不對稱電流法檢測單相接地故障在10kV配電區域的應用

董瑞彪，白 潔

太原供電分公司，山西太原 030012

1 概述

在小電流接地系統中單相接地的選線和定位一直是當前困擾配電網運行的技術難點，準確的選擇接地線路，查找發生單相接地的區段，可以避免對非故障線路不必要的倒閘操作，保持供電的連續性。為此國內外科研人員不斷的研究這個課題，并且有許多相應的產品在電網中運行。目前國內有多家公司研制和生產接地短路故障二合一的故障指示器，指示單相接地和短路故障，通過觀察故障指示器狀態的變化來查找故障區段。

目前基于故障指示器檢測單相接地故障的原理主要有兩種，一種被稱為有源檢測法或主動式檢測法，另一種被稱為無源檢測法或被動式檢測法。

2 被動式檢測法

被動式檢測法主要包含以下幾種方法：5次諧波法，脈沖幅值法和首半波法。

2.1 5次諧波法

檢測線路電流的5次諧波的變化情況，當5次諧波突然增大，同時系統電壓下降，則判斷為發生接地。

2.2 電容電流脈沖幅值法

該方法是基于單相接地故障發生在相電壓接近最大值瞬間這一假設來檢測的。在發生單相接地的瞬間，故障相的對地電容會對接地點放電，從而產生一個放電的電流脈沖，該放電脈沖具有以下特點：1）在接地故障的瞬間，接地點出現一個頻率很高幅值很大的暫態電流，暫態電流分量的幅值比流過同一點的電容電流的穩態值大幾倍到幾十倍；2）在接地瞬間故障相電容電荷通過故障相線路向故障點放電，而故障線路分布電容、分布電感和電阻對高頻率的暫態分量具有衰減性；3）由于所有非故障線路的暫態電流均流向故障線路，經故障點回到大地，導致故障線路從變電站到故障點之間的暫態電流幅值最大。

2.3 首半波法

這種方法基于的原理也是單相接地故障發生在相電壓接近最大值瞬間這一假設來檢測的，于是在發生單相接地的瞬間，故障相的對地電容會對接地點放電，從而產生一個放電的電流脈沖，與電容電流脈沖幅值法不同的是，該方法不是比較幅值大小，而是采樣接地瞬間的電容電流首半波與電壓波形，比較其相位。當采樣接地瞬間的電容電流首半波與接地瞬間的電壓同相，同時導線對地電壓降低，則判斷線路發生接地。

比較以上3種方法來說，首半波法的準確率最高，但實踐證明其可靠率也只有60%～70%，主要原因是雷擊造成的一些故障其暫態信號很復雜，往往與接地特征很相似，導致其誤動率較高。而且他是基于單相接地故障發生在相電壓接近最大值瞬間這一假設來檢測的，而有些外力導致的接地會發生在工頻過零點附近，此時導線對地的的分布電容沒有被充上電，因此沒有接地放電脈沖產生，因此也無法檢測。

3 主動式檢測法——不對稱電流法

為了確定小電流接地系統接地故障點所在的出線、分支和區段，該系統用不對稱電流源使故障線路上的負荷電流疊加一個具有明顯特征的電流信號作為接地故障判據，特征電流流經故障線路、接地故障點和大地返回不對稱電流源。掛在線路上的故障指示器檢測到該電流信號后自動翻牌，從而指示出接地故障點所在的出線、分支和區段。這種方式克服了現有產品準確度低的缺陷，解決了單相接地故障定位的難題。

當不對稱電流源檢測到開口三角電壓升高到設定值（或者準電子PT檢測到接地故障發生）并持續5s后，控制內部的高壓交流接觸器工作，使得故障線路上產生具有特殊特征的電流信號。

該系統具有很高的安全性，不對稱電流源產生的信號不影響變電站主變、接地變、消弧線圈及線路的正常運行（相當于一個阻性負荷投入和退出），不對稱電流源在系統正常運行時與一次線路完全隔離。同時由于不對稱電流源產生的信號是低頻純阻性的，還可以消除諧振，抑制過電壓，降低過電壓對系統的危害。由于不對稱電流源使故障線路上流過具有明顯特征的電流信號，掛在線路上的指示器檢測到該特殊信號后才會給出故障指示，因此該檢測方法不受系統運行方式、拓撲結構、中性點接地方式的影響，檢測準確率很高。

不對稱電流源一般安裝在變電站內，當變電站內無消弧線圈時，應選用母線型的不對稱電流源，其內部有三相交流真空開關和變電站母線的三相通過高壓電纜相連。當變電站內有消弧線圈時，則選擇消弧線圈型不對稱電流源，該不對稱電流源內部只有一個交流真空開關，安裝時只要將不對稱電流源與消弧線圈并連即可。

考慮到有些變電站內部無空間隔、停電不好安排或部門之間不好協調等因素，為了更簡單的安裝不對稱電流源，我公司又研發了戶外型不對稱電流源。該不對稱電流源可以安裝在線路上某配電變壓器附近，內部采用電子PT代替變電站的電磁式PT，電源直接取自配電變壓器。該方式為獨創。

上圖中不對稱電流源由高壓真空開關K1、K2、K3、高壓二極管D和高壓電阻R組成，電阻R為400W。當系統發生單相接地故障時（如C相），不對稱電流源檢測到開口三角電壓升高到設定值（或者電子PT檢測到接地故障發生）并持續5s后，控制內部的高壓開關（K2）閉合，這樣使高壓二極管D和電阻R通過大地接在故障相與其它健全相 (如圖中的C、B兩相)之間，從而使故障線路上的負荷電流又疊加一個有特殊規律的直流脈動電流信號，該電流流經故障線路、接地故障點和大地返回不對稱電流源。掛在線路上的故障指示器檢測到該電流信號后自動翻牌，從而指示出接地故障點所在的出線、分支和區段。

在我太原供電分公司35kV泥屯變電站供電區域內，采用主動式檢測法——不對稱電流法，安裝了故障指示器檢測單相接地故障的線路故障定位系統。根據泥屯變電站運行方式，在10kV東青善線上安裝1臺檢測信號發生裝置，在5條10kV的出線上安裝了84套故障指示器，22臺數據轉發站，在農電線路班值班室安裝通訊前置機1臺，后臺監控系統1套。試運行以來，系統運行穩定，各項功能使用正常，故障指示正確，大大縮短配電網的故障查找時間，提高電網運行管理水平，對供電可靠性的提高也具有重要意義。

4 結論

目前，線路故障指示器是可以指示線路故障電流通路的裝置，由于可快速確定相間短路及接地故障區段。已經廣泛應用于架空、電纜線路或與開關柜、箱變等一次設備配套，能夠迅速、準確判斷故障線路和故障點，性能穩定、精度高、抗干擾能力強等。接合超聲波通信技術和無線、GSM通信技術，可以構成故障遠程監控系統。

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