低压中性点

低压中性点（精选4篇）

低压中性点 篇1

1 前言

风电场风机分布一般较分散, 所有风电机组分成2～3组, 每组10～14台风机通过集电线路串接后将电能送往升压站, 再经变压器升压后与系统变电所相连实现电能外送。内部集电线路一般采用35kV电缆或架空线路输送电能, 距离在3～10km。风电场升压站低压侧中性点接地可以采用不接地方式、经消弧线圈接地和经小电阻接地方式。

2 中性点接地方式

2.1 中性点不接地方式

采用中性点不接地方式, 单相接地时允许带故障运行两小时, 供电可靠性高。高电压、长距离输电线单相接地时, 电容电流一般很大, 在接地处容易出现间歇电弧, 引起电网产生高频振荡, 形成过电压。发生单相接地, 另外两相电压将升高倍, 容易使绝缘薄弱处击穿, 引起两相接地短路。当风电场容量较小或采用架空线时, 集电线路电容电流也相对较小, 通常采用中性点不接地方式。

2.2 经消弧线圈接地方式

为克服接地电容电流过大的缺点, 可采用经消弧线圈接地方式。消弧线圈是一个有铁芯的可调电感线圈, 当发生单相接地故障时, 可形成一个与接地电容电流大小接近相等、方向相反的电感电流, 电感电流补偿电容电流, 使流经接地处的电流变得很小, 保证接地电弧瞬间熄灭, 以消除弧光间歇接地过电压。通常消弧线圈最大补偿电流与最小补偿电流之比取2:1或2.5:1, 并装设5～9个分调节接头。

采用消弧线圈接地方式的优点是当集电网容性电流变化时, 消弧线圈接入容量调整方便;可降低线路单相接地时故障点的残流, 有利于接地电弧的熄灭, 避免长时间燃弧而导致相间短路。缺点是使小电流选线装置灵敏度降低, 甚至无法选线;易产生串联谐振过电压现象, 放大了变压器高压侧到低压侧的传递过电压;当采用电感电流来抵消电容电流时, 无法抵消弧光接地时的全部高频分量, 不能有效地限制弧光接地过电压。

当风电场集电线路采用电缆线路, 且线路较长电容电流大于10A时, 35kV中性点一般采用消弧线圈接地方式。

2.3 经小电阻接地方式

对于中性点经电阻接地的系统, 在线路发生单相接地故障时, 故障电流一般在100～1000A之间。保护装置可以根据检测到的故障电流, 快速切除接地线路, 从而不易使故障点发展为两点接地故障, 有利于缩短故障线路修复时间。在接地故障期间, 非故障相的电压也不高于线电压。此外, 这种接地方式可以将系统发生接地故障时运行设备及城市通信系统的影响限制到最小程度;中性点设备投资费用也不高;事故率可降低, 有利于整个系统安全可靠运行。对部分架空供电线路, 还可以采用自动重合闸装置, 以提高其对用户供电的可靠性。

当风电场35kV集电电缆较长时, 需要的消弧线圈容量很大, 会超出厂家可以生产的最大容量的消弧线圈, 此时可以采用经小电阻接地方式。与经消弧线圈方式相比, 经小电阻接地方式改变了接地电流相位, 加速了回路中的残余电荷的泄放, 促使接地电弧自熄, 降低弧光间歇接地过电压, 同时可提供足够的电流和零序电压, 使零序保护可靠动作。

系统发生单相接地故障时, 非故障相的稳态电压升高比采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式的稳态电压升高稍低。由于其显著的阻尼作用, 可消除由于各种原因引起的系统谐振过电压, 采用电阻接地是消除频繁发生的PT谐振过电压的最有效的办法。

中性点电阻对系统正常运行时的中性点位移电压具有抑制作用, 使中性点位移电压减小。在正常运行时, 接地变压器和接地电阻几乎是处于空载状态, 只有在发生单相接地故障时, 接地变才承受短时冲击电流。

采用中性点经小电阻接地方式, 有利于无间隙避雷器的使用, 不仅限制系统内的过电压水平, 又可以降低雷电冲击过电压水平。

中性点经小电阻接地与线路零序保护配合, 可准确地判断出故障线路并迅速切除, 有利于可靠切除故障集电线路, 减小对系统影响。同时故障时由于及时切除电源, 可减少发生人身安全事故的机会。

当线路参数不对称会产生流过接地变压器中性点的零序电流, 变电所接地网接地不良会导致接地变压器中性点零序电压加大。线路参数不对称达到一定的程度或两个因素的同时存在将引起接地变压器零序电流保护误动。因此应加强对电缆线路参数对称性及变电所接地网接地完好性的监测。

3 结束语

综上所述, 当电容电流小于10A时, 可以选用中性点不接地方式。当电容电流大于10A时, 采用经消弧线圈接地方式较合适。考虑到经消弧线圈接地方式均采取过补偿方式, 目前消弧线圈最大制造容量为3150kVA, 其对应的允许电容电流应为100A左右, 再考虑脱谐度10%的要求, 当集电网系统的电容电流超过80A时, 不宜选用经消弧线圈接地方式, 而宜选用经小电阻接地方式。

当集电线路采取较长电缆线路时, 从技术性能上分析, 风电场升压站低压侧中性点宜采用低电阻接地方式, 并配置集电线路零序保护和监测电缆线路参数对称性及变电所接地网接地完好性。

参考文献

[1]袁勇, 李晓明, 潘艳, 谢江辉, 李彬, 孙红.10kV小电阻接地系统特殊问题的研究[J].继电器, 2003, 31 (7) :16～19.

[2]郭继红, 郭宝海.大型风电场集电网系统接地方式探讨[J].水利水电工程设计, 2009, 28 (03) :38～40.

[3]王邦一, 李玲芳, 黄伟.风电并网对云南电网无功及电压控制影响[J].云南电力技术, 2010, 38 (4) :26～27.

[4]张芬.小电阻接地系统的继电保护[J].云南电力技术, 2010, 38 (3) :61～63.

低压中性点 篇2

我国矿井低压电网中性点接地方式的选择主要是从供电安全的角度来考虑的,并综合考虑有利于漏电保护的可靠性实现。其中供电安全包括人身安全和设备安全。人身安全主要是人身触电是否有伤亡。其涉及的因素很多,但总体来说,人身触电电流越小、触电时间越短则越安全。目前,我国对人身触电是否有伤亡有两个标准来衡量:一是人身触电电流小于安全电流值30 m A;我国井下低压电网漏电保护的动作电阻值就是依据这一安全电流值确定的。为达到这一人身触电安全电流值,最初井下低压均采用电容电流补偿技术,但由于是固定补偿,因此不可能实现全补偿;同时由于电缆、电气设备介质损耗和补偿电抗器有功损耗电流不能被补偿,使得补偿后的人身触电电流仍远大于30 m A[1,2],因此这一标准实际上无法实现。随着人们认识的深入,意识到人们无法控制人身触电电流小于30 m A,而可以控制人身触电的时间,开始逐步认同由国际电工委员会IEC推荐,德国学者柯宾·奥西朴卡提出的人体触电的极限电流安全参量曲线,即触电电流与触电时间的乘积小于30 m A·s[1,2]。而上述安全条件的实现除靠减小人身触电电流外,主要靠缩短漏电保护的动作时间来保证。

根据煤矿井下低压电网中性点接地方式的特征,现有低压供电系统中总开关的漏电保护大都采用附加直流漏电保护原理。为保证总开关与分支开关之间的选择性,一般只能靠延长时间来实现,而该时间又与漏电保护应快速跳闸相矛盾[3]。分支开关的选择性漏电保护主要采用零序电流保护或零序电流方向保护原理。零序电流保护易受电网条件的限制,仅适用于分支线路比较多、电容比较大的场合。对于中性点经电抗接地电网的灵敏度则更低,甚至无法使用。在井下低压电网的条件下,该方法使用有一定的困难。零序电流方向保护反映的是零序电压和零序电流之间的相位关系,当所有非故障支路的零序电流之和太小时,需在电网上并入一组三相电容器来增大零序电流[3,4]。该方法不能使用在中性点经电抗接地电网,并且这两种方式在现场应用中的准确性和可靠性都有待提高。因此,对矿井低压电网中性点接地方式的选择,以及相应中性点接地方式下的漏电保护进行研究,对保证矿井安全生产和人身安全都具有重大意义。

1 矿井低压电网中性点接地方式的选择

我国矿井低压电网中性点接地方式以中性点不接地、中性点经电抗接地为主,包括少量的中性点经高阻接地、中性点经电抗串电阻接地。井下低压电网等效图如图1所示,当K1打开时为中性点不接地方式;K1、K2闭合、K3、K4打开时为中性点经电抗接地方式;K1、K3闭合、K2、K4打开时为中性点经电抗串高阻接地方式;K1、K4闭合、K2、K3打开时为中性点经高阻接地不接地方式。电网各相对地电容为C、对地绝缘电阻为r,CN为附加直流隔离电容,由于CN值较大,其容抗较小,在分析时可以忽略不计。

假设A相发生人身触电或漏电故障,其电阻值为R,则漏电电流为:

对图1进行分析,可得不同接地方式下的漏电电流分别如式(2)~(5)所示。

中性点不接地:

式中,Uφ为系统相电压。

中性点经高阻接地:

中性点经电抗接地:

中性点经电抗串电阻接地:

据统计,我国井下低压电网的对地分布电容0.1~1.0μF/相[1,4]。因此,可仿真出式(2)~(5)在不同电网参数下的漏电电流值。图2为漏电电流随漏电电阻变化的曲线,其中r=50 kΩ,图中横坐标为漏电电阻,纵坐标为漏电电流。图3为人身触电电流随电网绝缘电阻变化的曲线,图中横坐标为漏电电阻,纵坐标为漏电电流。其中图3(c)和图3(d)为过补偿状态。

对于r不同值的情况,其漏电电流值的变化规律与图2基本相同。通过对上述漏电电流值的分析可见,矿井低压电网中性点不论采用何种接地方式,当发生人身触电时(一般对于井下低压电网人身电阻在500~1 500Ω,习惯上取1 000Ω)人身触电电流均大于30 m A。

中性点经电抗接地可以减少人身触电电流,但是由于采用固定补偿方式,在绝大多数情况下得不到全补偿,补偿效果最多能达到50%~60%[1];即使在最佳补偿状态下人身触电电流仍很难达到安全要求。同时,中性点经电抗接地时可引起串联谐振过电压,其值可能达到电网相电压的4~5倍以上;当开关的三相触头不同期合闸时,将会造成一相接地假象引起漏电保护误动作。在采用补偿以后,必然减小故障支路的电流。当过补偿时,还会造成故障支路零序电流相位的改变,势必会影响到漏电保护的准确性。

对于中性点经电阻接地方式,只要电阻值选取合适,不仅可以减小人身触电电流值,还可以抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压,有利于电网的安全运行。对于中性点经电抗串电阻接地方式,其电抗可以起到一定的补偿作用;串联电阻对于抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压,也是有效的。由于中性点电阻的存在,为漏电保护提供了一定的条件。由此可见,最好采用中性点经电阻或电抗串电阻接地方式并加快漏电保护动作的速度,来保证人身安全。

2 矿井低压电网漏电保护

2.1 附加直流电源相对值法漏电保护

总开关所采用附加直流电源漏电保护为保证与下级线路的选择性,要靠延长时间来实现,两级选择性漏电保护装置之间的动作时限级差约为200~500 ms。为解决上述问题,在本文中采用了上下级通信闭锁的方法。其原理如下:当分支开关检测到本支路有漏电故障时就向总开关发出闭锁信息,一直到故障切除,总开关收到闭锁信息后将保护闭锁。为实现总开关到分支开关之间线路的漏电保护功能和对分支开关的后备保护作用,总开关闭锁功能一般只维持很短时间(即躲下级保护跳闸时间,由于分支开关漏电保护要求50 ms跳闸,考虑到一定的可靠系数一般可设80 ms),此时不论闭锁信号是否解除,总开关的漏电保护都恢复工作。如此设置后总开关的漏电保护延时就为80 ms,与现有漏电保护相比较好地减小了延时时间,提高了人身触电的安全性。根据现有附加直流电源漏电保护原理动作值易受电网电压波动因素的影响,而采用了附加直流电源相对值的方法,即将电网不同电压下的漏电电阻值转换为额定电压下的值来进行判断。

2.2 零序电导法选择性漏电保护

针对现有选择性漏电保护存在的整定困难、准确性较差等问题[5,6,7,8,9,10,11],本文针对中性点经高阻接地或电抗串高阻接地方式分析了基于零序电导的选择性漏电保护在选择性和保护整定等方面的优越性。

由图4可知:非故障线路所测的零序导纳为:

故障线路所测的零序导纳为:

对上述测量导纳取其电导部分则可得:

由式(8)可见非故障线路的零序测量电导等于该线路对地电导。故障线路的零序测量电导等于所有非故障线路的零序测量电导与中性点电导之和,且方向与非故障线路相反。因此,可以通过零序测量电导的大小或方向来判断故障线路。由于煤矿低压电网各线路的漏电保护装置一般都安装在其防爆开关内,群体比幅和比相的方法在应用中存在一定的困难,因此,对各支路零序电导大小和方向的测量要求精度较高。

对于非故障线路其零序电流可能非常小,尤其是在高阻接地故障情况下。这时由于零序电流互感器、测量、计算等误差的影响,可能出现方向误判的现象。为了防止此时零序电导方向法的误动作,在本方法中除判断方向外还需判断其大小。

对式(8)取其幅值可知:

考虑一定的可靠系数,电导可整定为

由式(8)~(10)可知,其整定值只与中性点所加电阻有关,而与电网参数无关,现场应用非常简单方便。

基于上述零序电导的漏电保护在应用中除整定电导大小外,与其他漏电保护一样还需整定保护的启动判据零序电压。在本方法中由于电导的判据与漏电电阻无关,即与零序电压无关,因此零序电压的整定只需考虑保护的灵敏性和不误动即可。

3 实验与结论

设计了以DSP为核心的低压防爆开关微机综合保护装置[6,7,8,9,10,11]对上述结论进行了验证。本实验室煤矿低压模拟电网如图4所示。实验中NR=1 kΩ。总漏电保护的动作值整定值为11 kΩ,闭锁时间80ms,G0K=0.8gN。分支线路的漏电保护实验在第三条线路上进行,可变电阻R用来模拟漏电电阻。

实验时各个断路器处都有一台保护装置,各个保护的零序电压都取自U0,由于保护中有隔离部分因此不互相影响。零序电流由对应线路的零序电流互感器获取。

通过实验可见只要实验时零序电压大于整定值各分支线路的漏电保护都能准确动作,且各线路对地参数的改变对保护动作的准确性无影响。当将中性点电阻改为NR=1.5 kΩ、NR=2 kΩ时与上述实验结果相同。总开关采用的附加直流电源相对值法漏电保护其实验动作电阻与整定值的误差小于5%。当人为将分支故障线路的保护闭锁时总开关均可靠跳闸,时间小于100 ms(故障跳闸时间的测量是通过记忆示波器测量零序电压的保持时间来实现的)。

通过分析和实验可知,井下低压电网中性点经高阻接地和中性点经电抗串高阻接地对减小人身触电电流、抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压等方面都有较好的作用,有利于电网的安全运行。同时由于中性点电阻的存在为漏电保护提供了必要的检测信号,对提高漏电保护的准确性和快速性非常有利。具有闭锁功能的附加直流电源相对值法漏电保护提高了总开关漏电保护的动作速度,减小了电网电压波动对动作值的影响。基于零序电导法的选择性漏电保护利用零序电导的大小和方向作为判据,减小了过渡电阻对漏电保护的影响。整定电导值的大小主要与所加高阻有关而与电网参数无关,便于现场的应用和推广。

摘要：在分析矿井低压电网中性点不同接地方式下漏电电流特征的基础上,从人身触电电流、漏电保护等方面详细比较了各种接地方式的优缺点,得出了中性点经高阻接地或中性点经电抗串高阻接地更适合矿井低压电网的结论。针对上述中性点接地方式的特征,论述了零序电导法在矿井低压电网选择性漏电保护中的应用,分析了其在漏电保护动作准确性和整定简单等方面的优越性。利用通信闭锁和相对值的方法提高了附加直流电源漏电保护的快速性和动作值的稳定性。通过实验验证了上述方法的有效性。

关键词：人身触电,漏电保护,矿井低压电网,选择性,中性点接地

参考文献

[1]唐轶,陈奎,吕良.矿井低压配电网中性点接地方式的研究[J].煤炭科学技术,2002,30(7):40-43.TANG Yi,CHEN Kui,Lü Liang.Research on neutral point grounding method for mine low voltage power distribution network[J].Coal Science and Technology,2002,30(7):40-43.

[2]唐轶.选择性漏电保护[M].北京:煤炭工业出版社,1995.TANG Yi.Selective leakage protection[M].Beijing:China Coal Industry Publishing House,1995.

[3]Thomas N.The effects of very high resistance grounding on the selectivity of ground-fault relaying in high-voltage longwall power systems[J].IEEE Trans Ind Appl,2001,37(2):398-406.

[4]牟龙华,孟庆海,胡天禄.基于故障分量有功功率的选择性漏电保护[J].中国矿业大学学报,2002,31(4):380-383.MU Long-hua,MENG Qing-hai,HU Tian-lu.Selective ground-fault protection based on active power of faulted components[J].Journal of China University of Mining&Technology,2002,31(4):380-383.

[5]胡天禄.矿井电网的漏电保护[M].北京:煤炭工业出版社,1987.HU Tian-lu.The leakage protection of underground network[M].Beijing:China Coal Industry Publishing House,1995.

[6]苏文辉,李钢.一种能滤去衰减直流分量的改进全波傅氏算法[J].电力系统自动化,2002,26(23):42-44.SU Wen-hui,LI Gang.An improved full-wave fourier algorithm for filtrating decay INGDC component[J].Automation of Electric Power Systems,2002,26(23):42-44.

[7]李永丽,陈超英,贺家李.一种基于半波傅氏算法的继电保护快速算法[J].电网技术,1996,20(1):52-55.LI Yong-li,CHEN Chao-ying,HE Jia-li.A fast algorithm based on half cycle Fourier algorithm for protective relaying[J].Power System Technology,1996,20(1):52-55.

[8]李斌,李永丽,贺家李.一种提取基波分量的高精度快速滤波算法[J].电力系统自动化,2006,30(10):39-43.LI Bin,LI Yong-li,HE Jia-li.Accurate and fast filtering algorithm for fundamental component[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(10):39-43.

[9]唐轶,陈庆,刘昊.补偿电网单相接地故障选线[J].电力系统自动化,2007,31(16):83-86.TANG Yi,CHEN Qing,LIU Hao.Detecting single phase to ground fault feeder in compensation networks[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(16):83-86.

[10]曾祥君,尹项根,张哲,等.零序导纳法馈线接地保护的研究[J].中国电机工程学报,2001,21(4):5-10.ZENG Xiang-jun,YIN Xiang-gen,ZHANG Zhe,et al.Study on feeder grounding fault protection based on zero sequence admittance[J].Proceedings of the CSEE,2001,21(4):5-10.

低压中性点 篇3

在我国城市或农村低压配电线路常采用电缆或架空线路。由于种种原因常因中性线引起用户端中性点电位偏移, 严重时三相四线制低压配电线路中的中性线断线, 造成各相电压严重不平衡, 发生烧毁家用电器。因此, 有必要寻求有效的预防措施, 最大限度地保障用户用电的安全与可靠。

1 三相负载不平衡

在三相四线制线路中, 若三相负载不平衡程度越大, 中性线流过的电流就越大。若中性点截面积偏小, 容易导致某相负载的电压过高, 另外相负载电压偏低, 随着时间的延长, 易引起中性线过载、发热、烧断, 造成用户设施烧毁。

中性点电流如下值所示

假设电源电压380V, 三相四线供电。负载为220V白炽灯, 分别接在三相电源上。每相灯组的电阻为:Ra=5Ω、Rb=10ΩRc=20Ω。中性点电流如图所示, 中性线断开, 导致电源中点N和N之间产生中点电压, 用Un表示。Un可根据电压公式求出, 即:

各相负数载上电压分别为

可见各相负载上的电压上的电压已经不对称了, 各相负载将不能正常工作, 甚至遭受损坏。

2 非线负性载的增加

如电脑、彩电、空调、电冰箱以及各种带电子式镇流器的照明灯具、开关电源、变频器等类型的负载均属于非线性负载。随着非线性负载比例的增大, 负载电流将发生非正弦的畸变, 产生各种各种高次谐波电流。三相平衡电流可分解为正序、负序和零序三相电流。而零序电流是三者同相代数相加, 从而在中性线上流过并且具有一定的数值。这种非线性负载引起的谐波零序电流的作用结果, 将加中性线的过载、发热, 甚至使中性线烧断。

3 中性线断开的危害

由上面分析可知, 在中性线断开后, 由于用户端的负载不平衡, 将造成中性点电位的较大位移, 当其中两相阻抗相差悬殊时, 在阻抗较大的一相上负载电压可能高达接近线电压380V的程度, 造成用电设备很快烧毁。这种中性线断线情况是经常遇到的, 特别是在居民楼中更易发生。可见中性线断开后的危害性是很大的。

4 中性线断线毁坏设备事故的预防措施

1) 在中性线上不能装设熔丝;

2) 三相负载应尽量平衡, 另外选择较大的中性线截面, 以提高中性线在平时和事故下的电流承载能力。保持中性线电流不超过额定相电流的25%;

3) 在中性线上尽量减少接头, 并保证接头连接处性能的良好与可靠;

4) 在相线上按要求装设熔丝或其它短路保护装置, 防止短路烧断中性线;

5) 加强线路维护, 发现隐患及时消除。

5 保护措施

前面所谈到的防范措施, 只能起到预防作用, 不能保证中性线不断, 那么一旦中性线断线后又怎样来保证用电设备的安全呢?这只能通C过O相S应1 2的0保+J护S手IN段1来2 0达到。能实现保护单元功能的方式很多, 如下图3使用电压继电器作取样元件和交流接触器组成保护单元。

如图3所示, Za, Zb, Zc为一个用电单元。在用电单元的中性线会合处接一电压继电器KV1, 在用电单元负载前三相相线处接入交流接触器KM1的主触点。当中性点断开, 且三相负载不平衡时, 此时的Unn, 的值大于电压继电器的整定值, 电压继电器KV1动作, 使接触器KM线圈失电, 从而切断电源, 保护了负载。当中性点故障处理完毕后, 按下复位按钮SB1, 继电器KV1线圈失电, KM1交流接触器线圈得电, 此用电负载恢复正常送电。

6 结论

防止低压配电线路的中性点断线有上述好几种方式, 而且为避免中性点断线烧毁电器设备而采取的各类型保护方式在低压配电线路中使用较为广泛并发挥重要作用。

摘要：在我国低压配电线路常采用电缆或架空线路。不论在城市还是农村, 由于三相四线制低压配电线路中的中性线断线, 造成各相电压不平衡, 发生某一相或二相线路烧毁家用电器。因此有必要寻求有效的预防措施, 最大限度地保障用户用电的安全与可靠。

关键词：低压中性线,断线,危害,防范措施

参考文献

低压中性点 篇4

1 中性线断线故障特征分析

1.1 三相负荷平衡状态

在正常连接中性线的情况下,由于系统阻抗明显低于负载阻抗,因此,非线性设备中将会形成三次谐波电流,并通过中性线流向系统侧。但在中性线断线的情况下,故障位置将会导致非线性负载产生的谐波电流不能正常流回馈线首端,而转向负载阻抗。在此情况下,线路首端的3次谐波电流指的仅仅是故障部位的3次谐波电流,所以,从回路的首端看,在三相上能对3次谐波突变情况进行同时检测。此时,回路系统内的基波电流会因流通路径不变而在首端被检测到,并随着实际的负荷情况而发生变动。

本文将3次谐波电流的突变量ΔI3表示为:

式(1)中:ΔI3为前后两次采集数据之间差值;k为第k次采集的数据。

因此,3次谐波电流突变率也可以表示为:

1.2 三相负荷不平衡状态

如果故障部位存在负载不平衡表现,则故障后同样能在三相线路首端对3次谐波电流突变情况检测,但该阶段中性点电位将会逐渐移动。电压偏移量主要取决于三相负载的不平衡程度。若中性点电位偏移现象达到最严重的程度,则会导致轻载相电压快速提高,并与线电压相近。这一接入相的设备需要程度配电系统整体的过电压。然而,如果重载相电压逐步降低为0,则这一接入相的设备无法正常运行。所以,在负荷不平衡的情况下,低压配电干线将会出现中性线断线故障问题,其不仅表现为三相的3次谐波电流变化,还表现为线路首端各相上基波电流的变化。

从中性点电位偏移导致的基波电流突变ΔI1可知,恒功率负载可以表示为ΔI1=(Vr-Vab)/Vab×I1,恒阻抗负载可以表示为:

式(3)中:Vr为负载的额定相电压;Vab为不平衡相的相线-中性线电压;I1为故障位置后负载的基波电流。

2 中性线断线故障检测判据及其灵敏度

2.1 故障检测流程及判据

故障检测程序如图1所示,其中,故障设定值分别为μ,α,σ.根据图1可以将故障的检测判断方法分为如下2点:①如果线首端三相上能对3次谐波的减小量|ΔI3%|>15%进行同时检测,则代表中性线断线故障,且随着|ΔI3%|的加大,故障位置与首端之间距离越小;②如果线首端三相上存在典型的3次谐波电流减小表现,但|ΔI3%|在10%~15%之间,且三相上分别存在K<-0.3和K>0.3,则说明存在中性线断线现象。

如果根据上述方法对故障情况加以判断,则能够对设备的设定值进行检测,且由仿真实验结果可知,误判的发生率相对较低。由此可见,这一判断方法较为符合故障判别的选择性要求。

2.2 故障检测的灵敏性分析

故障动作设定值需要避免正常条件下的系统运行状态各项参数。如果断线位置与线路末端较为接近,则会导致线路首端存在较小的3次谐波突变情况。这一现象无法得到准确的识别和检测,而这也是该方法无法实现整个线路保护的主要原因。

检测设备的动作设定值σ=15%时,则失去中性线的负载比例ΔI1?fault%在35%以上时,必然会出现3次谐波电流15%以上的改变。这一阶段检测设备能够对中性线断线故障发生情况进行准确判断。如果ΔI1?fault%小于21%,则这一方法可能无效;如果ΔI1?fault%在21%~35%之间,则也存在一定的3次谐波电流15%以上改变的概率,且该比例相对较高,这一过程中可能会出现中性线断线警报信号。

设定动作值α和σ分别设定为10%和0.3时,则需要对故障判断的灵敏度加以判断,故障发生过程中ΔI1?fault%通常超过15%.同时,故障导致的K值变化,如果无法在三相上同时存在K<-0.3和K>0.3的变化,则无法进行准确的故障检测,但由实际的分析研究结果可知,这一情况的发生率相对较低。

3 结束语

本文对以谐波的中性线断线故障为基础的检测方法进行了论述分析,其检测设备位于线路的首端,能最大限度地降低设备维护和建设成本。其主要原则在于通过断线前后的谐波特性对故障的具体情况加以判断。本文对负荷不平衡与平衡条件下的系统分别进行了检测和判断,并得到了一种适用于全部负载条件的故障检测方案,但其在计算电流较小的线路检测中也存在一定的缺陷,主要在于末端故障可能得不到全面保护。

参考文献