GDXJ单相接地故障管理系统

1. 概述

   在我国6～35kV中压输配电系统中，大部分采用中性点非有效接地方式。中性点非有效接地方式在单相接地的状态下，系统线电压仍可保持三相对称而不影响用电设备的正常工作。所以，采用中性点非有效接地方式输配电系统的供电可靠性要远高于中性点有效接地的输配电系统。但是从多年的运行经验和近年来中压输配电系统的发展情况看，中性点非有效接地方式也给中压输配电系统带来了一些问题。

   传统小电流选线方式往往受到接地点阻抗变化范围大、工况复杂、零序电流信号弱、电磁干扰强等各种因素的影响，难以快速、准确地选出发生单相接地故障支路，选线准确率较低。

   消弧线圈无法消除永久性单相接地故障使系统恢复正常状态，而且在故障点绝缘的重复击穿-恢复-再击穿的过程中，常伴随高幅值的高频电流反复流过和烧蚀故障点，极易引起事故扩大化；即使是对于瞬时性单相接地故障，消弧线圈仅能够补偿流过故障点的工频电容电流，而现代配网系统中实际通过接地故障点的电流除工频电容电流以外，还包含大量的高频电流和阻性电流。即使把流过故障点的工频电流补偿到满足国标要求的5A以下，仍然可能维持电弧的持续燃烧。因此，在很多情况下消弧效果并不理想，维持供电容易造成事故扩大化，甚至可能引发火灾和人身伤害等灾难性后果。然而，通过简单的分相操作快速断路器将故障相直接接地原理的简单转移消弧选线装置，在动作过程中存在合错相造成母线相间短路冲击的风险；并且在闭合接地相开关以后，为了能够判别是永久性还是瞬时性接地故障时，需要打开接地相开关时可能造成系统中性点低频振荡，严重时可能损坏系统中电磁式电压互感器或保护熔断器，给配电网的安全可靠运行带来不利影响。

   针对6~35kV中性点非有效接地系统的这些问题，我公司研发出GDXJ单相接地故障管理系统，很好地解决了上述的问题，保证了中性点非有效接地系统用电安全性、可靠性。

2. 功能描述

1. 接地故障选线（X）

2. 接地故障处理（C）

• 重要负载—软开关触点消弧（稳定电压；持续供电2小时以上）

• 非重要负荷--跳闸断电（切除故障；保证电网安全）

    c)故障记录和后台显示（J）

      分析故障成因，认定故障责任

• 临时性接地故障--消弧线圈（消除故障；恢复正常）

• 永久性接地故障

1. 工作原理

   当中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，通过快速控制高压可控硅导通和关断，形成一个半波脉冲电流信号。该脉冲电流信号流过故障支路，故障支路的零序CT采集到该脉冲信号，并传输至主控制器，主控制器判断故障支路、故障类型及故障时间等。由于脉冲电流信号强度比系统接地电容电流信号强，半波特征明显，使装置的选线准确率大大提高。然后根据单相接地故障的性质，采用不同的工作方式，让消弧线圈和软开关触点消弧互相配合，互相保护，消除弧光接地故障。当系统发生瞬时性单相接地故障时，通过消弧线圈补偿工频接地电容电流，软开关触点转移高频电流及阻性电流，使故障点有效熄弧。系统接地瞬间由软开关阻尼电阻来限制合闸涌流，系统接地恢复或触点打开时由软开关阻尼电阻和消弧线圈来限制分闸引起的操作过电压和系统中性点震荡。这种组合的工作方式克服了传统的消弧线圈或普通触点消弧单独应用的缺陷，更加有利于系统安全。对于永久性的单相接地故障，完成选线后再次启动软开关触点消弧工作，转移接地电容电流，保护故障支路特别是电缆支路的安全，保证系统的安全运行。

   主控制器通过检测系统母线三相电压和零序电压，可以迅速发现系统范围内发生的单相接地故障，并判明故障相别，控制故障相开关（K1或K2或K3）经过渡电阻R闭合后再通过闭合开关K4将故障相金属性接地（通过对流过过渡电阻R的电流和相关量的监测，确认选相正确后，闭合开关K4将故障相金属接地；若选相错误，则打开已闭合的相别开关，重新选相并完成动作），与消弧线圈配合，熄灭接地电弧并转移故障点电流，保护故障点防止出现事故扩大化。经短暂延时后（预设时间为1~10秒，用户可以根据实际运行经验改设）先断开开关K4投入过渡电阻R再断开故障相接地开关（K1或K2或K3），并判断是否再次出现单相接地故障，如若没有出现则表明这是一次瞬时性单相接地故障，记录事件，系统恢复正常运行；若是单相接地故障再现则表明这是一次永久性单相接地故障。接地故障相软开关重新闭合，进入单相接地安全供电模式持续运行一段时间或与常规继电保护配合实现单相接地故障的快速隔离和转供电。全电压监测装置在系统正常运行及发生任何故障时，可对系统三相电压及其谐波、电压闪变、弧光过电压、雷击过电压、操作过电压等稳态、暂态冲击进行 实时监测、定时记录，报警，供用户进一步分析电力系统的工作状态。（见图1）。

   

   图1 ：GDXJ单相接地故障管理系统应用原理图

2. 产品特点

GDXJ单相接地故障管理系统利用串接接地变压器中性点和地之间的高压可控硅导通和关断，实现系统有效接地和非有效接地的瞬时转换，产生一个比较强的脉冲电流信号，克服了原有诸多选线方案因信号强度太弱或特征不够鲜明造成的信号难提取、判断的弊端。同时软开关触点消弧与消弧线圈补偿综合处理方式解决了传统两种消弧处理方式的问题（不能有效熄弧、合闸涌流、合错相短路冲击、分闸中性点震荡），实现安全有效的接地消弧处理，大大提高了用户用电安全性、可靠性。概括起来，该装置有如下技术特点：

1. 快速准确的选线。

   当系统发生单相接地故障时，主控制器能在≤20mS时间内作出响应，触发可控硅导通，通过中性点发出可控脉冲电流，瞬时放大故障点电流信号，该电流信号达到200A以上，信号强特征明显，实现快速、准确选线。

2. 选相的容错和纠错能力

   通过检测流过过渡电阻R的电流和相关量，可以快速判明单相接地故障选相动作的正确性。如若出现选相错误，由于过渡电阻R的限流作用，线间电流<50A，不会造成母线相间短路，即具有选相容错能力；此后，可将合错相别的接地开关分断，重新选相，即为选相纠错能力。可以避免因选相错误而造成的系统母线相间短路事故。

3. 有效的故障处理

   消弧线圈补偿工频接地电容电流，软开关触点转移高频电流及阻性电流，使故障点有效熄弧。同时，消弧软开关的过渡电阻对高频弧光电流的幅值限制和衰减，避免了高频电流对故障点的进一步破坏和对二次设备的电磁干扰；过渡电阻的短时投入，解决了在接地故障恢复，故障相接地开关断开过程中造成的系统中性点低频振荡。

4. 全过程的电压监测

   在系统正常运行及发生故障时，可对系统电压及其谐波、电压闪变、弧光过电压、雷击过电压、操作过电压等稳态、暂态冲击进行实时监测、定时记录、报警，供用户分析系统的工作状态及判断故障原因。 

5. 产品型号

   

    

   X-选线；C1-综合处理；C2-软触点消弧处理；C3-消弧线圈处理

   J-电压监测；

   额定电压（kV）：7.2、12、40.5

   电容电流：A

6. 适用范围

       本管理系统适用于6~35kV中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地的电力系统。

7. 使用条件

   1）使用环境温度-20℃～+50℃；

   2）空气相对湿度≤80%（+20℃）；

   3）海拔不超过1000米（超过时需在订货时说明）；

   4）使用环境的周围介质无爆炸危险，不应含有腐蚀性气体，所含导电尘埃的浓度不使绝缘水平降低到允许极值以下。

   5）无导电灰尘存在；

   6）无剧烈震动的场所；

   7）室内安装。