靠系數(shù)，通常K=0.8～1.0；

      PL為消弧線圈的有功功率損耗值，由消弧線圈廠家提供，通常小于100W。

3.3.3. 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的選線原理

因?yàn)橹行渣c(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，其出線電流和母線電壓的相位關(guān)系與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的相位關(guān)系相同，只是由于中性點(diǎn)電阻的存在，使得中性點(diǎn)的電壓偏移與不接地系統(tǒng)略有差別。裝置通過內(nèi)部軟件進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得其在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中也有很高的選線準(zhǔn)確率。