小電流接地系統單相接地故障選線方法的探討

邱翡翠

摘 要：以變電站統計的低壓配網發生單相接地故障的數據為研究背景，分析單相接地時電流和電壓的變化以及當前站內接地裝置的選線方式，從而解析小電流接地故障選線率偏低的原因。同時，在停電改造期間對選線方式進行改進，將原有的補償方式改為采用并聯中電阻進行選線，通過模擬故障試驗，與實際運行的接地選線正確性進行對比、分析，得出相關結論。

關鍵詞：小電流接地方式；消弧線圈；單相接地故障；中電阻

中圖分類號：TM862+.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0029-02

1 傳統選線存在的問題

目前，我國低壓配網系統大部分都采用小電流接地方式，而單相接地故障是小電流接地方式最為常見的一種故障。但是，隨著對配網供電可靠性的重視，供電質量要求不斷提高，小電流接地故障的正確定位和合理的選線方式成為供電可靠性的關鍵因素。國內各種小電流選線裝置所采用的原理一般都是利用單相接地發生故障時線路零序電流的異常增大，通過采集各條線路上零序電流的基波或高次諧波分量，對比電流特征量的變化來進行選線的。這種選線原理在系統線路結構復雜、對地電容電流差異較大以及測量裝置精度誤差和相移等因素的影響下，選線效果并不理想。

當系統經消弧線圈接地后，由于消弧線圈的補償作用，故障線路的零序電流趨近于零，與非故障線路的電流特征無明顯差異，導致這些依據傳統選線理論的裝置失去了基本的選線條件，選線結果呈現非常不正確的狀況。以河源供電局為例，截至9月，2014年度共發生在投入接地選線裝置變電站10 kV線路上91條次，與SCADA系統歷史接地告警信息進行對比，接地選線系統正確作出接地告警判斷的情況占75.82%，發出接地告警并選擇出一條或多條線路接地的情況占40.66%，發出告警信號且僅選對接地線路的情況占29.67%. 對全局的110 kV變電站進行統計，由于中性點安裝了消弧線圈系統，傳統選線裝置的正確率都比較低，基本上處于閑置狀態，因此，如何解決消弧線圈系統的選線問題是一個亟待解決的難題。

2 單相接地故障選線方法的原理

要進行小電流接地系統單相接地故障的正確選線和正確定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系統原理如圖1所示。

從系統原理圖可以看出，該控制裝置為“一控二模式”，消弧線圈控制器根據分段開關的變換，通過可調開關的控制，調節消弧線圈的電抗大小，達到補償效果。當10 kV線路發生單相接地時，通過母線電壓TV1、TV2開口三角電壓的變化，1TV、2TV零序電壓和1TA、2TA零序電流的大小來選擇補償容量，根據饋線穿心CT流過的容性電流來選擇故障線路的條件。在中性點不接地系統中，故障線路上的零序電流為各條非故障線路的電容電流之和，出線越多，電纜和架空線路越長，故障線路的電容電流就越大。如果電容電流過大，故障點電弧不易熄滅，中性點必須采用經消弧線圈接地方式。單相接地故障的電流分布如圖2所示。

從圖2可以看出，當線路N發生A相接地故障時，非故障相流過穿心CT的電流為：

很明顯，故障相流過穿心CT各條饋線的電容電流之和不為零，即：

消弧系統就是通過采集每條饋線的穿心CT電流，根據比較非故障相和故障相穿心CT電流的大小來選擇故障相的。但是這種選線方式沒有外加條件，當系統中可能存在饋線的線路比較長時，電容電流會大于其他所有線路的電容電流之和，這樣就會出現拒動；同時，線路的長短、系統的運行方式、過渡電阻的大小都會影響到選線方式，從而很容易出現誤選、漏選現象。

從圖1所示的系統原理圖可看出，通過在消弧線圈兩端并聯中電阻，中電阻的投入通過永久接地故障時延時1 s投入。并聯中電阻選線的基本原理是通過對并聯電阻的投退控制，短時且有限地增加零序電流的有功分量，使得故障線路與非故障線路上的零序電流出現明顯的特征差異，然后通過獨特的計算方法，準確識別故障線路，達到選線的目的。經過理論和大量實踐的驗證，這種選線方法正確率極高，同時可以抑制中性點電壓，無需正確判斷零序CT的極性，具有很高的實用價值。

3 并聯電阻選線

裝設消弧線圈后的單相接地選線問題一直是困擾企業工作人員的一大難題。傳統的選線裝置普遍存在誤選、漏選現象，傳統選線原理的局限性在此得到了充分的體現。無論采用的是首半波法、五次諧波法，還是注入法，都存在選線信號采樣困難、判據不明顯等缺陷，所以有必要對選線原理進行重新分析，找出一種全新的選線原理。為此，采用投并聯中電阻的方式，使接地點產生一個阻性分量電流，再將這個阻性分量電流作為選線的依據。根據圖1所示的中電阻選線系統原理圖，在發生單相接地時的等值零序電路如圖3所示。

圖3中，C為系統對地電容，U0為接地點的零序電壓。單相接地一定時間后，1K閉合投入接地電阻ZR，發揮故障的選線功能。故障點電流矢量如圖4所示。從矢量圖可以看出：

當單相接地時，流過穿心CT的零序電流比傳統的未采用中電阻選線要大很多，更加突出故障線路與其他線路的區別。由于中電阻只是在有故障時投入，并且快速返回，所以相比傳統的選線方式，該種接線方式具有以下優點：①響應速度快，響應時間小于10 ms；②沒有過電壓，投入電阻只會降低系統的過電壓；③故障回路零序電流變化大，非故障回路變化小；④投入電阻的時間可以控制，一般為0.5～1 s。

4 現場驗證

2013-06，在110 kV新投運義合站和思源電氣共同協作下，驗證了并聯中電阻選線的正確率，分別進行了金屬接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地對線路6進行試驗，同時選擇傳統選線選擇的線路零序電流和并聯電阻選線選擇的線路零序電流進行對比。

現場試驗模擬705開關線路（義合北線）單相接地故障。結果顯示，選線結果全部正確。試驗數據見表1.

從表格1可以看出，投入中電阻選線方式的動作正確率達到100%，并且零序電流的變化大，更有利于區分故障線路和非故障線路。現場調試的錄波圖如圖5所示。

從調試錄波圖可以看出，并聯中電阻投入過程中，中性點電壓下降，故障線路和非故障線路電流特征差異明顯。并聯中電阻的投入在1 s內完成，滿足技術要求，中性點電壓降低過程無沖擊現象，裝置選線正確。

5 結論

從現場試驗和當前運行狀態可以看出，小電流接地方式系統采用并聯中電阻的選線方式，既保持了電阻接地可以正確選線的優點，又可以減少接地點的殘流，限制了弧光接地過電壓，合理補償電容電流，確保系統單相接地之后帶故障運行2 h以上。這種并聯中電阻選線方式綜合了諧振接地和電阻接地兩種接地方式的優點，成本低、效果顯著，對提高電力系統供電可靠性、提高供電電能質量，具有很好的參考價值和推廣、應用價值。

參考文獻

[1]李吉旭.小電流接地故障選線方法與定位關鍵技術研究[D].沈陽：東北大學信息科學與工程學院，2011.

[2]劉連鑫.基于DSP2812小電流接地系統選線裝置的設計研究[D].大慶：大慶石油學院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小電流接地系統單相接地故障選線和測距的研究[J].繼電器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龍華.零序電流有功分量方向接地選線保護原理[J].電網技術，1999，23（09）：60-62.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：以變電站統計的低壓配網發生單相接地故障的數據為研究背景，分析單相接地時電流和電壓的變化以及當前站內接地裝置的選線方式，從而解析小電流接地故障選線率偏低的原因。同時，在停電改造期間對選線方式進行改進，將原有的補償方式改為采用并聯中電阻進行選線，通過模擬故障試驗，與實際運行的接地選線正確性進行對比、分析，得出相關結論。

關鍵詞：小電流接地方式；消弧線圈；單相接地故障；中電阻

中圖分類號：TM862+.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0029-02

1 傳統選線存在的問題

目前，我國低壓配網系統大部分都采用小電流接地方式，而單相接地故障是小電流接地方式最為常見的一種故障。但是，隨著對配網供電可靠性的重視，供電質量要求不斷提高，小電流接地故障的正確定位和合理的選線方式成為供電可靠性的關鍵因素。國內各種小電流選線裝置所采用的原理一般都是利用單相接地發生故障時線路零序電流的異常增大，通過采集各條線路上零序電流的基波或高次諧波分量，對比電流特征量的變化來進行選線的。這種選線原理在系統線路結構復雜、對地電容電流差異較大以及測量裝置精度誤差和相移等因素的影響下，選線效果并不理想。

當系統經消弧線圈接地后，由于消弧線圈的補償作用，故障線路的零序電流趨近于零，與非故障線路的電流特征無明顯差異，導致這些依據傳統選線理論的裝置失去了基本的選線條件，選線結果呈現非常不正確的狀況。以河源供電局為例，截至9月，2014年度共發生在投入接地選線裝置變電站10 kV線路上91條次，與SCADA系統歷史接地告警信息進行對比，接地選線系統正確作出接地告警判斷的情況占75.82%，發出接地告警并選擇出一條或多條線路接地的情況占40.66%，發出告警信號且僅選對接地線路的情況占29.67%. 對全局的110 kV變電站進行統計，由于中性點安裝了消弧線圈系統，傳統選線裝置的正確率都比較低，基本上處于閑置狀態，因此，如何解決消弧線圈系統的選線問題是一個亟待解決的難題。

2 單相接地故障選線方法的原理

要進行小電流接地系統單相接地故障的正確選線和正確定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系統原理如圖1所示。

從系統原理圖可以看出，該控制裝置為“一控二模式”，消弧線圈控制器根據分段開關的變換，通過可調開關的控制，調節消弧線圈的電抗大小，達到補償效果。當10 kV線路發生單相接地時，通過母線電壓TV1、TV2開口三角電壓的變化，1TV、2TV零序電壓和1TA、2TA零序電流的大小來選擇補償容量，根據饋線穿心CT流過的容性電流來選擇故障線路的條件。在中性點不接地系統中，故障線路上的零序電流為各條非故障線路的電容電流之和，出線越多，電纜和架空線路越長，故障線路的電容電流就越大。如果電容電流過大，故障點電弧不易熄滅，中性點必須采用經消弧線圈接地方式。單相接地故障的電流分布如圖2所示。

從圖2可以看出，當線路N發生A相接地故障時，非故障相流過穿心CT的電流為：

很明顯，故障相流過穿心CT各條饋線的電容電流之和不為零，即：

消弧系統就是通過采集每條饋線的穿心CT電流，根據比較非故障相和故障相穿心CT電流的大小來選擇故障相的。但是這種選線方式沒有外加條件，當系統中可能存在饋線的線路比較長時，電容電流會大于其他所有線路的電容電流之和，這樣就會出現拒動；同時，線路的長短、系統的運行方式、過渡電阻的大小都會影響到選線方式，從而很容易出現誤選、漏選現象。

從圖1所示的系統原理圖可看出，通過在消弧線圈兩端并聯中電阻，中電阻的投入通過永久接地故障時延時1 s投入。并聯中電阻選線的基本原理是通過對并聯電阻的投退控制，短時且有限地增加零序電流的有功分量，使得故障線路與非故障線路上的零序電流出現明顯的特征差異，然后通過獨特的計算方法，準確識別故障線路，達到選線的目的。經過理論和大量實踐的驗證，這種選線方法正確率極高，同時可以抑制中性點電壓，無需正確判斷零序CT的極性，具有很高的實用價值。

3 并聯電阻選線

裝設消弧線圈后的單相接地選線問題一直是困擾企業工作人員的一大難題。傳統的選線裝置普遍存在誤選、漏選現象，傳統選線原理的局限性在此得到了充分的體現。無論采用的是首半波法、五次諧波法，還是注入法，都存在選線信號采樣困難、判據不明顯等缺陷，所以有必要對選線原理進行重新分析，找出一種全新的選線原理。為此，采用投并聯中電阻的方式，使接地點產生一個阻性分量電流，再將這個阻性分量電流作為選線的依據。根據圖1所示的中電阻選線系統原理圖，在發生單相接地時的等值零序電路如圖3所示。

圖3中，C為系統對地電容，U0為接地點的零序電壓。單相接地一定時間后，1K閉合投入接地電阻ZR，發揮故障的選線功能。故障點電流矢量如圖4所示。從矢量圖可以看出：

當單相接地時，流過穿心CT的零序電流比傳統的未采用中電阻選線要大很多，更加突出故障線路與其他線路的區別。由于中電阻只是在有故障時投入，并且快速返回，所以相比傳統的選線方式，該種接線方式具有以下優點：①響應速度快，響應時間小于10 ms；②沒有過電壓，投入電阻只會降低系統的過電壓；③故障回路零序電流變化大，非故障回路變化小；④投入電阻的時間可以控制，一般為0.5～1 s。

4 現場驗證

2013-06，在110 kV新投運義合站和思源電氣共同協作下，驗證了并聯中電阻選線的正確率，分別進行了金屬接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地對線路6進行試驗，同時選擇傳統選線選擇的線路零序電流和并聯電阻選線選擇的線路零序電流進行對比。

現場試驗模擬705開關線路（義合北線）單相接地故障。結果顯示，選線結果全部正確。試驗數據見表1.

從表格1可以看出，投入中電阻選線方式的動作正確率達到100%，并且零序電流的變化大，更有利于區分故障線路和非故障線路。現場調試的錄波圖如圖5所示。

從調試錄波圖可以看出，并聯中電阻投入過程中，中性點電壓下降，故障線路和非故障線路電流特征差異明顯。并聯中電阻的投入在1 s內完成，滿足技術要求，中性點電壓降低過程無沖擊現象，裝置選線正確。

5 結論

從現場試驗和當前運行狀態可以看出，小電流接地方式系統采用并聯中電阻的選線方式，既保持了電阻接地可以正確選線的優點，又可以減少接地點的殘流，限制了弧光接地過電壓，合理補償電容電流，確保系統單相接地之后帶故障運行2 h以上。這種并聯中電阻選線方式綜合了諧振接地和電阻接地兩種接地方式的優點，成本低、效果顯著，對提高電力系統供電可靠性、提高供電電能質量，具有很好的參考價值和推廣、應用價值。

參考文獻

[1]李吉旭.小電流接地故障選線方法與定位關鍵技術研究[D].沈陽：東北大學信息科學與工程學院，2011.

[2]劉連鑫.基于DSP2812小電流接地系統選線裝置的設計研究[D].大慶：大慶石油學院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小電流接地系統單相接地故障選線和測距的研究[J].繼電器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龍華.零序電流有功分量方向接地選線保護原理[J].電網技術，1999，23（09）：60-62.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：以變電站統計的低壓配網發生單相接地故障的數據為研究背景，分析單相接地時電流和電壓的變化以及當前站內接地裝置的選線方式，從而解析小電流接地故障選線率偏低的原因。同時，在停電改造期間對選線方式進行改進，將原有的補償方式改為采用并聯中電阻進行選線，通過模擬故障試驗，與實際運行的接地選線正確性進行對比、分析，得出相關結論。

關鍵詞：小電流接地方式；消弧線圈；單相接地故障；中電阻

中圖分類號：TM862+.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0029-02

1 傳統選線存在的問題

目前，我國低壓配網系統大部分都采用小電流接地方式，而單相接地故障是小電流接地方式最為常見的一種故障。但是，隨著對配網供電可靠性的重視，供電質量要求不斷提高，小電流接地故障的正確定位和合理的選線方式成為供電可靠性的關鍵因素。國內各種小電流選線裝置所采用的原理一般都是利用單相接地發生故障時線路零序電流的異常增大，通過采集各條線路上零序電流的基波或高次諧波分量，對比電流特征量的變化來進行選線的。這種選線原理在系統線路結構復雜、對地電容電流差異較大以及測量裝置精度誤差和相移等因素的影響下，選線效果并不理想。

當系統經消弧線圈接地后，由于消弧線圈的補償作用，故障線路的零序電流趨近于零，與非故障線路的電流特征無明顯差異，導致這些依據傳統選線理論的裝置失去了基本的選線條件，選線結果呈現非常不正確的狀況。以河源供電局為例，截至9月，2014年度共發生在投入接地選線裝置變電站10 kV線路上91條次，與SCADA系統歷史接地告警信息進行對比，接地選線系統正確作出接地告警判斷的情況占75.82%，發出接地告警并選擇出一條或多條線路接地的情況占40.66%，發出告警信號且僅選對接地線路的情況占29.67%. 對全局的110 kV變電站進行統計，由于中性點安裝了消弧線圈系統，傳統選線裝置的正確率都比較低，基本上處于閑置狀態，因此，如何解決消弧線圈系統的選線問題是一個亟待解決的難題。

2 單相接地故障選線方法的原理

要進行小電流接地系統單相接地故障的正確選線和正確定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系統原理如圖1所示。

從系統原理圖可以看出，該控制裝置為“一控二模式”，消弧線圈控制器根據分段開關的變換，通過可調開關的控制，調節消弧線圈的電抗大小，達到補償效果。當10 kV線路發生單相接地時，通過母線電壓TV1、TV2開口三角電壓的變化，1TV、2TV零序電壓和1TA、2TA零序電流的大小來選擇補償容量，根據饋線穿心CT流過的容性電流來選擇故障線路的條件。在中性點不接地系統中，故障線路上的零序電流為各條非故障線路的電容電流之和，出線越多，電纜和架空線路越長，故障線路的電容電流就越大。如果電容電流過大，故障點電弧不易熄滅，中性點必須采用經消弧線圈接地方式。單相接地故障的電流分布如圖2所示。

從圖2可以看出，當線路N發生A相接地故障時，非故障相流過穿心CT的電流為：

很明顯，故障相流過穿心CT各條饋線的電容電流之和不為零，即：

消弧系統就是通過采集每條饋線的穿心CT電流，根據比較非故障相和故障相穿心CT電流的大小來選擇故障相的。但是這種選線方式沒有外加條件，當系統中可能存在饋線的線路比較長時，電容電流會大于其他所有線路的電容電流之和，這樣就會出現拒動；同時，線路的長短、系統的運行方式、過渡電阻的大小都會影響到選線方式，從而很容易出現誤選、漏選現象。

從圖1所示的系統原理圖可看出，通過在消弧線圈兩端并聯中電阻，中電阻的投入通過永久接地故障時延時1 s投入。并聯中電阻選線的基本原理是通過對并聯電阻的投退控制，短時且有限地增加零序電流的有功分量，使得故障線路與非故障線路上的零序電流出現明顯的特征差異，然后通過獨特的計算方法，準確識別故障線路，達到選線的目的。經過理論和大量實踐的驗證，這種選線方法正確率極高，同時可以抑制中性點電壓，無需正確判斷零序CT的極性，具有很高的實用價值。

3 并聯電阻選線

裝設消弧線圈后的單相接地選線問題一直是困擾企業工作人員的一大難題。傳統的選線裝置普遍存在誤選、漏選現象，傳統選線原理的局限性在此得到了充分的體現。無論采用的是首半波法、五次諧波法，還是注入法，都存在選線信號采樣困難、判據不明顯等缺陷，所以有必要對選線原理進行重新分析，找出一種全新的選線原理。為此，采用投并聯中電阻的方式，使接地點產生一個阻性分量電流，再將這個阻性分量電流作為選線的依據。根據圖1所示的中電阻選線系統原理圖，在發生單相接地時的等值零序電路如圖3所示。

圖3中，C為系統對地電容，U0為接地點的零序電壓。單相接地一定時間后，1K閉合投入接地電阻ZR，發揮故障的選線功能。故障點電流矢量如圖4所示。從矢量圖可以看出：

當單相接地時，流過穿心CT的零序電流比傳統的未采用中電阻選線要大很多，更加突出故障線路與其他線路的區別。由于中電阻只是在有故障時投入，并且快速返回，所以相比傳統的選線方式，該種接線方式具有以下優點：①響應速度快，響應時間小于10 ms；②沒有過電壓，投入電阻只會降低系統的過電壓；③故障回路零序電流變化大，非故障回路變化小；④投入電阻的時間可以控制，一般為0.5～1 s。

4 現場驗證

2013-06，在110 kV新投運義合站和思源電氣共同協作下，驗證了并聯中電阻選線的正確率，分別進行了金屬接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地對線路6進行試驗，同時選擇傳統選線選擇的線路零序電流和并聯電阻選線選擇的線路零序電流進行對比。

現場試驗模擬705開關線路（義合北線）單相接地故障。結果顯示，選線結果全部正確。試驗數據見表1.

從表格1可以看出，投入中電阻選線方式的動作正確率達到100%，并且零序電流的變化大，更有利于區分故障線路和非故障線路。現場調試的錄波圖如圖5所示。

從調試錄波圖可以看出，并聯中電阻投入過程中，中性點電壓下降，故障線路和非故障線路電流特征差異明顯。并聯中電阻的投入在1 s內完成，滿足技術要求，中性點電壓降低過程無沖擊現象，裝置選線正確。

5 結論

從現場試驗和當前運行狀態可以看出，小電流接地方式系統采用并聯中電阻的選線方式，既保持了電阻接地可以正確選線的優點，又可以減少接地點的殘流，限制了弧光接地過電壓，合理補償電容電流，確保系統單相接地之后帶故障運行2 h以上。這種并聯中電阻選線方式綜合了諧振接地和電阻接地兩種接地方式的優點，成本低、效果顯著，對提高電力系統供電可靠性、提高供電電能質量，具有很好的參考價值和推廣、應用價值。

參考文獻

[1]李吉旭.小電流接地故障選線方法與定位關鍵技術研究[D].沈陽：東北大學信息科學與工程學院，2011.

[2]劉連鑫.基于DSP2812小電流接地系統選線裝置的設計研究[D].大慶：大慶石油學院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小電流接地系統單相接地故障選線和測距的研究[J].繼電器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龍華.零序電流有功分量方向接地選線保護原理[J].電網技術，1999，23（09）：60-62.

〔編輯：劉曉芳〕