杨永强
内蒙古电力（集团）有限责任公司乌海电业局 内蒙古 乌海市 016000
摘要：因我国10kV配电网系统主要采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地，也被称为小电流接地系统。在这种小电流接地系统中，由于中性点没有有效接地，发生单相接地故障后，故障信号微弱，使得故障点的自动化定位很困难。因此，本文分析了10kV配电线路单相接地故障暂态特征。
关键词：小电流接地系统；单相接地故障；消弧线圈
10kV 配电线路在城镇和乡村的电网改造过程中有着十分广泛的应用，其供电方式当前主要以中性点不接地的“三相三线”方式为主。尽管供电方式有了很大的改进，然而在实际的运行过程中，10kV 配电线路会经常出现单相接地的故障。所以怎样才能真正意义上有效降低配电线路的单相接地故障，使供电的安全性、可靠性得到根本上的提升，这是配网运行的重要难题，必须要给予高度重视，在我国电力系统工程中，110kV及以上系统基本采用中性点直接接地形式，而10kV配电系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地。在这种系统中，发生单相接地故障时，由于其中性点是没有有效接地的，因此是没有短路回路的，自然也就不存在短路电流。
一、慨况
单相接地故障是小电流接地系统中最常见的故障。由于故障电流小，其故障选线一直是电力系统的难题之一。目前，小电流接地故障选线主要依据是故障参数的稳态分量和暂态分量。全面、准确把握故障特征，不仅为故障选线技术的发展提供理论依据，对智能电网的研究也是一项基础工作。搭建了Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的10kV仿真模型，对单相接地故障电压、电流进行仿真，但缺乏必要的故障电气量计算，仿真故障量与理论计算值之间的误差无法估算。通过ＭＡＴＬＡＢ软件建立了谐振接地系统单相接地故障仿真模型，分析了在几种极端情况下线路零序电流波形的特征，但模型准确性以及其假设条件是否适用于工程实践有待商榷。
二、 10kV配电线路单相接地常见故障
1.在非金属性接地的情况下，出现接地次数十分常见，在整体的线路接地故障次数中占很大比例，而且通常情况下都是在馈电线路上，所呈现的故障现象是故障的相电压大于零，但是比相电压低，相电压小于非故障的相电压大于和线电压。
2.在金属性接地的情况下，出现接地次数有了进一步的增加，并且更多的时候是在馈电线路上，故障现象是故障的相电压约等于0，非故障的相电压增大到线电压或是接近线电压。
3.配电线路中因为用户的原因在使用方法上不够科学而造成的单相接地也十分常见，这方面问题的主要原因就是用户在管理方面不够科学而导致了高压单相接地。
4.电网分支线的高压一相开路在整个线路接地故障中，也有着很大的比重，这种故障通常情况下都出现在负荷很大的分支线路，所呈现的故障现象是故障的相电压出现很大程度的增长，直到相电压的30.2倍。
5.电网分支线的高压二相开路在整个接地故障总数中占很大的比例，所有的故障位置都出现在配电线路负荷很大的分支线路上。
三、模型建立与故障分析
1.模型建立。利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建１０ｋＶ配电网仿真模型，如图１所示．其中，电源电压为１０ｋＶ．图１中，３条输电线路长度分别为１３０ｋｍ，１７５ｋｍ，１５１ｋｍ．线路参数为：Ｒ１＝０．０８１２Ω，Ｌ１＝１．２１ｍＨ／ｋｍ，Ｃ１＝９．６９７ｎＦ／ｋｍ，Ｒ０＝０．２８６４Ω，Ｌ０＝５．４８ｍＨ／ｋｍ，Ｃ０＝６．１２４ｎＦ／ｋｍ．Ｌｏａｄ１～Ｌｏａｄ５负载功耗分别为０．６ＭＷ，１．０ＭＷ，１．２ＭＷ，１．４ＭＷ，１．７ＭＷ．选用“三相故障”模块模拟线路故障，设置仿真结束时间为０．２ｓ，系统在０．０４ｓ时发生Ａ相金属性接地故障。
2.故障分析。小电流接地故障零序等效网络如图２所示．为了量化分析零序网络的模拟精度，需要先确定合理参数的计算方法。
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式中：Ｃｕ０为单位长度线路对地分布电容；Ｌ为该系统出线长度。（２）
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不接地系统故障点接地电流为
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四、仿真结果及分析
1.中性点不接地系统。Ａ相接地故障在０．０４ｓ时发生于线路Ｌ３距离母线１ｋｍ处，仿真波形如图３所示。而线路Ｌ３ 末端发生故障的波形图如图４所示。
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（１）从图３（ａ）可知，故障相Ａ电压降为０，Ｂ，Ｃ两相电压升高为原来的槡３倍。电源侧负荷侧、三相电压波形无明显差异。发生单相接地故障时电网中出现零序成分和负序成分，图３（ｂ）零序电压作为单相接地故障的特征量。（２）从图３（ｃ），３（ｄ），３（ｅ）可知，各出线口的工频零序电流中故障线路Ｌ３零序健全线路Ｌ１，Ｌ２幅值大且相位相差１８０°。系统零序电压与故障线路Ｌ３电流存在超前９０°的相位关系，而滞后Ｌ１，Ｌ２健全线路９０°。同时，系统在０．０４ｓ发生故障，系统零序电压的突变方向与线路Ｌ１，Ｌ２电流突变方向相同，与故障线路Ｌ３相反．可以利用故障发生瞬间电气分量的突变方向不同进行选线．（４）从图３，４对比可知，线路在首末两端发生故障系统零序电压、零序电流仿真波形会有明显差别，但故障电气量故障特征规律基本保持一致。（５）各出线零序电流仿真测量值Ｉ０Ι＝５．９１Ａ，Ｉ０Ⅱ＝８．０３Ａ，Ｉ０Ⅲ＝１３．８９Ａ，Ｉ０ｋ＝２０．８２Ａ与理论计算值相比，在误差允许３％范围内。
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2.中性点经消弧线圈接地系统。消弧线圈的接入改变了单相接地故障的稳态电气特征量的分布。中性点经消弧线圈接地系统故障特征：（１）系统采用不同中性点接地方式电源侧三相电压波形并无明显差异，Ａ相电压降为０，Ｂ、Ｃ相电压升高；单相接地故障零序电压波形相同。（２）各出线口的工频零序电流中，接地点电流经消弧线圈补偿，故障线路Ｌ３电流幅值可能小于线路Ｌ１，Ｌ２，且故障发生时刻，电流突变方向也与线路Ｌ１，Ｌ２相反，故障线路Ｌ３电流明显小于不接地系统的故障电流，得出采用中性点经消弧线圈接地方式可以减小故障点接地电流，但故障电流小难以检测，这对传统的选线方法又提出新的挑战.（3）故障发生时刻，零序电流、零序电压的突变方向一致，由此得出改变故障位置不影响故障特征规律。
在单相接地故障理论分析的基础上，通过建立系统发生故障的零序等效网络，详细计算了每条线路始端的零序电流以及故障点接地电流．基于ＭＡＴＬＡＢ仿真软件，建立了配电网10kV线路模型，对不同接地方式下发生单相接地故障进行了仿真分析，更加清晰、直观了解发生单相接地故障下的故障波形，验证了理论分析与仿真波形的基本一致。从不同故障位置对故障电气分量的仿真分析得出，故障位置不影响小电流接地故障特征规律，提取明显的故障特征有利于故障选线。
参考文献：
[1]吴建.配电网单相接地故障的区间定位和测距[D].三峡大学，2018.