小電流接地系統接地故障選線方法

王健 王莉娜 高志國

摘要：由于我國經濟和工業發展不斷提升，對電力系統質量和可靠性的要求不斷提高，為了保證電力系統的安全穩定運行，保證供電的持續可靠性。在電力系統出現接地故障時，能盡快找出故障線路并排除故障，以免事故擴大和設備損壞。利用小電流接地系統也稱為中性點非有效接地系統，對66kV及以下電壓等級中性點非接地系統、中性點為消弧線圈接地系統、中性點為電阻接地系統進行選線。中性點非接地系統和消弧線圈接地系統是最常見的兩種小電流接地系統方式，本文主要是根據小電流接地系統運行方式進行問題分析。

關鍵詞：小電流接地系統;故障選線;故障定位;

中圖分類號：TM64? ? ?文獻標志碼：A

引言

目前研究的焦點主要集中在解決諧振系統故障特征不明顯的問題上，依據穩態信號和瞬時暫態信號的分析方法，分析小電流系統單相接地與正常運行狀態信息不同的特點進行分析，使小電流接地故障篩選方法思路清晰。

1、概述

單相接地故障是電力系統中較常見的一種故障。發生單相接地的原因有很多，發生單相接地最多原因：1）大風使綁扎在絕緣子上導線脫落接地;2）樹木距離導線太近造成接地;3）雷雨天氣線路落雷;4）絕緣子擊穿。單相接地會產生諧振過電壓，嚴重危害變電設備絕緣，會使配電變壓器或避雷器等電氣設備燒損，也可能造成嚴重的短路事故，破壞電力系統的穩定。當發生導線落地單相接地時還會使行人、巡線員造成觸電傷亡事故。發生單相接地故障后，首先要進行選線，找出接地故障線路，將線路停電查找出故障點消除故障。為了準確及時的查找出接地故障線路，我們采用小電流接地選線裝置也稱為小電流接地保護，通過小電流接地選線裝置能夠指示出單相接地故障的線路，解決接地選線難的問題。小電流接地選線能夠準確地判定出接地回路，使電氣人員快速的排除單相接地故障，提高選線準確性，避免以往工作中選線準確率低的問題。目前的小電流接地選線設備較多，選線技術先進，解決了人工手動拉閘查找接地故障線路的方法和選線不準確的問題。

2、小電流接地系統發生單相故障時的現象分析

2.1中性點不接地系統

電網運行時，當中性點不接地系統發生A相單相接地時（圖1），如果忽略負荷電流和電容電流在線路阻抗上的電壓降，全系統A相對地電壓均為零，A相對地電容電流也為零，同時B相和C相的對地電壓和電容電流都升高 3 倍。中性點不接地系統發生單相接地時，在接地點要流過全系統的對地電容電流，如果此電流比較大，就會在接地點燃起電弧，引起弧光過電壓，從而使非故障相的對地電壓進一步升高，容易使絕緣損壞，形成兩點或多點接地，造成停電事故。

在故障瞬間，電網中各線路的故障相（A相）電壓突然降低，其電容迅速放電，而非故障相電壓突然升高，其電容迅速充電。在放電電流經過的回路中（通過母線流向故障點），電阻和電感都很小，因此放電電流振蕩頻率較高，可能達到幾千赫茲，衰減很快。充電電流要通過電源形成回路，電感和電阻相對較大，因此充電電流振蕩頻率較低，只有幾百赫茲，衰減較慢。故障相（A相）的暫態電流故障分量由本線路B、C相的暫態電流分量和健全線路各相暫態電流分量組成。

2.2中性點經消弧線圈接地系統

經消弧線圈接地系統發生單相接地故障時（圖2），與不接地系統相同的是：在故障線路中，暫態電流分量是由本線路非故障相的暫態電流分量和其他健全線路暫態電流分量組成。但由于消弧線圈補償的存在，在故障線路故障相有感性暫態電流分量流過，而所有非故障相則仍然僅流過自身容性暫態電流分量。根據電感元件基本概念可知，在故障暫態過程中，電感的暫態電流分量是由工頻電流分量和衰減的直流分量組成。又由于消弧線圈是電感性元件，高頻暫態電流很少流過，因此，對于高頻分量來說，相當于消弧線圈不接入電網。故障相流過的是振蕩頻率很高的放電電流。因此，上述故障線路故障相與健全相暫態電流故障分量之間的關系在消弧線圈補償系統中是仍然存在的。

3、小電流接地系統故障選線方法

目前電力系統中的小電流選線裝置采用的方法主要有零序電流比幅比相法、有功法、穩態零序電流比較法、五次諧波法等。

3.1 零序電流比幅比相法

零序電流比幅比相法在不接地系統中應用效果較好，使用較為廣泛，在消弧線圈接地系統中效果不好。單相接地故障發生在相電壓接近峰值時候，最大暫態零序電流比穩態零序電流可大10倍以上。在相電壓過零值時，暫態零序電流的幅值也能達到未補償的工頻零序電流。故障線路從母線區段和所有健全線路之間串聯諧振產生零序電流。間歇性接地電弧不穩定，產生高頻暫態過程，直到故障消失。由于暫態信號強，使本方法充分利用暫態零序電流信號，提高了檢測可靠性。

3.2 有功法

有功法是根據線路、消弧線圈都存在對地電導，線路中對地電導及消弧線圈存在電阻損耗，在故障電流中含有有功分量。非故障線路和消弧線圈的有功電流方向一致并且經過故障點返回，故障線路中有功分量比非故障線路要大且方向相反，依據這一特性找出故障線路。故障電流中有功分量非常小并且三相電路影響，致使靈敏度低。為了使靈敏度提高，有的裝置采用瞬時在消弧線圈上并聯接地電阻的方法加大故障電流中有功分量。

3.3穩態零序電流比較法

當中性點不接地系統發生單相接地故障時，流過故障元件的零序電流等于全系統非故障元件的對地電容電流之和。故障線路上的零序電流最大， 非故障線路零序電流方向與故障線路的零序電流方向相反。利用零序電流的相位和幅值的比較可以找出故障線路。

3.4五次諧波法

電力系統由于受到故障點線路設備等的非線性影響，線路電流中存有諧波分量，以五次諧波含量最大，發生單相接地故障時，會造成一定程度諧波分量增加。在中性點經消弧線圈接地的系統中，消弧線圈五次諧波呈現的感抗為5倍，線路分布電容五次諧波呈現的容抗為基波的1/5，消弧線圈起不到補償諧波電容電流作用，故障線路的電流大小等于所有非故障線路的電流之和，方向與非故障線路的電流方向相反。

結束語

目前采用小電流接地選線的設備較多，但是在應用中也存有不同的問題，在出現單相接地故障時存在有誤判斷的現象，在設備應用中應該進一步提升選線的準確性，在使用中應加強操作人員的問題分析能力，并逐步完善配電自動化技術，能夠準確地檢測并隔離系統中發生單相接地故障的線路，配置出智能小電流絕緣監察系統，有效地對線路絕緣狀態進行監測和預警。

參考文獻

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