喀土穆炼油厂电力接地系统存在问题及解决方案
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摘 要：简要分析苏丹喀土穆炼油厂在安装全补偿原理的偏磁式动态自动跟踪消弧线圈装置后，发生单相接地故障时系统特征及存在问题，并在此基础上分析了几种接地选线原理，最后给出解决方案。
关键词：全补偿；误动作；问题分析；解决方案
1 引言
早期的接地选线方法，在中性点改为经消弧线圈接地后，有的已不能使用，有的虽然能用但有较大的局限性，选线效果不理想。根据苏丹喀土穆炼油厂的应用经验，要提高小电流接地选线装置选线的正确率，必须结合本厂电力系统的特点，合理选择小电流接地选线装置的动作原理，做好安装、调试、运行、维护各环节的工作，接地选线装置选线的正确率才能达到较高的水平。
2 喀土穆炼油厂电力系统接地故障特点
2.1 炼厂电网的系统接线方式及消弧线圈的运行方式
炼厂电力系统为自备电厂供电方式，共有发电机6台（其中汽轮发电机3台，燃气轮机2台，烟气轮机1台），装机容量80MW，发电机出口电压6.3kV，发电机出口直接引入发电机母线，然后经过母线配出厂用负荷和各炼油装置直配线。直配线共15条，均为电缆线路，所以系统电容电流较大，结合我厂系统接线方式的特点，选用了偏磁式动态自动跟踪消弧线圈装置。消弧线圈装设于发电机中性点上，可以省去用于引出系统中性点的接地变压器，考虑发电机检修等因素，分别在2号发电机和3号发电机各装设一套该消弧线圈成套装置，两套装置一套运行，另一套备用。
2.2 消弧线圈的实际运行效果及存在的问题
该消弧线圈成套装置于2005年安装，这些年来一直运行稳定，系统正常运行时，该成套装置实时检测系统电容电流（全系统运行时，装置检测的系统电容电流显示为40.5A），同时不施加直流励磁电流，让消弧线圈工作在远离谐振点的状态，这样有效避免了串联谐振过电压的产生，一旦系统发生单相接地，装置瞬间动作调整消弧线圈到全补偿状态，以控制接地电流到最小值。据统计，期间系统共发生瞬间接地5次，永久性接地1次，该成套装置都能够快速而可靠地动作，有效地控制故障的范围，提高了我厂6kV电网的安全性能。
但在实际运行过程中，发现该成套装置与系统中其他保护和自动装置的配合可能存在一定问题，具体表现在：（1）炼厂6kV电动机的零序电流保护一般动作于信号，整定值一般为一次电流5A。在装设消弧成套装置后，一旦电动机发生单相接地，装置将瞬间动作进行全补偿，控制接地点的故障电流到很小的值（可能小于5A），使得故障电动机的零序电流保护达不到动作值，这对于查找和处理故障变得比较困难。这一问题需要改进零序CT和零序电流保护器的精度，适当缩小动作整定值来解决。（2）炼厂原有微机小电流系统接地保护装置，在消弧成套装置投运后，系统发生永久性接地1次，小电流接地选线装置首次动作报出的接地线路实际为正常线路，选择重判后选择的接地线路方为故障线路。虽然分析样本比较少，选线装置的准确率不能判定，但不能排除选线装置和消弧成套装置从原理上配合不好的可能。这一问题需要在运行实践中继续观察。
3 基于全补偿原理的小电流选线方法比较
3.1 反应零序电流有功分量的接地选线法
在装有消弧线圈的接地系统中发生接地故障时，故障点的残余电流值较少。为实现有选择性的接地保护，可采用在中性点侧投入电阻的方式。在接入电阻R时，接地电流中将出现一个有功分量IOR，IOR与零序电压UO同相，因此可利用反映有功分量的零序方向元件来判别故障线路。电流IOR流过故障点，电流的有功分量可使接地故障点产生附加的热量，为此在选择电阻R的数值时，应使流过故障点的电流IOR分量不超过5～10A。但这种选线方法在配电网有短路线路时，由于该线路的零序电流小，功率方向元件在受干扰的情况下，仍存在误判及多选的可能性。此外，由于要在中性点另多装一个断路器，也限制了该装置的推广应用。
3.2 反映5次谐波分量的接地选线法
在接地电容电流中除基波分量外，经分析与测试得知，还包含有各种高层次谐波分量，其中5次谐波分量的幅值较大。在发生接地故障时，在5次谐波零序电压U05的作用下，5次谐波零序电流I05即构成了通路。虽然5次谐波电压的幅值只有基波的百分之几，但对线路的容抗，5次谐波却为基波时的五分之一。但用零序电流5次谐波分量大小和方向来判断接地线路，由于其值较小，选线结果也不理想。
3.3 有功功率损耗法
在非故障线路上，由于消弧线圈的补偿作用，使其电流很小，有功功率也很小。而故障线路一般呈金属接地，接地电流在消弧内部阻抗和线路阻抗存在的情况下，产生较大的有功功率损耗。故本装置以有功功率损耗的大小来作为接地选线的依据。
3.4 采用突变量启动的首半波法
在故障的瞬间，接地电容电流中将出现一个幅值很高的暂态分量，暂态零序电流首半波的最大值比流过同一点电容电流的稳态值大几倍到几十倍。
各线路所流过的暂态零序电流首半波宽度均为几十微秒到几百微秒。
对同一系统，不论中性点绝缘或经消弧线圈接地，其最初阶段暂态过程完全一样，消弧线圈可认为开路。假定从母线流向线路为零序电流正方向，零序电压规定线路对地电压为正方向，则在辐射网络中，非故障线路靠近母线段所流过的暂态零序电流首半波与暂态零序电压方向相同。而对故障线路，靠近母线端暂态零序电流首半波与暂态零序电压首半波方向相反。对于环形网络，则在电容电流分界点落在非故障线路上时，其两端暂态零序电流首半波与暂态零序电压方向相同；电容电流分界点不落在非故障线路上，则有一端相同，一端相反。而对故障线路，暂态零序电流首半波与暂态零序电压的首半波方向均相反。
4 结束语
综合喀土穆炼油厂电力接地系统特点及评估以上小电流接地选线方法，我们在易出现单相接地故障的两个配电室安装了以暂态半波法原理为主的接地选线装置，并选用高精度的零序电流互感器，作为全补偿原理的偏磁式动态自动跟踪消弧线圈装置电力接地系统的解决方案，经维护及厂家技术人员精心安装调试后投入运行。运行后发生单相接地故障两次，此装置可以准确的判断故障线路。大幅度地缩短查找故障线路时间，使炼厂电力系统在接地故障情况下快速恢复正常运行。
参考文献
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