许世明 张嘉玮
山东省电力公司青岛市即墨区供电公司 山东 青岛 266200
摘要：配电网主要作用是向用户分配电能，其网络庞大，结构复杂，分布面广，易产生各类故障，其中线路单相接地故障占比80%以上。国内外普遍存在配电网接地故障的难题。目前中国中低压配电网较为广泛地采用小电流接地系统，因单相接地后三相线电压基本保持不变，国内传统运行规程规定小电流接地系统发生单相接地允许接地运行1～2h。近些年来，随着国内电网的不断发展，城市中心变电站电缆出线越来越密集，电缆沟道数量亦急剧增加，电缆线路接地后若弧光长时间存在，会加重对故障点的破坏，严重时造成相间故障，甚至引发火灾造成电缆群伤事件或大面积停电。欧洲国家中，除奥地利、德国允许小电流接地系统继续带电运行外，其他国家都是在检测到发生接地故障且经过一段时间不能自行熄弧后直接跳开故障线路。亚洲的日本也采用直接跳开故障线路的做法。国内的广东电网等单位已开始优化中性点接地方式实现接地快速跳闸的功能。
关键词：小电流；接地选线；跳闸技术
引言
现阶段，我国中低压配电网中性点接地方式有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地。前两种接地方式在发生单相接地时电流小，因此被称为小电流接地系统。在配电网中，单相接地故障最容易发生，由于电流小，线路不用跳闸且能继续运行，提高供电可靠性。若单相接地故障发现慢，则可能发展成相间短路故障，损坏设备，扩大故障范围，严重影响供电的可靠性。因此，国家电网公司修改了配电网运行规程，在《配电网技术导则中》要求对于永久性小电流接地故障要求及时发现，及时排除，实现故障快速就近隔离。这使得小电流接地系统单相接地故障选线的研究变得越来越紧迫。
1灵活并小电阻选线
该方案中，当系统发生单相接地时，若接地故障持续1～10s，则消弧线圈自动并小电阻接地，接地回路零序电流升高，利用馈线零序保护动作跳闸。无论馈线回路跳闸与否，小电阻持续投入0．1～10s自动退出，系统恢复为消弧线圈接地方式。若接地消除，则装置自动复归;若接地故障仍存在，则靠人工断开故障线路。该方案施工难度与成本不高，即使馈线回路跳闸不成功，但选线装置仍能正确发出信号，因此理论上选线正确率高。但实际运行电网中接地情况复杂，馈线零序保护定值整定困难，灵活并小电阻选线法对于复杂故障可能难以准确判断。因接地时并小电阻对一次系统有较大影响，该方法会造成故障回路零序电流升高，使电弧可能更大。另外，控制器发生故障，在并接小电阻无法自动退出时，容易被烧坏，对零序CT容量要求也较高。
2小电流接地选线难点
目前小电流接地系统选线的难点是由于电流小，导致故障信号不易提取无法增却选线。特别是当发生高阻接地故障时，故障点有很高的过渡电阻，其阻值甚至达到上千Ω，从而导致故障特征极其不明显，不易找出差距，不易检测与辨识。目前的接地选线技术在发生高阻接地故障时很难检测，有研究表明，在高阻接地时，传统检测成功率不足20%[3].在我国，配电网发生导线坠落大地等高阻接地的情况时，会有人身触电等潜在风险，并且，也发生过多起此次事故，因此，高阻接地的检测与选线亟待解决。
3灵活并中电阻选线
该方案中，当系统发生单相接地时，若接地故障持续1～10s，则消弧线圈自动并中电阻接地。中电阻投入持续0．1～10s后自动返回。
消弧线圈中性点处零序电流与各线路零序电流进行相位比较判断出接地线路，接地装置再进行告警、跳闸。灵活并中电阻选线方案对零序CT要求不高，施工难度与成本相对较低。但该方法因一个判断逻辑的最多选线条数未受限制，若选线错误则存在多条线路误跳的风险。接地时并中电阻对一次系统有较大影响，会造成故障回路零序电流升高，电弧可能更大。此外，灵活并中电阻选线方案对一次电缆屏蔽层接地方式要求高，且每套装置所接回路数少。
4故障选线结构
文中基于暂态量法与稳态量法两类中已有的几种选线方法：小波包法、五次谐波法、基波比幅比相法和零序有功功率法，从零序电流信号中提取各特征量并计算各自的故障测度，GA-BP神经网络基于四种故障测度数据进行训练并输出选线结果。为GA-BP神经网络选线结构框图。
5分布式选线跳闸
分布式小电流接地选线方案是将接地选线功能分布集成于10～35kV的线路保护装置中。当本线路的接地概率最高时，则经延时率先跳闸。若跳闸后“选跳错误重合闸延时”内故障消失则判定选线跳闸成功，否则判定为选线跳闸错误。若选线跳闸错误，并且重合闸功能未投入，则继续跳其他可能接地的线路;若选线跳闸错误，并且重合闸功能投入，则经延时重合线路，线路重合后0．2s继续跳其他可能接地的线路，最多跳3条线路，若选线跳闸成功，则保护复归。分布式选线跳闸法选线跳闸成功率较高，一个判断逻辑最多可选择3条概率最大的线路，即使错误选线也不会造成多条线路跳闸。若选线失败则自动重合，且与线路本身重合闸是两个完全独立的逻辑，不相互影响。此外，该方法将功能集成于线路保护CPU中，不需增加额外设备，在新建与改造站中特别适用。因仅对二次设备进行改造，不会对一次系统造成影响;且设备运行较为稳定，故障率低。但是，分布式选线跳闸法对诸如3s内两条线路同时发生同相接地的复合故障不能正确选线。针对已投运站，站内必须是同一厂家且版本较新的装置才能实现升级，因此适用范围较小，且对现场已有的保护装置要求高，施工时需对每套保护装置更换CPU或升级，重新配置装置二次线，费用较高，施工难度大，停电时间长。另外，该方法对零序CT的极性、一次电缆屏蔽层接地方式的要求较高。
6零序导纳法
该方法原理是，在故障前后非故障相零序导纳的大小与相位不会改变，而故障相的会改变。通过故障前后的对比，导纳值变化了的线路即为故障线路。优点在于不受过渡电阻的影响。其缺点是受电网不平衡电流影响较大。文献[9]考虑到三相不平衡电流，优化了故障特征使故障与非故障线路的故障特征量有明显的区别，提高了零序导纳法选线的准确性。
结束语
随着城市配电网的不断发展，电缆线路越来越密集，电缆沟道数量急剧增加，对快速切除电缆线路单相接地故障的要求越来越高，对比开展了小电流接地系统单相接地故障时快速切除故障的研究与试点。首先，对灵活并小电阻选线跳闸、灵活并中电阻选线跳闸、主动干预灭弧、分布式选线跳闸、集中式选线跳闸共5种接地选线跳闸方案的动作逻辑、主要优缺点进行了介绍及评述;然后，通过某电力公司试点建设的动作数据及运行经验，分析认为通过二次设备改造的分布式、集中式选线方案准确率较高，且不会对一次系统造成影响;最后，通过逐级配合选线跳闸后不会扩大停电范围，建议已投运变电站推荐集中式单相接地选线跳闸方案，新建与改造变电站推荐分布式单相接地选线跳闸方案。
参考文献
[1]李天友,王超,陈敏维,薛永端,黄建业.典型小电流接地故障实例及暂态选线分析[J].电测与仪表,2019,56(02):116-122.
[2]刘伟.小电流接地系统单相接地故障选线装置研究[D].湖南科技大学,2018.
[3]樊海东.小电流接地系统单相接地故障选线问题分析[J/OL].电子世界[2021-04-20].https://doi.org/10.19353/j.cnki.dzsj.20181008.002.
[4].小电流接地故障选线及定位技术[J].供用电,2018,35(10):85.
[5]陈瑞霞.小电流接地配电网故障选线新方法[J].电子技术与软件工程,2018(16):236-237.