小電流接地系統故障選線與定位方法分析

遼寧拓新電力電子有限公司 黃 鋼

一旦在中壓配網運行過程中出現了非有效接觸的形式，很容易發展成為單相接地故障，故障電流相對較小，其可以分為中性不接地和中性點經消弧線圈接地系統。當前，電網在實際運行過程中，發生單相接地故障頻率相對較高。通常情況下故障電流相對較小，對電力系統運行產生的危害相對較小，能夠保證單相接地系統連續運行一段時間，為開展故障定位工作，爭取到更多的時間，在我國中低壓配電網中的應用越來越多。

但隨著時代的不斷發展，線路的復雜程度不斷增加，人們對供電可靠性提出了更高的要求，需要更快定位故障、隔離、恢復系統運行。隨著饋電系統的不斷增多，電容電流會不斷增大，如果系統長時間處于單相接地的狀態。容易導致弧光接地問題，導致系統多點接地故障的發生，對系統的安全運行會帶來較大的威脅，需要及時采取有效的方法來定位故障線路，并進行隔離處理。國外一些發達國家在諧振接地系統基礎上，研究出一種消弧線圈自動諧振技術，該技術能夠在一定程度上減少故障點電力，讓電弧更加容易熄滅，降低短路電流，避免故障線路出現更加明顯的特征，為開展故障定位和選線工作，創造更好的條件。

1 小電流接地系統故障分析

如果中性點不接地系統發生了單相接地的故障，在忽略線路電阻情況下，故障電壓會直接下降為零，非故障電壓就會直接上升。通過對電壓監測技術的使用，能夠更加及時發現單相接地故障，系統可以直接進行報警提升。故障電流大小通常是線路對地電容電流之和，故障線路中零序電流通常是各種非故障元件容性電流大小之和。經過上述分析可知，在中性點不接地系統當中，故障零序電流和非故障線路電流的流動方向完全相反，只有掌握零序電流的實際情況，才能為后續開展選線工作，創造更好的條件。

諧振接地系統。諧振系統與中性點不接地系統的一個主要區別是，在中性點系統中使用到的消弧線圈，并由此產生了相對大的感性電流，能夠在一定程度上減少各種容性電流，最大限度避免出現過電壓的問題。通過對消弧線圈合理進行使用，可以對線路進行全補償、欠補償和過補償。在電力系統運行過程中，電感補償電流是各種接地電容電流之和，對于諧振系統可以直接采用過補償的形式，通常補償度會集中在5%左右。

在采用過補償的過程中，電感產生的補償電流通常是接地電容電流之和，其可以在一定程度上補償電流電感，方向與非故障零序電流之和，可以根據電流流動方向來判斷零序電流的實際情況，通過合理對補償剩余電流進行設置，可以在一定程度上彌補非故障線路的零序電流，還可以通過對比較幅值法的應用，來得到更好的選線效果。

2 小電流接地系統故障選線方法

2.1 零序電流幅值比較法

在中性點不接地系統當中，故障電流一般是各種非故障元件容性電流之和，但故障線路的零序電流幅值相對較大。在實際開展故障判決工作中，可以通過電壓幅值來判斷故障線路，然后通過比較零序電流的幅值，來直接找到各種故障線路，該方法被稱為群體比幅。在信息技術不斷發展的今天，已經可以做到對零序電流的實時采集，然后通過開展分析工作，來實現故障快速定位，保證故障判斷靈敏度。零序電流幅值比較法在各種中性點不接地系統中的應用越來越多，通過對消弧線圈的合理使用，來保證補償電流的幅值小于各種非故障線路，能夠得到相對較好的判決結果。

2.2 零序電流相位比較法

在實際使用零序電流比較法的中，需要利用故障線路電路方向與母線方向相反的規律，來開展故障線路選線工作。在對零序電流進行計算的過程中，需要認真做好零序電壓和零序電流的次工作，然后在利用相關參數來計算得到無功功率。在實際使用比較法中，可以直接利用傳感器來收集各種線路運行參數，并將群體比相法應用其中。此外，還可以直接使用相位法和幅值法，如果線路數量較多，可以通過零序電流幅值的比較來判斷故障發生的可能性。一旦發生比較嚴重的間歇接地問題，很容易導致電流畸變情況的發生，難以保證檢測的靈敏性。另外，一旦相位法在諧振系統難以得到良好的應用效果，消弧線圈補償電路超過了其他故障元件對地電容電流之和，可以利用非故障線路零序電流方向與非故障線路相反來進行區分。

2.3 負序電流法

在電力系統實際運行過程中，如果出現了負序電流或者零序電流接地故障，其故障特征基本保持一致，通過采用負序電流分析法來開展故障選線工作。由于負序電源阻抗相對較低，避免了非故障線路零序過大現象的發生，但負序電流計算難度相對較高，實際應用中的問題也較多，很難保證應用效果。

2.4 諧波法

對于高次諧波，其電抗值通常會大于電網的對地容抗值，消除線圈的電感值通常是基波頻率向下計算得到的，對高次諧波的補償能力相對較弱，分析諧振系統與分析中性不接地系統是非常類似的，能夠在一定程度上克服諧振系統的影響。一般情況下，通過各種高次諧波并采用分量平方和比較的方式，就可得到零序電流比較法比較類似的結果。但隨著高次諧波次數的不斷增加，其含量通常會呈不斷下降的趨勢，配網中5次諧波，其含量也不足10%。通過采用諧波法雖然可以能夠在一定程度上減少消弧線圈的影響，但也會造成自身靈敏度不足的問題。此外，在該方法實際應用過程中，諧波的提取和檢測難度相對比較高，難以保證諧波提取和檢測效果。

2.5 有功分量法

與傳統零序電流比較法相比，通過使用有功分量法，可以開展零序電壓和零序電流的計算工作。在實際測量電流相位中，需要使用零序無功分量，而在有功分量法使用過程中，卻需要使用到零序功率分量。因此需要充分做好有功分量的計算工作。

2.6 擾動法

在擾動法實際應用過程中，需要對消弧線圈電感值合理進行計算，將諧振脫諧度控制在合理的范圍之內，從而在一定程度上增加故障線路的零序電流或者零序導納，讓故障線路的特征變得更加顯著。在實際使用該方法的過程中，需要首先采集得到零序電流幅值，但其值容易受到線路參數變化的影響。為最大限度避免該問題，需要監測零序電壓的變化量，并認真做好零序電流變化量的折算工作。此外，還有一種m 參數法，其需要對比調節前后導納的變化量，從而進一步放大故障特征，更加容易發現故障。擾動法在實際開展小電流故障選線中能夠得到非常不錯的應用效果，非常適合在消弧線圈系統中進行使用，但并不適合在脫諧度不可調系統中進行使用。

3 小電流接地系統故障定位方法

3.1 阻抗法

在阻抗法實際應用過程中，需要利用故障點與測量點之間的距離與故障回路阻抗成正比的關系，來有效計算故障回路的阻抗值，從而分析得到故障點到測量點之間的距離，從而實現快速故障定位。阻抗法實際應用相對比較簡單，工程投資相對較少，但應用效果容易受到系統運行方式的影響[1]。如果線路距離相對較短，根據阻抗計算得到的距離誤差相對較大，通常在多分段、多聯絡復雜配電網中進行使用。

3.2 行波法

一旦電網發生故障，故障點線路兩端就會直接傳播暫態行波信號，通過對行波信號進行檢測和分析，就能夠得到故障點信息。行波法通常可以分為單端法和雙端法，在單端法實際應用過程中，需要計算行波在故障點與母線之間往返時間來確定[2]。單端法使用相對簡單，但對反射波識別能力相對較差。雙端法識別可靠性高，但需要保證時間精準同步，并需要設置合理的數據傳輸通道，使用成本相對較高。在行波法實際使用過程中，波形識別難度相對較高。另外，由于投資的限制，行波法不適合在復雜網絡結構中進行使用。因此，雖然行波法在高壓輸電線路中應用越來越呢多，但由于網絡相對復雜，各種分支線路相對多，應用成功的案例還相對較少。

3.3 信號注入法

在信號注入法實際應用過程中，需要在三相互感器當中注入一定特定頻率的電流信號，由于在單相接地故障發生時，只能在故障線路中形成回路，因此在開展線路檢測作業中，注入信號為強烈的故障線路。在實際注入信號的過程中，信號不會直接受到消弧線圈的影響，可以直接避免安裝電流互感器，可以非常方便通過判斷信號強弱來開展故障電位工作，實際應用效果突出。

為了避免電壓互感器產生非常不良的影響，對注入信號的質量通常有著較高的要求，應該避免出現注入信號頻率過高現象的發生，信號強度也不能過低，否則容易受到分布電容和消弧線圈的影響，進一步造成信號檢測難度相對較高，難以滿足高阻接地的基本要求。在當前實際工程當中，經常會利用系統的諧振來注入信號，為開展接地電阻計算工作，提供必要的套件，提升對電阻的辨識準確率，但其對信號辨識裝置的使用，提出了更高的要求。

3.4 零序導納法

零序導納法是在有功分量法基礎上發展起來的，其直接利用了零序電壓與電流零序導納之間的關系，還可以利用零序導納在平面的分布來實際選擇故障線路，故障線路零序導納的幅值會相對更大一些。在各種實際工程中，可以將線路測量導納作為基準值，然后計算得到補償導納值，一旦發現補償導納值為負數，就表示線路當中確實出現了一定的故障，其中會使用有功分量幅值來進行判斷，能夠在一定程度上保證判斷的裕度。

另外，部分工程人員還利用故障點上下游導納差異，并通過做差來得到區段的零序導納，并使用配電自動化系統來開子涵故障定位工作。在使用零序導納法過程中，測量結果容易受到消弧線圈的影響，一旦線路參數分配不夠平衡，就難以保證實際使用效果，通常與其他方法結合進行使用。

伴隨著科學技術的不斷發展，我國在開展小電流接地故障選線和定位方面，已經取得了不少的研究成果，并取得了非常不錯的應用成果。為進一步保證電網運行的安全性，避免電網在故障情況下出現弧光過電壓的問題，對加裝消弧線圈的諧振系統使用越來越多，單一穩定特征法使用越來越少。在故障定位中，故障定位策略會不斷向著各種方法融合應用的方向發展。

4 小電流接地系統故障選線發展趨勢

在計算機技術不斷發展的今天，智能技術和數學算法結合在電力系統應用情況會不斷增加，能夠在一定程度對工故障特征進行過濾，并可以和各種故障特征有效融合起來。與一般的單一選線法相比，智能技術與數學算法相結合的方法應用不斷增加，其主要包括粗糙集理論、模糊集理論、神經網絡、蟻群算法等。但目前一些研究工作正處于起步階段，需要在工作過程中使用大量的資金訓練選線裝置。由于配電系統相對復雜，故障邊界定位具有隨機、多變的特點，如果使用單一的故障判定方法，往往各種局限性較多，有必要將智能技術與數學算法結合進行應用。另外，在開展小電流接地系統故障判斷過程中，需要認真做好故障原因分析工作，并認真做好數據仿真工作，能夠對故障多變性和隨機性綜合進行考慮[3]。另外，還需要不斷提升裝置檢測精度，保證選線正確率，對方案合理性充分進行評估，將理論和實踐可以結合起來。

5 結語

隨著時代的不斷發展，對小電流接地系統故障應對工作提出了更高的要求。通過研究人員的共同努力，各種小電流接地系統故障選線和定位技術越來越多，并取得了較好的應用效果，只有根據電力系統的具體情況，合理選擇相關技術，才能最大限度保證故障處理效果。