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电力配电网单相接地故障选线技术的发展

发表时间：2021/5/24 来源：《基层建设》2021年第2期作者：毛晓丹

[导读] 摘要：城市电网负荷逐渐加大，为满足这一需求，变电站的数量也在持续增长，导致单相接地故障发生较为频繁，部分地区甚至长期处于电压不稳定的状态下。

        浙江图盛输变电工程有限公司浙江温州 325000
        摘要：城市电网负荷逐渐加大，为满足这一需求，变电站的数量也在持续增长，导致单相接地故障发生较为频繁，部分地区甚至长期处于电压不稳定的状态下。为了从根本上提升电网运行稳定性，相关技术人员应联系电网建设实际条件，准确定位故障类型，选择应用科学合理的选线技术，以最大限度地降低配电网故障风险。
        关键词：配电网；单相接地故障；选线技术
        引言
        伴随着工业、农业和城市建设的快速发展，城市电网的大容量负荷和城网电缆化建设，不仅增加了每个站的出现量，不能自动熄灭的因弧光导致产生相间短路和不断增多的间歇性的过电压故障，为了提高供电网的稳定性，现代电网建设基本改为谐振接地等方式。
        1 小电流接地系统
        小电流接地系统，就是指中性点不接地系统，经过消弧线圈接地系统，也可以称作是小电流接地系统。如果发生一些单项接地线路故障，那么这种情况下，电力系统中时无法形成电回路的。在本文中，所涉及的接地短路电流与正常情况下的电流负荷相比较而言时及其微小的，这也是所谓小电流接地系统名称的一个由来，就因为小电流接地系统有着电流电力较小的特征，因此，目前在我国很多的电力系统中都应用到了小电流接地这一系统，而且根据一些相关的调查，也可以很显然地看出，在我国110kV以下的电力系统中，多数都有应用到小电流接地系统。所以说，在发展我国电力事业上，小电流接地系统是其非常重要的部分。
        2 小电流系统单相接地故障特征
        2.1中性点不接地系统
        中性点不接地系统发生单相接地时，故障相电容短接，线路中其他地方的所有分布电容都经接地点形成回路，所以故障点接地电流为系统中所有电容电流之和。此时，故障线路零序电流最大；故障线路零序电流和非故障线路零序电流方向相反；如果发生金属性接地，则故障相电压降为零，非故障相电压升高为线电压，10kV侧线电压保持对称，不影响对低压侧供电。
        2.2中性点经消弧线圈接地系统
        中性点经消弧线圈接地系统中，发生单相接地故障时，中性点电压升高并在消弧线圈上产生感性电流，该感性电流经接地点形成回流通路，可以补偿流过接地点的电容电流，促使接地电流减小，从而实现故障熄弧。如果消弧线圈处于过补偿状态，则故障线路、正常线路零序电流的相位相同，且故障线路的零序电流不一定是所有线路中最大的，这就导致原来的选线方法不再适用，选线难度增加。但是，消弧线圈不影响暂态电流，也无法补偿接地电流中的谐波分量和阻性分量，可以从这些物理量入手实现故障选线。
        3 电力配电网单相接地故障选线技术
        小电流接地故障选线方法较多，其中稳态量法包括零序电流比较法、零序无功方向法、零序导纳法等，暂态量法包括首半波法、参数识别法、行波特征法等，此外还有特征信号注入法、残流增量法等方法。每种方法都有各自的适用场景和局限性。
        3.1信号输入法
        配电系统出现故障时，传感器(空闲)电压输出为0，以这一特性为基础，很容易得出信号的流动方向即为故障线方向，在途径大地接触点后即可返回，从而准确定位故障位置。为尽量消除信号的干扰作用，应选择科学频率完成信号传输任务，建议在初期选择具有便携优势的装置帮助探测信号。自动化电路可以应用在信号的集中处理环节，并需要以传感器装置作为信号的传输出入口。
        3.2中电阻法
        电阻若与线圈开关采取并联方式连接，一旦出现接地故障，那么应根据具体的故障判断选线方式。永久性故障的情况下若有电阻的投入则需要隔一段时间，此时由于在电阻流通情况下将会有空电流出现在故障电路显示表上，应以这一原理作为选线的基本方法;若为过渡故障，虽然各个线路中均有电流变化表现，但故障线路表现得最为明显。不同的电压等级所对应的电阻选择也存在着诸多差异，在结束选线后应立即将并联电阻切除。该种方法所产生的附加电流较大，且从选线方法的本质上来看系统中性点的接地方式己然被改变。
        3.3首半波法
        单相接地往往发生于相电压接近最大值的瞬间，此时故障线路的分布电容因电压降低而放电，非故障线路的分布电容因电压升高而充电，因此可以认为单相接地瞬间故障线路和非故障线路其各自的暂态零序电容电流第一个周波的首半波极性相反。因暂态电流值不受消弧线圈的影响，故首半波法适用于消弧线圈接地系统。具体地，在消弧线圈接地系统发生单相接地的暂态过程中，故障线路暂态零序电压与暂态零序电流首半波方向相反，非故障线路暂态零序电压与暂态零序电流首半波方向相同，据此可以实现消弧线圈系统的接地故障选线。图1是单相接地试验时的实测波形图。系统运行环境和试验条件为：系统中性点经消弧线圈接地，线路电容电流约为65A，消弧线圈补偿74.7A，系统三相对称；试验时，在线路2的C相发生单相经250Ω电阻接地故障。从图1可知，线路2的零序电流的首半波与零序电压首半波方向相反，其他线路零序电流首半波与零序电压首半波方向相同，据此可以判定接地点在线路2上。

        图1消弧线圈接地系统单相经250Ω接地故障录波
        3.4零序电流比较法
        零序电流比较法对于中性点不接地系统基本满足要求，但不适用于消弧线圈接地系统。由上文可知，发生单相接地故障时，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流极性相反，且故障线路零序电流等于非故障线路零序电流之和。根据该条稳态特征，可以实现不接地系统的故障选线。图2是单相接地试验时的实测波形图。系统运行环境和试验条件为：系统中性点不接地，线路电容电流约为10A，系统三相对称；试验时，在线路2的C相发生单相经250Ω电阻接地故障。从图2可知，线路2的零序电流与其他线路零序电流方向相反，故可以判定接地点在线路2上。

        图2不接地系统单相经250Ω接地故障录波
        3.5增量残留法
        以手动谐振接地系统为例，如今其接地方式己经被弧圈接地方式代替，尤其是在处理部分接地故障时该方式能够发挥出更为优异的应用效果，在信号补充值的帮助下能够轻松地掌握电流变化情况。一旦超出设定值，可采取线圈补偿的方式将电流值改变。金属接地故障出现后也能够根据具体的故障表现逐渐显现出来。但由于不同电路有不同的故障表现形式，应从故障的最大变化角度思考解决故障的方式。
        结语
        综上所述，不同电力系统所产生的线路故障原理存在着诸多不同，因此在选择应用选线方式时应以保证电流传输稳定性为前提条件，为配电网的后续完善与优化奠定坚实的基础。
        参考文献：
        [1]刘磊.小接地电流系统单相接地故障分析查找方法及选线装置的应用[J].科协论坛(下半月),2011(11):31-32.
        [2]肖白,束洪春,高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述[J].继电器,2001(04):16-20.
        [3]李雪.小电流接地系统单相接地故障选线研究[D].江苏:中国矿业大学，2017．
        [4]桑在中,潘贞存,李磊,张慧芬.小电流接地系统单相接地故障选线测距和定位的新技术[J].电网技术,1997(10):50-52+55.
        [5]张宏艳,张承学,熊睿,王琦.国内外几种先进的小电流接地系统单相接地故障选线方法分析与比较[J].电力建设,2005(11):41-44+50.
        [6]鲁改凤,化雨,金小兵,任志强.小电流接地系统单相接地故障选线方法探究[J].电力系统保护与控制,2010,38(12):44-49.
        [7]申双葵.小电流接地系统单相接地故障选线的研究[D].四川：西南交通大学,2009.