不對(duì)稱(chēng)電流法檢測(cè)單相接地故障在10kV配電區(qū)域的應(yīng)用

董瑞彪，白 潔

太原供電分公司，山西太原 030012

1 概述

在小電流接地系統(tǒng)中單相接地的選線(xiàn)和定位一直是當(dāng)前困擾配電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)難點(diǎn)，準(zhǔn)確的選擇接地線(xiàn)路，查找發(fā)生單相接地的區(qū)段，可以避免對(duì)非故障線(xiàn)路不必要的倒閘操作，保持供電的連續(xù)性。為此國(guó)內(nèi)外科研人員不斷的研究這個(gè)課題，并且有許多相應(yīng)的產(chǎn)品在電網(wǎng)中運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)有多家公司研制和生產(chǎn)接地短路故障二合一的故障指示器，指示單相接地和短路故障，通過(guò)觀察故障指示器狀態(tài)的變化來(lái)查找故障區(qū)段。

目前基于故障指示器檢測(cè)單相接地故障的原理主要有兩種，一種被稱(chēng)為有源檢測(cè)法或主動(dòng)式檢測(cè)法，另一種被稱(chēng)為無(wú)源檢測(cè)法或被動(dòng)式檢測(cè)法。

2 被動(dòng)式檢測(cè)法

被動(dòng)式檢測(cè)法主要包含以下幾種方法：5次諧波法，脈沖幅值法和首半波法。

2.1 5次諧波法

檢測(cè)線(xiàn)路電流的5次諧波的變化情況，當(dāng)5次諧波突然增大，同時(shí)系統(tǒng)電壓下降，則判斷為發(fā)生接地。

2.2 電容電流脈沖幅值法

該方法是基于單相接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè)來(lái)檢測(cè)的。在發(fā)生單相接地的瞬間，故障相的對(duì)地電容會(huì)對(duì)接地點(diǎn)放電，從而產(chǎn)生一個(gè)放電的電流脈沖，該放電脈沖具有以下特點(diǎn)：1）在接地故障的瞬間，接地點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)頻率很高幅值很大的暫態(tài)電流，暫態(tài)電流分量的幅值比流過(guò)同一點(diǎn)的電容電流的穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍；2）在接地瞬間故障相電容電荷通過(guò)故障相線(xiàn)路向故障點(diǎn)放電，而故障線(xiàn)路分布電容、分布電感和電阻對(duì)高頻率的暫態(tài)分量具有衰減性；3）由于所有非故障線(xiàn)路的暫態(tài)電流均流向故障線(xiàn)路，經(jīng)故障點(diǎn)回到大地，導(dǎo)致故障線(xiàn)路從變電站到故障點(diǎn)之間的暫態(tài)電流幅值最大。

2.3 首半波法

這種方法基于的原理也是單相接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè)來(lái)檢測(cè)的，于是在發(fā)生單相接地的瞬間，故障相的對(duì)地電容會(huì)對(duì)接地點(diǎn)放電，從而產(chǎn)生一個(gè)放電的電流脈沖，與電容電流脈沖幅值法不同的是，該方法不是比較幅值大小，而是采樣接地瞬間的電容電流首半波與電壓波形，比較其相位。當(dāng)采樣接地瞬間的電容電流首半波與接地瞬間的電壓同相，同時(shí)導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電壓降低，則判斷線(xiàn)路發(fā)生接地。

比較以上3種方法來(lái)說(shuō)，首半波法的準(zhǔn)確率最高，但實(shí)踐證明其可靠率也只有60%～70%，主要原因是雷擊造成的一些故障其暫態(tài)信號(hào)很復(fù)雜，往往與接地特征很相似，導(dǎo)致其誤動(dòng)率較高。而且他是基于單相接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè)來(lái)檢測(cè)的，而有些外力導(dǎo)致的接地會(huì)發(fā)生在工頻過(guò)零點(diǎn)附近，此時(shí)導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地的的分布電容沒(méi)有被充上電，因此沒(méi)有接地放電脈沖產(chǎn)生，因此也無(wú)法檢測(cè)。

3 主動(dòng)式檢測(cè)法——不對(duì)稱(chēng)電流法

為了確定小電流接地系統(tǒng)接地故障點(diǎn)所在的出線(xiàn)、分支和區(qū)段，該系統(tǒng)用不對(duì)稱(chēng)電流源使故障線(xiàn)路上的負(fù)荷電流疊加一個(gè)具有明顯特征的電流信號(hào)作為接地故障判據(jù)，特征電流流經(jīng)故障線(xiàn)路、接地故障點(diǎn)和大地返回不對(duì)稱(chēng)電流源。掛在線(xiàn)路上的故障指示器檢測(cè)到該電流信號(hào)后自動(dòng)翻牌，從而指示出接地故障點(diǎn)所在的出線(xiàn)、分支和區(qū)段。這種方式克服了現(xiàn)有產(chǎn)品準(zhǔn)確度低的缺陷，解決了單相接地故障定位的難題。

當(dāng)不對(duì)稱(chēng)電流源檢測(cè)到開(kāi)口三角電壓升高到設(shè)定值（或者準(zhǔn)電子PT檢測(cè)到接地故障發(fā)生）并持續(xù)5s后，控制內(nèi)部的高壓交流接觸器工作，使得故障線(xiàn)路上產(chǎn)生具有特殊特征的電流信號(hào)。

該系統(tǒng)具有很高的安全性，不對(duì)稱(chēng)電流源產(chǎn)生的信號(hào)不影響變電站主變、接地變、消弧線(xiàn)圈及線(xiàn)路的正常運(yùn)行（相當(dāng)于一個(gè)阻性負(fù)荷投入和退出），不對(duì)稱(chēng)電流源在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)與一次線(xiàn)路完全隔離。同時(shí)由于不對(duì)稱(chēng)電流源產(chǎn)生的信號(hào)是低頻純阻性的，還可以消除諧振，抑制過(guò)電壓，降低過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)的危害。由于不對(duì)稱(chēng)電流源使故障線(xiàn)路上流過(guò)具有明顯特征的電流信號(hào)，掛在線(xiàn)路上的指示器檢測(cè)到該特殊信號(hào)后才會(huì)給出故障指示，因此該檢測(cè)方法不受系統(tǒng)運(yùn)行方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、中性點(diǎn)接地方式的影響，檢測(cè)準(zhǔn)確率很高。

不對(duì)稱(chēng)電流源一般安裝在變電站內(nèi)，當(dāng)變電站內(nèi)無(wú)消弧線(xiàn)圈時(shí)，應(yīng)選用母線(xiàn)型的不對(duì)稱(chēng)電流源，其內(nèi)部有三相交流真空開(kāi)關(guān)和變電站母線(xiàn)的三相通過(guò)高壓電纜相連。當(dāng)變電站內(nèi)有消弧線(xiàn)圈時(shí)，則選擇消弧線(xiàn)圈型不對(duì)稱(chēng)電流源，該不對(duì)稱(chēng)電流源內(nèi)部只有一個(gè)交流真空開(kāi)關(guān)，安裝時(shí)只要將不對(duì)稱(chēng)電流源與消弧線(xiàn)圈并連即可。

考慮到有些變電站內(nèi)部無(wú)空間隔、停電不好安排或部門(mén)之間不好協(xié)調(diào)等因素，為了更簡(jiǎn)單的安裝不對(duì)稱(chēng)電流源，我公司又研發(fā)了戶(hù)外型不對(duì)稱(chēng)電流源。該不對(duì)稱(chēng)電流源可以安裝在線(xiàn)路上某配電變壓器附近，內(nèi)部采用電子PT代替變電站的電磁式PT，電源直接取自配電變壓器。該方式為獨(dú)創(chuàng)。

上圖中不對(duì)稱(chēng)電流源由高壓真空開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、高壓二極管D和高壓電阻R組成，電阻R為400W。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)（如C相），不對(duì)稱(chēng)電流源檢測(cè)到開(kāi)口三角電壓升高到設(shè)定值（或者電子PT檢測(cè)到接地故障發(fā)生）并持續(xù)5s后，控制內(nèi)部的高壓開(kāi)關(guān)（K2）閉合，這樣使高壓二極管D和電阻R通過(guò)大地接在故障相與其它健全相 (如圖中的C、B兩相)之間，從而使故障線(xiàn)路上的負(fù)荷電流又疊加一個(gè)有特殊規(guī)律的直流脈動(dòng)電流信號(hào)，該電流流經(jīng)故障線(xiàn)路、接地故障點(diǎn)和大地返回不對(duì)稱(chēng)電流源。掛在線(xiàn)路上的故障指示器檢測(cè)到該電流信號(hào)后自動(dòng)翻牌，從而指示出接地故障點(diǎn)所在的出線(xiàn)、分支和區(qū)段。

在我太原供電分公司35kV泥屯變電站供電區(qū)域內(nèi)，采用主動(dòng)式檢測(cè)法——不對(duì)稱(chēng)電流法，安裝了故障指示器檢測(cè)單相接地故障的線(xiàn)路故障定位系統(tǒng)。根據(jù)泥屯變電站運(yùn)行方式，在10kV東青善線(xiàn)上安裝1臺(tái)檢測(cè)信號(hào)發(fā)生裝置，在5條10kV的出線(xiàn)上安裝了84套故障指示器，22臺(tái)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)站，在農(nóng)電線(xiàn)路班值班室安裝通訊前置機(jī)1臺(tái)，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)1套。試運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)功能使用正常，故障指示正確，大大縮短配電網(wǎng)的故障查找時(shí)間，提高電網(wǎng)運(yùn)行管理水平，對(duì)供電可靠性的提高也具有重要意義。

4 結(jié)論

目前，線(xiàn)路故障指示器是可以指示線(xiàn)路故障電流通路的裝置，由于可快速確定相間短路及接地故障區(qū)段。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于架空、電纜線(xiàn)路或與開(kāi)關(guān)柜、箱變等一次設(shè)備配套，能夠迅速、準(zhǔn)確判斷故障線(xiàn)路和故障點(diǎn)，性能穩(wěn)定、精度高、抗干擾能力強(qiáng)等。接合超聲波通信技術(shù)和無(wú)線(xiàn)、GSM通信技術(shù)，可以構(gòu)成故障遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

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