10kV配电网中性点灵活接地方式及接地故障检测系统的研究
|
摘要
通过分析10kV配电网的故障特点和中性点不接地、经消弧线圈接地和经电阻接地三种方式的优缺点，提出了一种灵活接地方式的设想：该方式下中性点设备由自动调谐的消弧线圈和灵活投切的接地电阻器并联而成，充分发挥消弧线圈补偿电容电流、提高单相接地故障自恢复概率的作用，以及电阻器抑制弧光接地过电压和谐振过电压等的作用，并通过投入电阻器产生足够的电流使在单相永久接地故障下实现可靠的变电所选线和馈线上的故障点定位，从而大大提高配电网的运行可靠性和安全性。
对于电容电流较小，按照电力行业标准DL／T620-1997规定不必装设消弧线圈的10kV配电网，亦可采用上述灵活接地方式，此时消弧线圈可简化为两极自动调节，使电网始终处于过补偿状态；对于电容电流大于100A的电网，消弧线圈由固定容量和自动调谐两部分组成。
利用ATP电磁暂态计算程序对灵活接地方式下的单相接地故障进行了数值计算分析，提出了以零序有功分量的大小和方向作为判据的故障选线方法，该方法原理简单，对过渡电阻小于3000Ω的单相接地故障，可实现准确选线；提出了零序电流有功增量和零序电流幅值增量作为判据的故障点定位方法。此外，还建立了380V模拟实验电路，对单相接地特征进行了大量试验，证实了部分理论分析结果。
给出了灵活接地方式下中性点设备的技术参数、测量控制装置的测量方法和控制规律，已在华北电力集团公司廊坊供电公司薛营变电所研制的中性点灵活接地方式成套设备中通过试验检测，技术性能满足规定要求。
On the basis of fault characteristic analysis for distribution networks and by comparing both the advantages and disadvantages among the three different neutral ground modes, such as ungrounded, Petersen coil grounded as well as resistor grounded, a neutral flexible ground method is proposed in this paper. For such method, the neutral equipment consists of a auto-tuned Petersen coil and a paralleled automatically switched resistor. The Petersen coil is mainly used to compensate the capacitive current and then to increase the self-restoration probability after single phase fault, while the resistor is used to restrain the over voltage due to arc grounding and resonance. Further more, the paralleled ground resistor can be adjusted to produce enough active component in the fault current that can help to identify the faulty feeder from other feeders in a substation, and even the fault location on the feeder. Consequently, the reliability and availability of distribution network can be improved considerably.
The above neutral flexible ground method can also be applied in cases of such lOkV distribution networks with lower capacitive current where Petersen coil is not needed according to DL/T620-1997, a standard for the electric power industry. In such cases, a two tapped Petersen coil is enough for automatic adjustment to ensure over-compensation to the network. For the networks with capacitive current greater than 100A, the Petersen coils should consist of a fixed part and an auto-tuned part.
Through numerical calculations and analysis of the single phase to ground fault of a flexible ground system by the ATP, an Alternative Transient Program to the Electro-Magnetic Transient Program (EMTP), a new simple detection method for the faulty feeder is put forward based on both the value and direction of the active component of zero-sequence current. The method ensures correct selection of faulty feeder in a network for a faulty resistance lower than 3000Q. This paper also proposed a new fault locating method based on either the active component increment or the amplitude increment of zero-sequence current. In addition, a 380V experiment model was built up with which some propositions are proved by experiment.
Neutral equipment parameters, the measures as well as the control rules for the flexible ground networks are also presented in the paper. The parameters and control rules has been tested by experiment in a real lOkV network in Xueying substation managed by Langfang Power Supply Bureau. And the test results proved that the performance is satisfied.
对于电容电流较小，按照电力行业标准DL／T620-1997规定不必装设消弧线圈的10kV配电网，亦可采用上述灵活接地方式，此时消弧线圈可简化为两极自动调节，使电网始终处于过补偿状态；对于电容电流大于100A的电网，消弧线圈由固定容量和自动调谐两部分组成。
利用ATP电磁暂态计算程序对灵活接地方式下的单相接地故障进行了数值计算分析，提出了以零序有功分量的大小和方向作为判据的故障选线方法，该方法原理简单，对过渡电阻小于3000Ω的单相接地故障，可实现准确选线；提出了零序电流有功增量和零序电流幅值增量作为判据的故障点定位方法。此外，还建立了380V模拟实验电路，对单相接地特征进行了大量试验，证实了部分理论分析结果。
给出了灵活接地方式下中性点设备的技术参数、测量控制装置的测量方法和控制规律，已在华北电力集团公司廊坊供电公司薛营变电所研制的中性点灵活接地方式成套设备中通过试验检测，技术性能满足规定要求。
On the basis of fault characteristic analysis for distribution networks and by comparing both the advantages and disadvantages among the three different neutral ground modes, such as ungrounded, Petersen coil grounded as well as resistor grounded, a neutral flexible ground method is proposed in this paper. For such method, the neutral equipment consists of a auto-tuned Petersen coil and a paralleled automatically switched resistor. The Petersen coil is mainly used to compensate the capacitive current and then to increase the self-restoration probability after single phase fault, while the resistor is used to restrain the over voltage due to arc grounding and resonance. Further more, the paralleled ground resistor can be adjusted to produce enough active component in the fault current that can help to identify the faulty feeder from other feeders in a substation, and even the fault location on the feeder. Consequently, the reliability and availability of distribution network can be improved considerably.
The above neutral flexible ground method can also be applied in cases of such lOkV distribution networks with lower capacitive current where Petersen coil is not needed according to DL/T620-1997, a standard for the electric power industry. In such cases, a two tapped Petersen coil is enough for automatic adjustment to ensure over-compensation to the network. For the networks with capacitive current greater than 100A, the Petersen coils should consist of a fixed part and an auto-tuned part.
Through numerical calculations and analysis of the single phase to ground fault of a flexible ground system by the ATP, an Alternative Transient Program to the Electro-Magnetic Transient Program (EMTP), a new simple detection method for the faulty feeder is put forward based on both the value and direction of the active component of zero-sequence current. The method ensures correct selection of faulty feeder in a network for a faulty resistance lower than 3000Q. This paper also proposed a new fault locating method based on either the active component increment or the amplitude increment of zero-sequence current. In addition, a 380V experiment model was built up with which some propositions are proved by experiment.
Neutral equipment parameters, the measures as well as the control rules for the flexible ground networks are also presented in the paper. The parameters and control rules has been tested by experiment in a real lOkV network in Xueying substation managed by Langfang Power Supply Bureau. And the test results proved that the performance is satisfied.
引文
【1】陈衍．电力系统稳态分析．中国电力出版社，1995
【2】中华人民共和国电力行业标准．《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL／T620-1997．电力工业部，1997
【3】中华人民共和国电力行业标准．《交流电气装置的接地》DL／T621-1997．电力工业部，1997
【4】李福寿．中性点非有效接地电网的运行．水利电力出版社，1993
【5】要焕年，曹梅月．电力系统谐振接地．中国电力出版社，2000
【6】要焕年．论城市电网接地方式的发展方向．中国电力，1993，8
【7】要焕年．中压电网中性点接地方式发展的新趋势．高电压技术，1993，19(2)
【8】徐浩强，薛磊．10kV城市配电网中性点接地方式的探讨．高电压技术，1993，19(2)
【9】要焕年．论城市电网的发展方向．电网技术，1994，18(5)
【10】H.Roman,H.Pietzsch(德国)．中压系统中的接地故障处理，王海群 译．4．36．CIRED．1995
【11】Det jen E R, Shah K R. Grounding transformer applications and associated protection schemes. IEEE Trans Ind Appl, 1992, 28(4)
【12】配电系统故障管理——国际供电会议故障管理03组总结报告．曹梅月 译．3．0．CIRED．1999
【13】A．Nikander，E．Lakervi(芬兰)．消弧线圈接地的中压电网中熄灭接地故障电弧的原理和算法，黄薇 译．4．20．CIRED．1995
【14】M. Clement, et al. Development in MV Neutral Control at EDF. 2.14. CIRED. 1991
【15】Olivier CHILARD，Louis MOREL，Dominique RENON(法国)．中压电网及中性点补偿接地，刘秀娟 译．3．17．CIRED．1999
【16】张树文，米增强等．小电流接地系统单相接地保护原理和技术综述．电力情报，1994，2
【17】贾清泉．提高配电网单相接地故障选线保护性能的研究．华北电力大学工学博
士学位论文，2002
【18】戴克铭，唐德光．苏州工业园区20kV配电网规划设计技术原则．供用电，1996，13(4)
【19】张振旗．10kV中性点小电阻接地系统零序电流保护整定值探讨．供用电，1996，13(6)
【20】王一宇．城市配电网中性点接地方式讲座，第四讲：配电网中性点接地方式对电信及过电压的影响．供用电，1997，14(2)
【21】赵卫中，孙仲齐．中性点经电阻接地的技术．高电压技术，1996，22(3)
【22】沈宗扬，李润先等．6～10kV电缆单相接地间歇性电弧不自熄电流下限的试验研究．西北电力技术，1991，2
【23】Togami M, Abe N, et al. On the application ofamachine learning technique to fault diagnosis of power distribution lines. IEEE Trans Ind Appl, 1983,19(1)
【24】牟龙华．零序电流有功分量方向接地选线保护原理．电网技术，1999，23(9)
【25】任建文，周庆捷等．小电流接地系统单相接地保护装置综述．电力系统分析与 控制学术年会论文集，1992，9
【26】郝玉山，杨以涵等．小电流接地微机选线的群体比幅比相原理．电力情报，1994，2
【27】张尔华，潘贞存等．群体比幅比相原理接地选线保护．中国电力，1993，26(11)
【28】王祖光．微机小电流接地系统接地选线装置．电力系统自动化，1993，17(6)
【29】郭鸿，周有庆．小电流接地系统单相故障选线研究．全国高等学校电力系统及自动化专业第十届学术年会论文集，1994
【30】Griffel D, Hammand Y. A new deal for safety and quality on MV networks. IEEE Trans. on Power Delivery, 1997,12(4)
【31】谭国彪等．基于最大I sinψ或Δ(I sinψ)原理的危机选线原理．电网技术，1999，23(9)
【32】MyronGivelgerg, et al. Zero sequence directional earth-fault protection with improved characteristics for compensated distribution networks.Electric Power Systems Research, 1999, 52
【33】 Shi Minghe. A new type feeder earth fault selecting device for neutral isolated and arc suppression coil grounded systems. Proceedings of Beijing Electric Power International Conference on Transmission and Distribution. 1997
【34】 曾祥君，尹项根等．配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理研究．中国电机工程学报，2001，21(6)
【35】 刘和平，江渝等．基于快速调节消弧线圈的小电流接地系统选线方法．第三届北京输配电技术国际会议论文集，2001
【36】 贾清泉，刘连光等．应用小波检测故障突变特性实现配电网小电流故障选线保护．中国电机工程学报，2001，21(10)
【37】 何奔腾，胡为进．能量法小电流系统选线原理．浙江大学学报，1998，32(7)
【38】 夏雨，姚月娥等．配电网故障定位和隔离的新统一矩阵算法．高电压技术，2002，28(3)
【39】 Seppo Hanninen. A method for detection and location of high resistance earth fault. 1998 International Conference on Energy Management and Power Delivery. Singapore, 1998,3
【40】 卫志农，何桦等．配电网故障定位的一种新算法．电力系统自动化，2001，24(14)
【41】 Arne Hcjde Nielsen，et，al(丹麦)．消弧线圈补偿电网的单相接地故障定位的改进方法，陈警众 译．4．23．CIRED．1995
【42】 M．Lehtonen，M．Seppanen，et al(芬兰)．基于继电保护装置和控制系统综合化的故障定位，陈警众 译．4．17．CIRED．1995
【43】 桑在中，张惠芬等．小电流接地系统单相接地故障选线测距和定位的新技术．电网技术，1997，21(10)
【44】 袁钦成，王天华等．配电线路故障自动定位系统的研制，中国供电会议论文集．CICED；2000
【45】 贺春霞．小电流接地系统单相接地故障检测及定位．电力科学研究院硕士论文，2000
【46】 李孟秋，王耀南等．小电流接地系统单相接地故障点检测方法的研究．中国电
机工程学报，2001，21(10)
【47】 J．Raymongue，JF．Faltermeier，P．Bertrand(法国)．中压电网故障隔离：廉价可靠的故障检测器，屠志健 译．4．24．CIRED．1995
【48】 Vasteras(瑞典)，Arnhem(荷兰)．中压电网故障定位．林慧译．3．2．CIRED．1999
【49】 H．Roman(德国)，G．Druml(奥地利)．中压电网接地故障的距离定位．邢瑞 译．3．20．CIRED．1999
【50】 郑健超，陈祥训等．验证小波变换行波故障测距法的现场试验．电网技术，2001，25(3)
【51】 曾昭桂．输配电线路运行和检修．水利电力出版社，1994
【52】 方瑜．配电网过电压．水利电力出版社，1994
【53】 全玉生，杨敏中等．高压架空输电线路的故障测距方法．电网技术，2000，23(4)
【54】 张常民，赵裕民．老式消弧线圈存在的问题及改造的必要性．电网技术，2001，25(5)
【2】中华人民共和国电力行业标准．《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL／T620-1997．电力工业部，1997
【3】中华人民共和国电力行业标准．《交流电气装置的接地》DL／T621-1997．电力工业部，1997
【4】李福寿．中性点非有效接地电网的运行．水利电力出版社，1993
【5】要焕年，曹梅月．电力系统谐振接地．中国电力出版社，2000
【6】要焕年．论城市电网接地方式的发展方向．中国电力，1993，8
【7】要焕年．中压电网中性点接地方式发展的新趋势．高电压技术，1993，19(2)
【8】徐浩强，薛磊．10kV城市配电网中性点接地方式的探讨．高电压技术，1993，19(2)
【9】要焕年．论城市电网的发展方向．电网技术，1994，18(5)
【10】H.Roman,H.Pietzsch(德国)．中压系统中的接地故障处理，王海群 译．4．36．CIRED．1995
【11】Det jen E R, Shah K R. Grounding transformer applications and associated protection schemes. IEEE Trans Ind Appl, 1992, 28(4)
【12】配电系统故障管理——国际供电会议故障管理03组总结报告．曹梅月 译．3．0．CIRED．1999
【13】A．Nikander，E．Lakervi(芬兰)．消弧线圈接地的中压电网中熄灭接地故障电弧的原理和算法，黄薇 译．4．20．CIRED．1995
【14】M. Clement, et al. Development in MV Neutral Control at EDF. 2.14. CIRED. 1991
【15】Olivier CHILARD，Louis MOREL，Dominique RENON(法国)．中压电网及中性点补偿接地，刘秀娟 译．3．17．CIRED．1999
【16】张树文，米增强等．小电流接地系统单相接地保护原理和技术综述．电力情报，1994，2
【17】贾清泉．提高配电网单相接地故障选线保护性能的研究．华北电力大学工学博
士学位论文，2002
【18】戴克铭，唐德光．苏州工业园区20kV配电网规划设计技术原则．供用电，1996，13(4)
【19】张振旗．10kV中性点小电阻接地系统零序电流保护整定值探讨．供用电，1996，13(6)
【20】王一宇．城市配电网中性点接地方式讲座，第四讲：配电网中性点接地方式对电信及过电压的影响．供用电，1997，14(2)
【21】赵卫中，孙仲齐．中性点经电阻接地的技术．高电压技术，1996，22(3)
【22】沈宗扬，李润先等．6～10kV电缆单相接地间歇性电弧不自熄电流下限的试验研究．西北电力技术，1991，2
【23】Togami M, Abe N, et al. On the application ofamachine learning technique to fault diagnosis of power distribution lines. IEEE Trans Ind Appl, 1983,19(1)
【24】牟龙华．零序电流有功分量方向接地选线保护原理．电网技术，1999，23(9)
【25】任建文，周庆捷等．小电流接地系统单相接地保护装置综述．电力系统分析与 控制学术年会论文集，1992，9
【26】郝玉山，杨以涵等．小电流接地微机选线的群体比幅比相原理．电力情报，1994，2
【27】张尔华，潘贞存等．群体比幅比相原理接地选线保护．中国电力，1993，26(11)
【28】王祖光．微机小电流接地系统接地选线装置．电力系统自动化，1993，17(6)
【29】郭鸿，周有庆．小电流接地系统单相故障选线研究．全国高等学校电力系统及自动化专业第十届学术年会论文集，1994
【30】Griffel D, Hammand Y. A new deal for safety and quality on MV networks. IEEE Trans. on Power Delivery, 1997,12(4)
【31】谭国彪等．基于最大I sinψ或Δ(I sinψ)原理的危机选线原理．电网技术，1999，23(9)
【32】MyronGivelgerg, et al. Zero sequence directional earth-fault protection with improved characteristics for compensated distribution networks.Electric Power Systems Research, 1999, 52
【33】 Shi Minghe. A new type feeder earth fault selecting device for neutral isolated and arc suppression coil grounded systems. Proceedings of Beijing Electric Power International Conference on Transmission and Distribution. 1997
【34】 曾祥君，尹项根等．配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理研究．中国电机工程学报，2001，21(6)
【35】 刘和平，江渝等．基于快速调节消弧线圈的小电流接地系统选线方法．第三届北京输配电技术国际会议论文集，2001
【36】 贾清泉，刘连光等．应用小波检测故障突变特性实现配电网小电流故障选线保护．中国电机工程学报，2001，21(10)
【37】 何奔腾，胡为进．能量法小电流系统选线原理．浙江大学学报，1998，32(7)
【38】 夏雨，姚月娥等．配电网故障定位和隔离的新统一矩阵算法．高电压技术，2002，28(3)
【39】 Seppo Hanninen. A method for detection and location of high resistance earth fault. 1998 International Conference on Energy Management and Power Delivery. Singapore, 1998,3
【40】 卫志农，何桦等．配电网故障定位的一种新算法．电力系统自动化，2001，24(14)
【41】 Arne Hcjde Nielsen，et，al(丹麦)．消弧线圈补偿电网的单相接地故障定位的改进方法，陈警众 译．4．23．CIRED．1995
【42】 M．Lehtonen，M．Seppanen，et al(芬兰)．基于继电保护装置和控制系统综合化的故障定位，陈警众 译．4．17．CIRED．1995
【43】 桑在中，张惠芬等．小电流接地系统单相接地故障选线测距和定位的新技术．电网技术，1997，21(10)
【44】 袁钦成，王天华等．配电线路故障自动定位系统的研制，中国供电会议论文集．CICED；2000
【45】 贺春霞．小电流接地系统单相接地故障检测及定位．电力科学研究院硕士论文，2000
【46】 李孟秋，王耀南等．小电流接地系统单相接地故障点检测方法的研究．中国电
机工程学报，2001，21(10)
【47】 J．Raymongue，JF．Faltermeier，P．Bertrand(法国)．中压电网故障隔离：廉价可靠的故障检测器，屠志健 译．4．24．CIRED．1995
【48】 Vasteras(瑞典)，Arnhem(荷兰)．中压电网故障定位．林慧译．3．2．CIRED．1999
【49】 H．Roman(德国)，G．Druml(奥地利)．中压电网接地故障的距离定位．邢瑞 译．3．20．CIRED．1999
【50】 郑健超，陈祥训等．验证小波变换行波故障测距法的现场试验．电网技术，2001，25(3)
【51】 曾昭桂．输配电线路运行和检修．水利电力出版社，1994
【52】 方瑜．配电网过电压．水利电力出版社，1994
【53】 全玉生，杨敏中等．高压架空输电线路的故障测距方法．电网技术，2000，23(4)
【54】 张常民，赵裕民．老式消弧线圈存在的问题及改造的必要性．电网技术，2001，25(5)