小电流接地系统故障选线新方法研究

１ 小 电流 接 地 方 式
１ ． １中性点不接地 中性 点不接地 方式结构简单 ，运行方便 ，据统 计单 相接地故障 占整个配 网故障 ８ ０ ％以上，在发生单相接地故障 时，虽然 非故障相 相 电压升 高，但 系统线 电压仍然不变且三相对称 。在 中性点不接地 电网中发生 弧光接地故 障时， 电网系统 内极易产生弧光接地过 电压、 谐振过 电压 等过 电压 ，且 电压升高幅值较大 ，这对 电网设备的绝缘 水平造成很 大影响，严重威胁 电网安全运行 。为 了解决不接地系统 的弧光过 电压等 问题 ，配 网线头 中性 点采取 通过 消弧线圈和 电阻接
的选线技术面 临的问题。故障暂态分量虽然幅值较大 ，但是其持续 时间很短 ，对于采样率不高 的硬件设备很难检测到 。 ２ ． ２零序 电流互感器 的影 响 小电流接地系统发生单相接地故障时 ，故障线路与非故 障线路 之间的电气特征差异不是很 明显 ，加之互感器会存在一定 的误差 ， 这对故障选线造成了困难 。此外 ，线路 的不平衡 电流也会影响 故障 选线算法的可靠性。 ２ ． ３ 电弧 故 障 实际运行经验表 明，小 电流接地 系统 现场 的单相接 地故障中， 绝大多数为瞬时性接地或间歇性接地故障， 即故障点多为电弧接地 。 对于金属性永久接地故障 ，其 也是 由间歇 性电弧发展 为稳定电弧接 地 ，然后再发展为金属性接地 。由于电弧弧道电阻具有非线性 的特 点，其对现有一些选 线方法造 成影 响。加之对于间歇 性 电弧接地故 障，由于没有稳 定的接地 电流，所 以基 于故障稳态信息的故障选线 方法会失效 。 ３基 于暂态行波的小电流接地故障综合选线 ３ ． １ 综 合 选 线 判据 利用初始 电流行波与暂态 电流信号综合选线来提高 小电流接地 系统单相接地 故障的选线精度 。 能够充 分利用 两种选 线原理 的优 点， 在不增加微 机选线保护装置硬件结构的前提下 ，最大 限度解 决配电 网选线 问题 。故障暂态零模 电流选线利用 了各条线路 暂态零模 电流 信号能量的差异性进行故障线路 的判别 。由于小 电流接地 系统普遍 采用消弧线圈接地或者不接地方式， 零模电流 会有一定程 度的衰减。 但 由于配 电网出线较短 ，衰减程度 不大 。不会对 故障线路与非故障 线路暂态零模 电流信号的能量大小关系造成影响。 故障线路 的二相 电流行 波极 性均与其它线路相反。因此故障线 路较容 易选 出。在故 障线路 的二相 电流 行波中，只有故障线路的 电 流行波极性为正极性 ，其 它两相 为负极 性。利用此种 故障线路与非 故障线路 间的差异性进行选 线将会 有一定的局限性。当选线结果与 利用暂态零模 电流信 号的选线结果一致 时，将优先采用暂态零模 电 流选线 结果 。进而利 用故障出线各相电流行波的极性差异选 出故障 相 。此 时只能利用 暂态零 模电流信号的能量进行故障 出线 的判断 ， 然后利用各相 电流行波极性 的差异判断故障相 。 ３ ． ２选线原理的可 靠性 小电流接地配 电网相接地故障会产生强烈 的暂态过程 。此时 ， 故障零模分量 中，暂态零模是稳态零模的 ｌ ０倍左右。如果单相接地 故障发生在 相电压过零点时，暂态零模 电流与稳态零模 电流接近 。 小 电 流 接 地 配 电 网 发 生 单 相 接 地 故 障 时 可 以等 效 为 故 障分 量 网络 在 故障点加入与系统正常运行时 ，与故障前而极性相反 的等 效电源 。 整个系统将产生 由虚拟 电源激励 的衰减谐振过程 。故 障暂态 零模 电 流 由按指数规律衰减的正弦信号组成 。在系统所有 的暂态 零模 电流 中，最大零模分量产生于故障 点到母线之 间，以及非 故障出线之间 的串联谐振过程 。因此 ，故障 暂态特征频带 内包含 了暂态 零模 电流 的 主 要 分 量 ，选 线 所 用 信 号 具 有 足 够 的 可 靠 性 和 灵 敏 度 。
引言
小电流接地 系统接地 故障多为单相接地，占其故障的 ８ ０ ％ 以上 。 单相接地故 障时可能对输变 电设备及用户造 成某 些危害：长时间运 行 易使 故障发展为两点或 多点接地短路 ；金 属性接地引起的单相过 电压 可能会 烧毁母线电压互感器： 弧光接地可能 引起全系统过 电压 ， 击 穿线路绝缘子 ，引发相 间短路 ，破坏 安全 运行：短路点接地 电流 可能危及人身安全 。当小 电流接 地系统发生单相接地故障时 ，应尽 量在保证不间断供 电的情 况下迅速找 出故障线路并将故障排除 。但 由于故障 电流小 、故 障信 号微 弱、故障情况复杂及系统运行方 式多 样等原因 ，单相接地故 障选线 问题一直没有得到很好地解 决，有 必 要对其进行深入研究 。
Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｆ Ｏ ｒ ｕ ｍ
小电流接地系统故障选线新方法研究
赵 建军 贾新辉 李
兵
（ １ ． 中国煤炭科工集 团常州 自动化研究院 ，江苏 常州 ２ １ ３ ０ １ ５ ；２ ． 湖南安化渣滓溪矿业有限公司 ，湖南 益阳 ４ １ ３ ５ ０ ０）
【 摘 要 Ｊ 、 电流接地 系统是指 ３ ５ ｋ Ｖ 及 以下电网最常用的接 线方式 ，而其单相接地故 障又是最常发 生的 。本 文首 先介 绍了小电 流接地的几种 方式 ，归纳 了目前故障选线方 法存在 的问题 ，然后 ， 分析 了基 于暂态行 波的小 电流接地故障综合选 线方法， 旨在为 同行 提供参考 。 【 关键词 】 小电流接 地 系． ２消弧线圈接地 我国 电力行业标准规定 ：在 小电流接 地系统 中，３ ｋ Ｖ ～ｌ Ｏ ｋ Ｖ 架 空线路的单相接 地故障 电容 电流超过 Ｉ Ｏ Ａ时，３ ｋ Ｖ ～ｌ Ｏ ｋ Ｖ电缆线路 的单相接 地故障 电容 电流超过 ３ ０ Ａ时，中性 点和地之间应设置经消 弧线圈，即通常所说 的谐振接 地。相 比中性点不接地系统 ，在某 些 方面谐振接地有着无可 比拟 的优势，但其运行要求 比较苛刻 ，在 系 统发生单相接地 时，规程规 定消弧线圈必须处于过补偿状态 ，否则 电网容易产生谐振过 电压 ，严重威 胁 电网设备的安全运行 。由于消 弧线圈的补偿作用 ，使得 故障点接地残流过小 ，且消弧线 圈处 于过 补偿状态 ，即接地线 路和其余线路的零序 电流方 向都相 同，因此大 大加大 了故障选线 的难度 。 １ ． ３ 中 性 点 经 高 阻接 地 在系 统的中性点和地之 间投入一个 阻值较 高的电阻，这种接地 方式称为 中性 点经高阻接地，该 中性 点接地 电阻和系统 自身对地电 容构成 了一个 并联回路 ，在 回路 中由于该 电阻的存在 ，使得单相接 地时的产生 的故障电流被限制 ，同时 ，由于 电阻是耗能元件，也是 电容 电荷释放 元件和谐振的阻压元件 ，对谐 振过 电压和间歇性弧光 接地过 电压 能起 到很好 的抑制 作用。 ２ 小电流接地 系统故障选线存在 的问题 随着 小电流接地系统故 障选线技 术的发展 ，学术界 已经提 出了 十 几种选 线方法 。 有些厂商也研发了相应的选线装置并应用到现场 ， 但 从 目前 选线装置的应用状况来看 ， 每一种方法都有一定 的局 限性 ， 加之配 电网 自然环境 负载 ，致 使选 线技术的可靠性较低 ，所 以小电 流接地系统的故障选线技术仍然是一个亟待解决 的问题 。 究其原 因， 小 电流 接 地 系 统 存 在 以 下主 要 问题 。 ２ ． １故障特征不 明显 发生单相接地 时，故障稳态 电流一般 小于 ２ ０ Ａ ，如果是高阻接 地故障 ，则故 障特征 更加微弱 。故障 电流 中的有 功分 量和谐波分量 幅值较小 ，一般 不到故障 电流的 １ ０ ％ ，与 负荷 电流相 比，其幅值较 小 ，容 易受到电磁千扰。此外 ，配 电网结构 复杂 ，对 于不同的 电网 结构故 障电流 的有功分量和谐波分量也不 同。因此，在发生单相接 地 故障 时，故障特征可能会很不 明显。这是所有基于故障稳态分量