小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線原理綜述

摘要：我國配電網(wǎng)系統(tǒng)主要采用小電流接地方式，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線原理對提高我國電網(wǎng)供電安全可靠性方面起著舉足輕重的作用。本文首先簡要分析了單相接地故障基本特征，在此基礎(chǔ)上回顧了單相接地保護國內(nèi)外研究概況，綜合分析了幾種保護原理的特點，提出了尚需解決的問題，最后對此進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：小電流；單相接地故障；選線

1、引言

小電流接地系統(tǒng)又稱中性點非有效接地系統(tǒng)（NUGS），它包括配電網(wǎng)系統(tǒng)的中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)、中性點不接地系統(tǒng)和經(jīng)電阻接地系統(tǒng)三個部分。由于各方面條件限制，每個國家電網(wǎng)對中性點的處理方式有差異。目前，在我國3-66KV中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中普遍采用中性點經(jīng)消弧線圈和不接地系統(tǒng)的方式。在配電網(wǎng)故障中，單相接地故障發(fā)生率最高，約占總故障的80%以上。雖然小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相故障時有其突出優(yōu)點，如故障發(fā)生時，只產(chǎn)生微小的零序電流、不形成短路、三相線電壓保持對稱，能保持系統(tǒng)繼續(xù)正常運行1-2小時。但是隨著線路的增加，電容電流的增大，故障情況會隨著轉(zhuǎn)化，形成其他類型故障如兩點或多點接地故障。因此必須及時找到并切除故障路線。長期以來，我國許多供電企業(yè)選用效率低下的人工拉路故障選線方法。為了能提高供電企業(yè)管理質(zhì)量，供電企業(yè)需要運用自動化技術(shù)，開發(fā)出實用可靠的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的保護技術(shù)。

2、小電流接地系統(tǒng)單相接地故障基本特征分析

我國配電網(wǎng)系統(tǒng)中，主要采用的小電流接地系統(tǒng)是中性點不接地系統(tǒng)和中性點消弧線圈接地系統(tǒng)。因此，本文重點分析這兩種系統(tǒng)的單相接地故障基本特征。

2.1中性點消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障特征分析

在中性點不接地電網(wǎng)中，消弧線圈是接在中性點的一個電感線圈，當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時，接地點就會出現(xiàn)一個分量電流通過，此電流會與原系統(tǒng)中的電容電流相互抵消，避免形成兩點或多點接地接地故障。

中性點消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障特征有：（1）消弧線圈的兩端電壓為零序電壓，消弧線圈電流經(jīng)過接地故障點和故障線路的故障相，但不經(jīng)過非故障線路。非故障線路上的零序電流數(shù)值相當(dāng)于本身對地的電容電流，它超前零序電壓90°，其方向為母線流至線路。接地故障點的殘余電流數(shù)值相當(dāng)于電網(wǎng)原系統(tǒng)接地電容電流與補償度的乘積，數(shù)值很小，它滯后零序電壓90°。（2）單相接地故障發(fā)生時，故障點相對地的電壓為零，非故障點相對地的電壓為電網(wǎng)原系統(tǒng)的線路電壓。電網(wǎng)全系統(tǒng)這時出現(xiàn)零序電壓，數(shù)值為電網(wǎng)正常運行時的相電壓。（3）在對電容電流的過補償情況下，故障線路上電流的方向也是由母線流至各線路，相位也是超前于零序電壓90°，其零序電流的大小為本線路電容電流與殘余電流之和。

2.2中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障特征分析

電網(wǎng)正常運行狀態(tài)下，各線路的對地電容電流數(shù)值基本一致，中性點的電壓為零。若發(fā)生單相接地故障，三相對地電流對稱性出現(xiàn)失衡，將會發(fā)生中性點電位偏移，造成一相或二相對地電壓的升高。

中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障特征有：（1）接地故障點的電流等于所有線路接地電容電流之總和，電壓超前于零序電壓90°。（2）發(fā)生接地故障時，故障相的對地電壓為零，非故障相的對地電壓是電網(wǎng)全系統(tǒng)的線電壓，電網(wǎng)全系統(tǒng)出現(xiàn)的零序電壓為電網(wǎng)正常運行時的相電壓。（3）故障線路零序電流數(shù)值為所有非故障線路零序電流之和，數(shù)值較大，方向為線路流至母線，電壓滯后零序電壓90°。非故障線路也會出現(xiàn)零序電流，其大小為本身對地的電容電流，方向與故障線路相反，為母線流至線路。相位也與故障線路相反。

2.3小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)特征分析

以上兩種情況都是在接地電容電流穩(wěn)定狀態(tài)下的分析狀況，這種穩(wěn)態(tài)故障情況下，電容電流的數(shù)值較小，難以及時準確的選定故障線路。因此，需要從暫態(tài)的電容、電感和接地電流三方面分析故障后的暫態(tài)分量情況。

當(dāng)發(fā)生小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時，故障點會出現(xiàn)衰減迅速的暫態(tài)電容電流和衰減較慢的暫態(tài)電感電流經(jīng)過，不論電力系統(tǒng)選何種形式接地中性點接地方式，暫態(tài)接地電流的頻率和數(shù)值都由暫態(tài)的電容電流確定。暫態(tài)電容電流特征與中性點不接地系統(tǒng)電容電流特征相類似，具有持續(xù)時間短，其數(shù)值大于穩(wěn)態(tài)值，當(dāng)發(fā)生線路故障時，所有非故障線路零序電流方向都與故障線路相反都是從母線流至線路的特征。暫態(tài)接地電流具有幅度值很大，與初始相角相關(guān)，持續(xù)時間短暫的特征。暫態(tài)電感電流的特征有直流分量初始值與鐵心飽和程度及初始相角相關(guān)，其頻率與工頻一致，持續(xù)時間可達到3個工頻周波。

3、小電流接地系統(tǒng)單相接地保護國內(nèi)外研究發(fā)展歷史回顧

3.1國外研究概述

國外小電流接地保護處理方式不盡相同。前蘇聯(lián)廣泛運用了中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地的方式，保護主要運用手半波和零序功率方向原理。日本選用不接地和高電阻接地方式，選線原理相對比較簡單，電阻接地系統(tǒng)運用零序過電流的保護剎那切除原理，不接地系統(tǒng)運用功率方向繼電器。近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于獲取接地點分區(qū)段和零序電流的信號方面。美國及加拿大主要采用電阻接地的方式，運用零序的過電流保護瞬間進行去除故障線路的原理，但是故障跳閘選擇用于低阻接地系統(tǒng)，對于高阻系統(tǒng)，其僅有報警功能。法國過去長期以電阻接地方式為主，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，開始運用自動消弧線圈補償電容電流的選線原理，并提出了零序?qū)Ъ{法。德國運用故障開始階段的暫態(tài)分布原理研制了便攜式接地保護系統(tǒng)。挪威一家公司采用測量電場與磁場的相位方法，研制了懸掛式故障指示器。

3.2國內(nèi)研究概述

在我國3-66KV中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中普遍采用中性點諧振接地系統(tǒng)和不接地系統(tǒng)的小電流接地方式。因此，我國比較重視小電流的單相接地保護裝置與原理的研究。這項工作始于上世紀50年代末，保護方案從基波到五次諧波以及首半波方案，從零序過電流到無功保護，從步進式繼電器發(fā)展到群體式比相比幅，先后推出一些產(chǎn)品。如北京自動化設(shè)備廠研制的XJD系列，中國礦業(yè)大學(xué)研制的微機檢漏裝置，華北電力大學(xué)等研制的微機系列選線裝置等。90年代以來，又相繼推出“小波分析法”“有功功率法”“注入變頻分析信號法”等原理進行選線，并將專家及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運用保護理論研究中。

3.3 單相接地保護尚未解決的問題分析

小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障選線原理，雖然經(jīng)過多年的研究取得了一定的成果，但是由于配電網(wǎng)系統(tǒng)運行方式多樣，結(jié)構(gòu)多變，單相接地故障情況復(fù)雜，對其運行過程機理缺乏深入全面的研討，目前根據(jù)單相接地保護原理研制的選線裝置難以適應(yīng)電力系統(tǒng)的全面運行，常出現(xiàn)漏判、錯判的現(xiàn)象。

單相接地保護一些尚未解決的問題有：（1）需要進一步加強小電流單相接地故障穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程的研究，如改變穩(wěn)態(tài)量難以滿足跳閘的可靠性和選擇性要求，能有效地加強應(yīng)用頻譜或其他暫態(tài)特征分析，研制更好的處理手段，滿足故障選線方法的多樣需求。 （2）設(shè)立專項研究系統(tǒng)或建立仿真系統(tǒng)深入研究配電網(wǎng)絡(luò)各種狀態(tài)的故障情況，進行現(xiàn)場測試或模擬實驗，利用計算機和信號處理技術(shù)，靈活運用各種選線方法，實現(xiàn)選線技術(shù)的突破。

4結(jié)束語

我國配電網(wǎng)系統(tǒng)主要采用小電流接地方式，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線原理對提高我國電網(wǎng)供電安全可靠性方面起著舉足輕重的作用。目前，小電流接地系統(tǒng)的選線原理較多，有利用穩(wěn)態(tài)電流量特征進行的選線，也有利用暫態(tài)電流量特征進行的選線，各種方式具有一定的操作可靠性，同時也存在各自的局限性，小電流接地系統(tǒng)單相基地故障選線因此也成為供電企業(yè)突破的一大難點。

參考文獻

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