中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障暂态电流分析
小电流接地选线原理知识
小电流接地选线原理知识目前，电力系统依据中性点接地方式不同可分为小电流接地系统（不直接接地）和大电流接地系统（直接接地）。
我国的现状是当配电网在110kV以上时，因考虑绝缘问题，故广泛使用大电流接地系统。
66kV 及以下配电网为了保证给用户持续供电而大多使用小电流接地系统。
小电流接地系统又分为三类，分别为中性点不接地系统、中性点经电阻接地系统、中性点经消弧线圈接地系统。
中性点不接地系统：中性点对地是绝缘的，这种接地方式节约成本且结构简单，在一些电容电流较小的系统中应用广泛。
该系统在正常运行时三相平衡，中性点对地电压为零，各相电压滞后电流 90°，线路中没有零序电压。
中性点经电阻接地系统：经电阻接地就是在中性点与大地间接入一个合适的电阻，可理解为该电阻和线路中电容形成并联关系。
由于接地电阻的阻尼作用可以较好地抑制弧光过电压，并且不需要像经消弧线圈接地系统严格匹配电容电流。
故障后接地电流更大，有利于故障选线，但对设备绝缘要求更高。
中性点经消弧线圈接地系统：随着配电网规模变化，不接地系统出现故障电流变大且存在电弧很难自熄的问题，由此出现了经消弧线圈系统（也叫谐振接地系统），即在中性点处连接一个电感线圈，利用电感线圈产生的电流来补偿线路过大的电容电流，接地电流变小，电弧更好熄灭。
主要讨论的是中性点经消弧线圈接地系统。
经消弧线圈接地系统故障分析●稳态特征分析●中性点不直接接地系统发生接地故障时，全系统伴随零序电压的产生会有零序电流产生，所有非故障线路上元件的对地电容电流之和在数值上等于故障线路的零序电流，故障相电流方向从线路流向母线，与非故障线路相反。
由于消弧线圈的补偿作用，使得故障电流方向变为与非故障线路相同（过补偿时），因此，基于稳态量选线原理的选线方法难以奏效。
●暂态特征分析●当发生故障后半个周期到一个周期内被认为是暂态时期，一般暂态期零序电流幅值比较大，是稳态期几倍到几十倍，且有高频分量配电网发生接地故障时，全网络的暂态电容电流相当于放电电流和充电电流这两个电容电流之和：放电电流，此电流方向由母线流向故障点处，是由于故障线路的电压突然降低而产生；充电电流，该电流通过电源形成回路，是由于非故障线路的电压突然升高而产生。
中性点经消弧线圈和电阻接地系统电感与电阻的取值分析
-
1 I1 ( s) 3 sC 1
s
3
( 3)
令
A1
1 3 sC =
RN
- sL sL + RN
, A 2 =
-
Um
- sL sL + RN
0
则 I1 ( s) = det ( A2 ) / det ( A1 ) ; uO ( t) 值可以通过对
uO ( s) 反拉普拉斯反变换得到 。 IC - I L 可知, 系统的脱谐度 v = IC
能有效地消除弧光接地故障 , 把电压值控制在合 理的范围之内 。其中 , 电阻阻值的选择有着重要 的意义 ,对于相同的补偿电流而言 ,并联方式的电 阻值要大于串联电阻值 。 【 参考文献】
[1] 林志超 . 中压电网系统中性点接地方式的选择与应
用 [ J ]. 高电压技术 , 2004, 12 ( 4 ) : 28 2 30.
R
2
图 5 并联等效电路
阻尼率为
d = RNωL R
2 N
ω2 L
, Rn = R +
ωL
R
2
2
2
+ω L
2
2
分别代入式
( 2 ) , 可得不同阻值下故障相恢复的情况 。 vr =
ωL RN + v
RN +ω L
2 2
2
2
令 k = RN /ωL, 由图 6 可得 , k = 1. 0时出现最 大阻尼率 0. 5, 可跟据需要得出消弧线圈串联时特 定阻尼率下的电阻值 : ωL = RN = k
+ 中图分类号 : T M 401 . 1 文献标识码 : B 文章编号 : 1001 2 5531 (2007) 17 2 0032 2 04
第二节 中性点不接地电网中单相接地故障的保护
第二节 小接地电流系统单相接地故障的保护一、中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式（一）单相接地的特点图5—12(a)所示为一中性点不接地的简单系统。
为分析方便，假定电网负荷为零，并忽略电源和线路上的压降。
电网各相对地电容为0C ，这三个电容相当一对称负载，其中性点就是大地。
所以正常运行时，电源中性点对地电压等于零，即0=∙N U ，又因为忽略电源和线路上的压降，所以各相对地电压即为相电势。
各相电容0C 在三相对称电压作用下，产生三相电容电流也是对称的，并超前相应电压 90。
其相量如图5—12(b)所示。
三相对地电压之和与三相电容电流之和都为零，所以电网正常运行时无零序电压和零序电流。
图 5-12 中性点不接地的简单系统（a ）系统图；（b ）正常运行时的相量图；(c)接地故障时的相量图当A 相线路发生一点接地时，接地相对地电容0C 被短接，A 相对地电压变为零。
此时中性点对地电压就是中性点对A 相的电压，即A N E U ∙∙-=。
线路各相对地电压和零序电压分别为A KC KB KA K j A AC KC j A A B KB KA E U U U U eE E E U e E E E U U ∙∙∙∙∙∙∙∙∙-∙∙∙∙∙-=++==-==-==)(31330015015000 （5-17）上式说明，A 相接地后B 相和C 相对地电压升高3倍，此时三相电压之和不为零，出现了零序电压。
其相量如图5—12(c)所示。
保护安装点各相电流和故障点三倍零序电流分别为)(3)()(00000KC KB C B A K KC KB C B A KCC KBB U UC j I I I I U U C j I I I U C j I U C j I ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙+=++=+-=+-===ωωωω （5—18）上式说明，两非故障相出现超前相电压90的电容电流，流向故障点的电流，即为零序电容电流。
10kv小电流接地故障定位技术研究分析
10kv小电流接地故障定位技术研究分析摘要：当前国内外的中压配电网的接地运行方式为中性点非有效接地运行方式，这种接地运行方式主要包括中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式两种。
由于这两种方式的结构较为复杂，配电网容易出现各类故障，尤其以发生小电流接地故障（单相接地故障）的几率最大。
小电流接地故障会产生过电压，严重危害系统的安全，严重情况可能出现跳闸事故，中断电网持续供电状态。
由于小电流接地故障具有电流弱、电弧稳定性低等特点，导致小电流接地故障的选线和定位有一定的难度，尤其是故障定位一直属于技术难点。
许多国家的配网自动化（DA）由于不具备或者缺少有效的小电流接地故障定位功能，严重削弱DA的应用效果，配电网的自动化水平也一直停滞不前，小电流接地故障定位方法严重阻碍了DA技术的发展。
因而小电流接地故障定位是各个国家都函待解决的问题。
本文主要分析了10kv小电流接地故障定位技术。
关键词：10kv小电流；接地故障；定位技术随着用户对供电质量要求的不断提高，迫切需要开发一种小电流单相接地故障在线定位装置，该装置能在故障发生后，迅速对故障点进行检测和定位。
通过测量比较故障线路上零序电流和变电站零序电压的相位，进而确定故障位置。
一、10kv小电流接地故障定位技术现状国内外许多专家和学者对小电流接地故障定位技术问题做了大量的研究，并提出了许多故障定位方法。
早期的接地故障点定位方法有两种，一是故障点测距，二是检测特殊信号的分布。
随着自动化技术的不断提高和完善以及DA系统的广泛应用，基于DA系统实现区的定位已经成为当前小电流接地故障定位技术研究的主要方向。
即将线路中安装的馈线终端单元作为检测点，并将检测结果及时传达给DA主站，主站再具体判定存在接地故障的线路区段。
当前的小电流接地故障定位技术根据利用信号的不同可分为两大类：主动式和被动式。
主动式定位的原理是当线路发生接地故障后，相关装置自动将故障的特定信号传递至DA系统，DA系统再对特定信号的分布情况进行详细的检测和分析，从而确定接地故障点的位置。
小电流接地选线分析
小电流接地选线分析我国的中压电网基本上都是小电流接地系统，单相接地故障率最高,因此如何检测并隔离接地故障线路，成为配电自动化的一个重要研究课题.就小电流接地系统发生单相接地故障的十余种故障选线方法分析了其原理及各自相应的特点,为小电流接地系统实现配电自动化提供了重要依据。
目录绪论 (2)1 小电流接地选线方法研究的历史及现状介绍 (2)1.1国外研究概况 (2)1.2国内研究现状 (3)2 故障现象分析与判断 (4)3 典型的小电流接地系统发生单相接地故障时选线方法 (5)3.1基于零序电流基波的选线方法 (5)3.1.2谐波分量法 (7)3.1.3利用接地故障暂态过程的选线法 (8)3.1.4基于最大∆ (IsinΦ)原理的选线方法 (8)3.1.5有功分量法 (9)3.2不利用故障零序电流来选线 (9)3.2.1拉线法 (9)3.2.2“S注入法” (10)3.2.3注入变频信号法 (10)4 各种小电流接地选线方法的优缺点分析 (10)5 单相接地故障的处理步骤 (11)6 处理单相接地故障的要求 (11)7仿真模型 (12)7.1 接地电阻为100Ω时 (16)7.2 接地电阻为400Ω时 (18)结论 (20)绪论在我国，电力系统中性点运行方式主要有三种：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地。
前两种接地系统称为小电流接地系统，后一种接地系统称为大电流接地系统。
(1)中性点不接地系统的优点：这种系统发生单相接地时，三相用电设备能正常工作，允许暂时继续运行两小时之内，因此可靠性高，其缺点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相对地电压升到线电压，是正常时的倍，因此绝缘要求高，增加绝缘费用。
(2)中性点经消弧线圈接地系统的优点：除有中性点不接地系统的优点外，还可以减少接地电流；其缺点：类同中性点不接地系统。
(3)中性点直接接地系统的优点：发生单相接地时，其它两完好相对地电压不升高，因此可降低绝缘费用；其缺点：发生单相接地短路时，短路电流大，要迅速切除故障部分，从而使供电保障可靠性。
发电机中性点采用消弧线圈接地的分析及应用
２ 安全电流的概念
若接地电流较小将不会造成定子铁心烧损，为确保大
型发 电机安全 ， 应使单相接地故障处不产生 电弧或者使接
表 ２ 发 电机的安全 允许接地 电流值
据国外的研究表明， 发电机中性点经高阻 Ｒ 接地时， Ｎ 要满
ＳＵＮ ａ － ｈ Ｘｉ ｕ ｃ ｕ
（ ｉ ｘ ａａＧ ｎｒｔ ｎＣ ．Ｌｄ，Ｑｎｔｎ ｘ ５ ６ ７ ｈｎ） Ｎｎ ｉ Ｄ ｂ ｅｅａｏ ｏ ｔ． ｉ ｏｇｉ ７ １０ ，Ｃ ｉａ ｇａ ｉ ， ｇ ａ
１ 引言
定子绕组的单相接地 （ 定子绕组与铁心间的绝缘破 坏） 是发电机最常见的一种故障， 若单相接地故障电流较
机中性点接地方式由配电变压器改为消弧线圈所遇到的问题，结合ｌ ， ４ 发电机的相关参数计算及所进行的定
子接地 实验进行应用说 明。 关键词 ： 消弧线 圈； 欠补偿 ； 安全电流 ； 铁 心烧损 ； 对地 电容
中图分类号 ：Ｔ ３ Ｍｌ
文献标识 码 ： Ｂ
文章编号 ： １７—６３２０ ） －０ ８０ ６２ ３４｛０６ｚ ０３－４ ｋ
收稿 日期 ： ２ （ － ９ ２ ０１ ０ — ０ ６
作者简介 ： 孙显初 （９２ ）男 ， １７一 ， 工程师 ， 发电厂继 电保护技术管理工作 。 从事
・
３ ・ ８
维普资讯
《 宁夏电力） ０６ ２ ０ 年增刊
地电弧 瞬间熄灭 ，这个不产生 电弧的最大接地 电流成 为发
表 ｌ 国产汽轮发电机定 子绕组 对地 电容 电流及单相接地 最大电容电流
容量 （ ｗ） Ｍ 电压（Ｖ 对地电容（ Ｆ 单相接地最大 电容电流（ ） ｋ） ） Ａ
关于电力系统中性点接地方式及其单相接地故障的分析
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==Cj 1UI U -U U ABBA ABωA 电力系统接地综述杨森，马海亮，孙少华，杨宏宇，孟天娇，刘乔（华北电力大学）Summary of power system groundingSen-YANG ,Hailiang-MA,Shaohua-SUN,Hongyu-Y ANG ,Tianjiao-MENG,Qiao-liu(North China Electric Power University) Abstract:This paper discusses the power system grounding ，and when it breaks down,the changesof each phase voltage Electric current based on current theory and simulation,as well as arc suppression circle what is applied to the problem.Keywords:voltage,current,grounding,arc suppression circle 摘要：本文主要论述了电力系统接地方式，发生故障时各相电压、电流的理论和仿真变化情况，以及处理中所应用的消弧线圈。
关键字：电压、电流、接地、消弧线圈1、电力系统中性点的接地方式电力系统中性点的接地方式分为4类：①电源中性点不接地；②电源中性点经阻抗接地，在高电压系统中通常是经消弧线圈接地；③电源中性点直接接地；④经低电阻接地。
前两类系统称为小接地电流系统，亦称中性点非有效接地系统；后两类系统称为大接地电流系统，亦称中性点有效接地系统。
注：后两类经常可以看做一类。
2.接地方式2.1中性点不接地如图1系统正常运行时,三相电压对称，三相对地电容电流c b a I I I 、、也是平衡的,三相电容电流的相量和为零，没有电流在地中流动。
2004年华北电网继电保护高级培训班测试卷一(含答案)分析
2004年华北电网继电保护高级培训班测试卷（一）一、选择题1．在下述（ A ）种情况下，系统同一点故障时，单相接地短路电流大于三相短路电流。
A．Z0∑ < Z1∑ B. Z0∑ = Z1∑ C. Z0∑ > Z1∑注： Z1∑、Z0∑为短路点的综合正序、零序阻抗。
2．中性点经消弧线圈接地后，若单相接地故障的电流呈感性，此时的补偿方式为（ B ）。
A．全补偿 B. 过补偿 C. 欠补偿3．Y/△＿11结线的变压器，是指（ C ）。
A．一次侧相电压超前二次侧相电压30°B．一次侧线电压超前二次侧线电压30°C．一次侧线电压滞后二次侧线电压30°4．对于反映电流值动作的串联信号继电器，其压降不得超过工作电压的（B ）。
A．5% B. 10% C. 15%5．在三相对称故障时，计算电流互感器的二次负载，三角形接线是星形接线的（C ）。
(A) 2倍(B) 3倍(C) 3倍6．保护线路发生三相短路，相间距离保护感受的阻抗（B ）接地距离保护感受的阻抗。
A．大于B．等于C．小于7．在大接地电流系统中，当相邻平行线路停运检修并在两侧接地时，电网发生接地故障，此时停运线路（ A ）零序电流。
A．流过B．没有C．不一定有8．一台收发信机的发信功率为10W，额定阻抗为75Ω，当其接入通道后，测得的电压电平为30dB，则通道的输入阻抗（ B ）。
A．大于75ΩB．小于75ΩC．等于75Ω9．中阻抗型母线差动保护在母线内部故障，保护装置整组动作时间不大于（A ）mS。
A．10 B．20 C．3010．如果用低额定电压规格(如220V电源用110V的继电器)的直流继电器串联电阻的方式时，串联电阻的一端应接于( B ) 。
A．正电源B．负电源D．远离正、负电源(不能直接接于电源端)11．在大电流接地系统中，当相邻平行线停运检修并在两侧接地时，电网接地故障线路通过零序电流，将在该运行线路上产生零序感应电流，此时在运行线路中的零序电流将会（A ）。
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中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障暂态电流
摘要：通过对中性点经消弧线圈接地系统单相接地时零序暂态电流的频域分析和时域分析，得出接地导线中零序暂态电流的峰值比健全线路中零序暂态电流的峰值大许多，比较峰值的大小可以识别故障线路，同时得出零序暂态电流的方向是不确定的，不宜采用零序暂态电流的方向作为选线判据。
关键词：消弧线圈；暂态电流；选线
1 引言中性点不接地或经消弧线圈接地称小电流接地。
小电流接地系统单
相接地选线长期以来研究不断。
根据单相接地时出现的区别于正常运行时的物理现象，人们提出各种各样的选线方法。
有些方法已获得应用，有些方法尚在研究之中。
本文通过对中性点经消弧线圈接地系统单相接地时零序暂态电流的分析，对零序暂态电流的性质给出明确的物理概念，指出利用零序暂态电流识别故障线路的判据和应注意的问题。
2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地时零序等效电路中性点经
回路等效电路如图1所示。
L为消弧线圈电感，消弧线圈接地系统单相接地时3I
C
为第n条线路的相对地等效电容，R为接地过渡电阻。
由于线路相对地等效电n
阻值远大于相对地等效容抗值，故忽略不计，消弧线圈电阻与感抗相比，电阻也sin（ωt＋a）是故障相电源电压。
中性点经消弧线圈接地系可忽略不计，u＝U
m
统发生单相接地时，相当于图1等效电路的零状态响应。
（s）经计算得接地导线和第n条线路电流的拉氏变换表达式I（s）和I
n
为：
3 零序暂态电流分析
用待定系数法确定P、Q、K、H数值，便可获得式（1）的解。
式（2）也用类似方法求解。
举例：某中性点经消弧线圈接地的10 kV系统，有12条电缆线路，系统对地等效电容C＝48×10－6F，消弧线圈电感L＝0．2 H，分析上述三种情况的零序暂态电流。
3．1二次三项式有两个不相等的实数根
取R＝20Ω，代入C和L数据，则
式（3）中的前两项是流过接地导线中的暂态分量；第三项是流过接地导线中的稳态分量，即补偿后的残流，“＋”号表示属于电感性质（过补偿）。
式（4）中的前两项是流过第n条线路的暂态分量；第三项是流过第n
／C有关，线路数条线路的稳态分量；“－”号表示属电容性质。
每项数值与C
n
／C就越小，设本例满足这个条件，并且设目越多，线路长度相差越小，n个C
n
C
／C≤0．15。
n
3．2二次三项式有两个相等的实数根
（S＋322．7）2，式（1）、（2）按上述方法求解得接地导线和第n条线路中电流分别为：
3．3二次三项式有一对
共轭虚数根
式（1）、（2）按上述方法求解得接地导线和第n条线路中电流分别为：
4 零序暂态电流的性质在补偿电网中，当发生单相接地故障瞬间，L、C、R、α有确定的数值，式（3）～（8）中零序暂态电流是时间t的函数，具有以下性质。
4．1零序暂态电流的方向
零序暂态电流为两个暂态分量的叠加，在衰减过程中，其代数和可能始终为正，也可能始终为负，还可能改变符号，其方向是不确定的。
例如，当α＝0，t ＝0时，式（3）中两个暂态分量代数和为6．8 A，表示接地导线中零序暂态电
流方向与图1中正方向一致，从母线流向线路；式（4）中两个暂态分量代数和／C）A，表示第n条线路中零序暂态电流方向与图1中正方向相反，为（－123 C
n
从线路流向母线。
又例如，当α＝0，t＝0．01 s时，式（3）中两个暂态分量代数和为53．7 A，接地导线中零序暂态电流从母线流向线路；式（4）中两个暂态分量代数和为（5．77 C
／C）A，第n条线路中零序暂态电流从母线流向线
n
路。
上述现象的物理解释是电路中有两种不同的储能元件，暂态过程由两者共同决定，还与单相接地瞬间电源电压的初相角α有关。
因此，不能用零序暂态电流的方向做判据来识别故障线路。
4．2零序暂态电流的峰值
单相接地瞬间电源电压的初相角α有确定值，零序暂态电流是时间t的函数，其极值和端点（t＝0）值是可求的，它们中绝对值最大的定义为零序暂态电流的峰值。
为了比较接地导线与线路中零序暂态电流峰值的大小，在0～360°之间每隔1°取一个α值，分别代入（3）～（8）式中求峰值并作比较。
通过计算机大量的数值计算发现，接地导线中零序暂态电流的峰值比线路中零序暂态电流的峰值大许多，至少2．5倍以上。
比较峰值的大小可以识别故障线路。
4．3零序暂态电流的衰减速度
零序暂态电流衰减速度由e指数幂决定，e指数幂与S2＋S／（RC）＋1／（LC）的根有关。
为讨论方便，设ωL＝1／（ωC）（全补偿），则1／（LC）＝ω2＝3142。
若S2＋S／（RC）＋1／（LC）有两个不相等的实数根，则两个根之积等于1／（LC）＝ω2，因此，e指数幂一个大于－314t，另一个小于－314t，R越小，相差越大；若S2＋S／（RC）＋1／（LC）有两个相等的实数根，则［1／（RC）］
－4／（LC）＝0 即1／（2 RC）＝因此，e指数幂为－t／（2 RC）2
＋S／（RC）＋1／（LC）有一对共轭虚数根，则
＝－314t；若S
2
ω。
因此，e指数幂为－t／2 RC
＞－314t，R越大，衰减越慢。
本文举例为过补偿方式，过补偿度为5．6％，ωL＝62．8Ω，1／（ωC）＝66．3Ω，ωL与1／（ωC）相差不大，在3．1～3．3条分析中，e指数幂与上述全补偿的分析结果很接近。
5 结论（1）由于系统中有消弧线圈和等效电容两种储能元件，零序暂态电流总是存在的，并且在单相接地初期峰值很大。
（2）接地导线中零序暂态电流峰值比线路中零序暂态电流峰值大许多，比较峰值的大小，适合作为选线的判据。
（3）零序暂态电流衰减较快，为了提高采集暂态峰值的速度，可采用DSP （数字信号处理）技术。
（4）由于零序暂态电流的方向不确定，因此，不宜采用零序暂态电流的方向作为选线判据。
参考文献：
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［2］曾祥君，等．配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理研究［J］．中国电机工程学报，2001，21（6）：84～85．
［3］南京工学院数学教研组．积分变换（第三版）［M］．北京：高等教育出版社，1989．106～110．。