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1、1 概述随着农村经济的发展 , 农村电力设施不断改善 , 供电质量也随之提高 , 特别是近些年来 , 我国农村经济结构发生了根本性变化 , 农业生产机械化水平不断提高 ; 乡镇企业和个体经济蓬勃发展 , 农村电力已经从单纯满足农民照明、农副产品加工用电 , 发展到需要满足乡镇居民生活和乡镇企业生产用电 , 并对供用电的安全性提出了更高的要求。在农村用电中安全用电的主要任务有 : 防止人身触电伤亡 ; 防止电气设备损坏 ; 防止电气火灾。1.1 农网中压系统小电流接地故障农村电网中压系统以 10kV 供电为主 , 属于中性点不接地的小电流接地系统。在配电网事故中 , 单相接地故障率很高 , 约占
2、电网所有故障总概率的 80% 。虽然小电流接地系统在单相接地故障时可继续运行 1 2h , 但长期带单相接地故障运行 , 由于非故障的两相对地电压会升高 1.732 倍 , 可能在绝缘薄弱处引起击穿或发展成相间短路 , 或使电压互感器铁心严重饱和 , 导致电压互感器严重过负荷而烧毁。此外 , 单相接地故障还易造成谐振过电压现象。农网 10kV 配电线路经常发生单相接地故障的主要原因是导线断线、绝缘损坏击穿和导线与树木碰接等几种。农网变电站出线回路多、线路健康水平低、故障多 , 因此单相接地故障线路的判别与及时切除显得尤为重要。由于单相接地电流小 , 故障机理及暂态过程较为复杂 , 单相接地故障
3、的信号采集、处理和分辨很难 , 因此单相接地故障检测装置一直没有在农网得到较好的应用 , 仍需采用逐一“拉路”方法来判选单相接地故障的线路 , 这就扩大了停电范围 , 增加了故障处理时间。关于中压电网单相接地选线保护技术 , 在煤矿、石化、冶金等行业已取得较成熟的经验 , 农村中压电网可以从实际出发予以借鉴。1.2 农村低压电网中性点接地方式及存在的问题我国农村低压电网大多采用 380/220V 三相四线制配电方式 , 长期以来 , 为了达到正常供用电的目的 , 人们习惯于把低压电网的中性点直接接地 , 或将中性线重复接地 , 其理由为 : 一、中性点接地 , 系统加零线使 380V 电网简便
4、地增加了220V 相电压电源。二、在中性点接地情况下 , 单相接地即为单相短路故障 , 可用过流保护装置迅速切除故障线路。三、电网中性点接地中性点电位固定为零电位、不会再偏移 , 不会造成非故障相对地电压升至线电压而伤害绝缘。然而 , 长期的实践证明 , 这种低压供电方式常常引发人身触电伤亡、单相接地短路导致火灾 , 而剩余电流漏电保护器常出现拒动与误动 , 起不到应有的保护作用。这些问题的发生与低压电网中性点接地方式有密切关系。因此 , 应正确选择低压配电系统接地方式 , 正确配置电击防护措施 , 正确选用漏电保护设施。为了提高低压配电系统安全用电水平 , 数十年来 , 我国煤矿井下低压电网
5、一直采用中性点不接地方式 , 同时采用可靠的漏电保护措施以此确保井下供电安全 , 在避免井下人身触电伤亡或防止瓦斯爆炸方面取得了良好成效 , 也积累了丰富的经验。2 我国低压供、配电系统接地型式的分析GB9089. 2 规定了我国的低压配电系统接地型式分为 IT 、TT 、 TN 系统三种。 IT 系统 ( 见图 1 ) 属三相三线制 , 电网中提 要 : 概述我国农村中、低压电网漏电保护技术概况 , 指出农村中、低压电网中性点接地方式存在的问题 , 着重阐明基于零序基波 “时序鉴别原理”的中、压电网单相接地漏电选线保护装置的基本结构、工作原理 , 保护装置的主要特点和优点 ,及其在农网的使用
6、方法。农村中、低压电网单相接地漏电选线保护装置王震1张纯宁2付英3傅桂兴4( 1. 哈尔滨工业大学 ( 威海 ) 信息科学与工程学院 , 山东威海 ,264209 ; 2. 兖矿集团济三煤矿机电科 , 山东济宁 , 272069 ; 3. 泰安市鲁兴电子科技有限公司 , 山东 泰安 271000 ; 4. 山东科技大学 ,山东 泰安 , 271019 )电器工业 CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY2008.554性点不接地 , 单相接地不会形成短路故障 , 三相线电压保持对称 , 三相电力设备可继续运行 , 适用于矿井下、熔炼炉等不准停电的场所 , 用电设备
7、外壳采用保护接地。 TT 系统 ( 见图 2 ) 是三相四线制 , 且中性点接地 , 能同时提供线电压 380V和相电压 220V 两种电源 , 适用于公共用户、集体电网、无变压器从外面引入电源的用户及广大的农村用户 , 用电设备外壳采用保护接地。 TN 系统根据 PE 和 N 导体的组合情况又分为三种 , 其中安全性最好的是 TN- S 系统 ( 见图 3 ) , 是国际电工委员会 IEC 向我国推荐使用的配电系统 , PE 和 N 导体在整个系统中是分开的 , 属三相五线制 , 使用五芯电缆输电的系统 , 发生单相接地时的情况与 IT 系统相似 , 适用于爆炸危险性大、对安全要求高的场所
8、, 目前 TN- S 系统在新建改建的工厂、小区逐步应用。现在应用最多的是 TN- C- S 系统 ( 见图 4 ) , 用架空线输电 , 系统中 PE 和 N 导体一部分合一 , 一部分分开。从变压器到进户杆是合一的 , 属三相四线制 , 从进户杆至用户端是分开的 , 形成局部五线制 , 适用于厂区有变电站、低压进线的车间、民用楼房等无爆炸危险 , 即安全性较好的场所。但实践表明 , TN- C- S 系统存在不少弊端。 TN- C 系统 ( 见图5 ) , 其 PE 和 N 导体在整个系统中是合一的 , 属三相四线制 , 其零线和保护线合用一根 , 适用于无爆炸危险即安全条件较好的场所。这
9、种系统不如三相五线制 TN- S 安全 , 故随着电网升级改造 , 其应用逐步减少 , 大有被 TN- S 系统取代的趋势。国家 低压用户电气装置规程 规定 , “由低压公用电网或农村集体电网供电的电气装置应采用保护接地 , 不得采用保护接零” , “同一低压系统中 ( 指同一台变压器供电范围 ) 不允许部分设备采用保护接地另一部分设备采用保护接零。”因为在同一电网中采用接地、接零两种保护方式混用时 , 当接地的设备漏电时 , 其他所有接零的设备即使不漏电 ,其金属外壳上也会带有 110V 左右的危险电压 , 足以使人触电死亡。所以 , 我们应先分清用电设备是采用的哪种保护方式 ,然后正确选用
10、何种保护方式和安全措施。在上述配电系统中 ,IT 系统、 TT 系统采用保护接地 , 三种 TN 系统均采用保护接零。IT 系统和 TN- S 系统是中性点不直接接地系统 , 即小接地电流系统。农村电网最好采用 TN- S 系统。PEE外露可导电部分L1L2L3低压系统电源接地点外露导电部分L2L3NPEE接地装置L1L2L3NPE图 1 IT 系统图 2 TT 系统图 3 TN- S 系统NPEL1L2L3PENL1L2L3PEN图 4 TN- C- S 系统图 5 TN- C 系统2008.5L EADING EDGE OF THE TECHNOLOGYCHINA ELECTRICAL E
11、QUIPMENT INDUSTRY技术前沿L155几十年来 , 我国低压电网的运行状况和进一步的理论分析告诉我们 : 提倡低压电网中性点人为接地 , 是一个误区 ,对人身安全十分不利。其 一 , 低 压 电 网 中 性 点 接 地 , 人 身 触 及 相 线 , 即 把人 身 置 于 220V 相 电 压 下 , 人 身 电 阻 设 为 1K , 通 过 人 身电 流 达 IR=220V/1000 =220mA , 远 远 超 过 安 全 值 50mA , 而导致人身伤亡。因为这种人身触电电流 , 过流保护是无法解决的。使用剩余电流保护器 , 也无法解决安全供、用电问题。其二 , 目前用作漏电
12、保护的剩余电流保护器存在严重的频动、误动、拒动、及损坏问题 , 因而在实际应用中常常被放弃。调查研究表明 : 剩余电流保护器不可靠问题的要害并不在其本身 , 而是与低压电网中性点接地和中性线重复接地有关。也就是说 , 按规定把中性点接地作为剩余电流保护器的工作条件 , 但同时也是导致漏电保护器频动、拒动、损坏的陷阱 , 使漏电保护器陷入了自相矛盾不能自拔的怪圈。其三 , 电网中某相线一点接地 , 就相当于全电网该相接地 , 在这种情况下 , 如果电网另一线路再度发生同一相故障接地 , 则单相接地故障就很难辨别、查找与排除。若采用中性点不接地系统 , 如采用 TN- S 接法 , 仍然能同时获得
13、 380V 和 220V 两种电源 , 而电网的三根相线和中线这四线对地都是绝缘的 , 电网本身就具备了对触电、漏电的防护功能 , 电网任一相线与大地之间不构成直接的触电、漏电回路 , 这样的电网是经济的和安全的。综上所述 , 农村低压配电系统最好采用 TN S 方案 , 并与漏电保护器正确配合使用。这样才能有效地进行触电和漏电保护 , 有效地防止触电和火灾发生 , 提高安全用电水平。3 农村中压电网单相接地故障时序鉴别选线装置的构成原理农村 10KV 中压电网单相接地漏电选线装置的构成原理如图 6 , 其中接地选线模块主要由零序电压信号处理电路、零序电流信号处理电路、时序鉴别器、接地选线信号
14、输出电路 ,以及单片机接口电路等组成 , “时序鉴别器”是该模块的核心。每个时序鉴别器分管 4 路馈出线 , 故每个选线模块能监电器工业 CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY2008.556护 8 路馈出线。时序鉴别器是籍用 EDA 技术和 ISP 器件开发的专用集成电路 ASIC 。在选线模块内 , 零序电压输入信号分为两路 : 一路经低通滤波、阻容移相、鉴幅、整形和光电隔离后作为零序电压的幅值鉴别信号 ; 另一路经低通滤波、阻容移相后再分为两个支路 , 分别对零序电压输入信号正半波和负半波进行整形和光电隔离 , 变成脉宽为 180 度的两个相位相反的零序电
15、压基准信号 , 作为时序鉴别的参考信号。各路零序电流信号分别经低通滤波、鉴幅、整形、光电隔离后变成相位和脉宽可变的故障信号。零序电压基波信号 U0J、零序电压鉴幅信号 U0F和 4 路零序电流信号 I0分别送入时序鉴别器的对应输入端。当电网某馈出线发生单相接地时 , 时序鉴别器依据内部设定的时序鉴别法则 ( 见文献 1 ) , 对各路信号进行并行处理与辨识 , 从而迅速判别出接地故障线路和非故障线路。若为非故障线路 , 时序鉴别器无信号输出 , 若为接地故障线路 , 则经时序鉴别器判定后 , 就有对应的故障选线信号输出 , 实现故障信息的音响报警、灯光和数字显示 , 语音报警 , 还可作用于跳
16、闸 ( 若用户需要 ) , 所有这些功能都不需单片机参与。4 农用低压电网时序鉴别选漏保护器的构成原理低压电网时序鉴别选漏保护器的结构原理图 , 如图 7 所示。选漏保护器由单相漏电选漏模块和外围电路以及零序电压 U0、零序电流 I0形成电路构成。 U0进入接地选线模块后分成两路 , 一路经低通滤波、阻容移相、整形、光隔 , 形成脉宽为 180 度的对称方波 U0J ,用以作为时序鉴别的基准信号 ; 另一路经低通滤波、阻容移相、整形、光隔 , 形成不对称的方波信号 U0f, 作为零序电压的比幅信号。 UOJ和 U0f均进入时序鉴别器 ( ASIC ) 。 I0信号取自零序电流互感器 CT , I0进入选线模块 , 然后经低通滤波、鉴幅、整形、光隔 , 形成脉宽和相位不确定的方波。其脉宽随着 i0( 正弦波 ) 的幅值大小可在 0 180 度之间变化 , I0方波相对 U0J的相位随着三相电网分布参数的变化而变化。低压电网选漏保护装置最好带有电网对地绝缘水平 R 的监视 , 以此确定保护动作值更完善。参考文献1. 王
