配网线路接地故障分析与分界开关控制器判据要求

配电网接地故障分析与分界开关控制器的接地判据

郭君保

1、架空线路与电缆线路的接地故障现象

架空线路接地故障主要集中在绝缘子、PT、高压电容器、高压熔断器、电力变压器等设备绝缘故障和高压导线与树枝树叶或其它高空接地物体的接触，开始表现为暂态闪络和高阻接地，接地电流变现为数值很小，时间很短，随着绝缘进一步破坏，碳化，逐步引发刚性接地故障，，此时线路有较大谐振过电压，另外两相工频电压提高1.7倍。如不快速断电处理就会引发相间短路事故扩大。电缆线路接地故障常常集中电缆终端，如环网柜电缆接头处、后插式避雷器还有高压电容器、高压熔断器、PT、电力变压器等设备绝缘故障，还有城市建设经常出现高压电缆被挖断。这些接地接地故障发生与会产生更为严重的影响。一般控制器能可靠处理接地故障将可以避免80%以上线路故障，减少多数短路故障的发生。

接地故障初期接地电流一般很微弱，高阻接地一次电流毫安级，很难检测，需要感应灵敏度高、采集精度高的零序互感器，而且三相ZCT特性要求非常一致。还有闪络故障要求采集暂态波形而不是连续波形。一般接地电流越大形成短路故障时间越短，接地电流越小持续时间越长而且不易发现。新乡市裕诚电气采用1000/1,0.5级ZCT解决了采集的问题。可以采集带0.01A一次值，最小保护设定0.1A（一次值）。

接地故障总是伴随相电压的变化和零序电压的产生，这是一个重要的判据，一般零序电压越大，接地故障越严重，如果刚性接地那么零序电压等于相电压。

中性点不接地系统接地故障都是容性电流，零序电流超前零序电压90度，负荷侧接地在270度左右，开关电源侧与负荷侧接地零序电流方向相反，电源侧90度左右。根据接地回路负载感容负载或阻容负载不同相位角有相应的变化，但不超过85度。

中性点消弧线圈接地系统一般分为过补偿和欠补偿，过补为阻感性负载，负荷侧接地V o、与Io的夹角在90-180度，欠补为感容性负载，负荷侧接地Vo、与Io的夹角在180-270度.这是分界开关分界功能的重要依据。

一、中性点不接地系统的接地分析

1. 在负荷侧（用户侧）发生接地故障时

在中性点不接地系统上发生负荷侧接地故障时矢量图如下.

在负荷侧发生接地故障时接地电流值如下：

此时从裕诚电气控制器-ASS检测出来的零序电流值如下

上述的计算式可以表现为如下图式.

c

V

V

正常运行时

c1

V

发生A相接地故障时

在A 相发生接地故障时，零序电压和零序电流如下。并且对地电容成分和 阻抗成分一起存在的矢量图如下：

发生接地故障时

零序电压和零序电流

01

90

180

270

I

在实际系统上存在阻抗成分时的

零序电流和零序电压

因此以零序电压的相位角为基准的零序电流的相位角位于 270°附近.

2.

在电源侧发生接地故障时，电容电流

检测不出来，此时零序电流值如下：

V

c2

发生A 相接地故障时

在A 相发生接地故障时，如阻抗成分存在的话，零序电流的方向矢量图如下：

I c2

I

阻抗成分存在的时候 零序电压和电感电流

02

I 180

270

90

电源侧发生接地故障时 零序电压和零序电流

3. 概要

在中性点不接地系统上，接地电流为容性电流，零序电流超前与零序电压，如在负荷侧发生接地故障时零序电流以零序电压的相位为基准而位于270°附近，如在电源侧发生接地故障时零序电流的相位角位于90°角附近，所以易判别接地故障的方向。根据上述结果在中性点不接地系统中，控制器的最适当的相位设定范围是270±85°，根据线路长度，线径、接线方式不同,如果接地回路为阻容负载接地相位角在第四象限，如果接地回路为感容负载接地相位角在第三象限，动作范围根据线路运行环境和条件可以调整。

二、消弧线圈接地系统的接地保护

裕诚电气控制器是采用微电子技术，依据馈线接地故障稳态分量和对接地故障线路的故障相和非故障相暂态分量进行提取分析计算，依据零序电压V 0和零序电流I 0 的幅值，零序电流I 0,、零序电压V 0的相位进行分析及比较，提取出更可靠的信号成分来作为接地故障位置的

判据。适用中性点不接地(NUS)、经小电阻(NRS)或经消弧线圈(NES)接地系统。

从故障点暂态电流的组成分析，主要有：1、故障相的对地电容的放电波；2、非故障相对地电容的充电波；3、消弧线圈的暂态电感电流。由于暂态接地电流的频率很高，幅值很大，并且暂态零序电流与零序电压之间存在着固定的相位关系。

说明：由于消弧线圈的接入使NES的基波分布（如欠或过补偿）与NUS的基波分布不一样，从而适用于NUS的基波大小、相位判据对于NES失效。（日本判据：基波无功方向方法）NES由于消弧线圈的接入，使得其单相接地故障判据较NUS难度增加很大，传统的单一判据很难正确判断故障或故障点，而综合判据原理巧妙利用了故障的暂静态特征量，减小了单一判据而导致的误判。

1. 在负荷侧（用户侧）发生接地故障时

在消弧线圈接地系统上发生负荷侧接地故障时情况如下.

1.1 在负荷侧发生接地故障时电流值如下：

此时从裕诚电气控制器-ASS检测出来的零序电流值如下：

上述的计算式可以表现为如下图式.

1.2 在A 相发生接地故障时，零序电压和零序电流如下,在实际系统线路上除了纯电感

成分和对地电容成分以外，阻抗成分也一起存在。因此考虑电阻因素可以表现为如下公式：

上述的计算式可以表现为如下图式.对零序电压的电容电流 位于90°以上角度，电感电流位于-90°以下角度。

c

V

V

正常运行时

c1

发生A 相接地故障时