超快速主动干预型消弧技术研究
一、背景概述 配电网接地现状 随着供电容量及电缆化率的提高，系统单相接地电流越来越大，原来广泛应用的消弧线圈，因不能补偿接地电容电流的阻性分量和高频分量、不适应电缆线路（消不了弧）等问题。 系统被迫采用：1、中性点直接接地，2、主动干预型转移接地，3、接地电容电流动态补偿。 一、背景概述 接地故障解决方案 中性点直接接地 >特点 保护动作迅速，限制非故障接地故障期间对地电压，降低设备绝缘水平要求。 > 局限性 线路跳闸率高，供电可靠性低：高阻接地故障保护难以启动。 > 应用 仅北京、上海等大城市应用。 一、背景概述 接地电容电流动态补偿 接地故障解决方案 》原理 利用有源补偿装置向电网注入零序电流，从而控制中性点零序电压，使故障点恢复电压降为零或接近零，即破坏电弧重燃条件。 》局限性 性价比偏低，需要较大容量的电源供电。 > 应用 少量示范应用。 一、背景概述 接地故障解决方案 主动干预型转移接地 >特点 将线路上弧光接地故障转移到电站母线上的金属性接地。结构简单，不受系统电容电流的限制，技术经济性好。 > 应用 批量应用。 >存在问题：响应速度慢 易由单相接地引发相间短路故障、引发火灾、引发故障线路跳闸停电、人身触电伤害大。 超快速主动干预型消弧关键技术 装置原理拓扑 超快速主动干预型消弧关键技术 基于电压和零序电流特征的故障选相技术 装置关键技术 采用开口三角电压分层判据辅助母线电压幅值相位特征及高精度广域同步零序电流/零序电流增量检测。判断为单相接地故障 超快速主动干预型消弧关键技术 超快速分相合闸开关技术 装置关键技术 >设计中短开距的分相控制快速开关负责迅速合闸，长开距的前置断路器负责开断电容电流 >建立电磁力机构有限元仿真模型，优化底力机构动作特性，实现快速开关超快速可靠合闻。 关键指标前置断路器分闸时间：≤3ms分相合闸开关合闸时间：≤3ms 超快速主动干预型消弧关键技术 基于零序电流翻相特征的故障选线技术 装置关键技术 >根据采集的故障与非故障馈线支路零序电流差异选出故障线路， 针对主动干预式消弧技术的特点，利用快速开关动作前后的翻相过程可以提高判别准确率 翻相过程可以提高选线准确率 超快速主动干预型消弧关键技术 基于广域同步电流检测的故障定位技术 装置关键技术 >广域数据采样同步，所有终端采样数据带有时标，同步时间精度6μs，采样频率12.8kHz。 >基于高精度广域数据采样同步和大数据分析，可大大提高高阻接地故障检测的准确率和故障定位精度。 超快速主动干预型消弧关键技术 装置对比 超快速：≤6ms 故障转移时间 普通：≤ 100ms 故障转移时间大幅缩短可以解决以下问题： 人员触电后快速将电压限制在安全电压以内，大大降低人体触电死亡风险；高压开关柜内相间距离短，单相弧光接地易发为相间短路可避免故障扩大引发相间短路：若选相错误，装置可在20ms内分闸重新选相，避免故障线路供电中断，减少晃电时间避免草原上发生弧光接地导致森林草原起火。 三、装置性能试验验证 试验条件 委托中国电力科学研究院有限公司电力工业电气设备质量检验测试中心对装置进行单相接地故障真型试验。 检测条件： 网架结构：单辐射，4回10kV馈线；系统电容电流：68A;样品安装位置：主变10kV侧K1开闭所母线接地电阻：<0.52 B—电力变压器K-1——进线断路器K-2~K-5——出线断路器K-6、K-7—接地故障用断路器S超快速主动干预型消弧装置 三、装置性能试验验证 试验方案 三、装置性能试验验证 检测报告 三、装置性能试验验证 C相金属性接地故障 试验录波 三、装置性能试验验证 试验录波 四、装置优势 1、提出综合最大增量法、特征信号法、有功功率法等多算法融合的配电网单相接地超快速选相选线方法，选相时间≤3ms。 2、提出基于广域同步采样技术的配电网单相接地故障点精准定位方法，零序电流最小辩识值小于0.5Arms，测量精度0.5%，同步时间≤6us，可将接地故障点精准定位于两个相临的测点之间。 3、提出适用于配电网单相接地故障超快速转移的主动干预式消弧消谐方法，研制出额定电压12kV的主动干预式消弧消谐装置，转移起效时间≤6ms。 五、总结和建议 曾在爱尔兰国家电网工作的HughBorland作的“世界中性点处理和接地故障检测”报告中： 1.“故障相接地”是当前最合适的配电网接地消弧技术。 “动态剩余电流补偿和故障相接地在降低故障电流和提高安全性方面表现出色。动态剩余电流补偿技术虽然在防止山火等应用中发挥了重要作用，但其高昂的投入费用也限制了其广泛应用。相对而言，故障相接地技术能在较低的成本下实现类似的效果，因此具有更广泛的应用前景。 2．“故障相接地”技术中，超快速“故障相接地”技术指标最高。 3.评价各种接地装置性能，必须以实测为准： HughBorland从不同中性点处理的性能角度进行了比较，结果显示谐振接地+动态剩余电流补偿和谐振接地+故障相接地在地电位上升、接触电压、跨步电压以及能量释放等安全指标上均表现良好。" >用人工接地试验装置进行实测 >用广域同步测试设备进行短期在线监测 请各位专家指正！ 武汉大学艾绍贵2025年7月
