10kV線路單相接地故障隔離方法探討

【摘 要】單相接地故障常見于10kV電網線路，為減少接地故障發生率，提高配電網供電能力，本文提出了中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式，詳細闡述了該方法原理及相關隔離策略，有效的隔離電網線路故障，從而更好地消除接地故障。

【關鍵詞】電網線路；接地故障；數值分析；隔離策略

在10 kV配電線路運行中，經常容易發生單相接地故障，，線路發生單相接地故障后，故障電流極小，故障特征不明顯，故障定位困難，所以給電網故障檢修工作帶來一定難度。為此本文提出了中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式，該方法既發揮消弧線圈補償電容電流、提高單相接地故障自恢復概率的作用，而且利用并聯電阻抑制過電壓和實現單相接地故障選線，大大提高了電網故障檢測力度，從而能更快解決故障問題。

1 中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式

1.1 中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式的提出

中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式汲取經消弧線圈接地方式的優點，即單相接地殘余電流小、可持續供電，以及中性點經電阻接地的優點，即過電壓水平低，滿足接地保護動作靈敏度要求等，彌補經消弧線圈接地或經電阻接地單一運行方式的不足，既有利于瞬時故障熄弧，限制甚至消除發生間歇性弧光接地及其他諧振過電壓的可能性，又便于永久性接地故障的檢測。

1.2 中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式的構成

中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式下的中性點設備主要由自動調諧消弧線圈（此處以調容式消弧線圈為例）、接地電阻器、控制器三部分組成。此外還有提供10kV系統中性點的Z型接地變壓器，用于測量的中性點電流互感器、電壓互感器、線路電流互感器等，構成方式如圖1所示。

圖1 中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式的構成

圖中：

B—Z型接地變壓器，提供系統中性點

L—消弧線圈，補償電網電容電流

C—可調電容器組，調節消弧線圈補償電流

Rn—接地電阻器

PT0—中性點電壓互感器，獲取中性點位移電壓

CT0—中性點電流互感器，獲取中性點電流

PT—母線電壓互感器，獲取母線線電壓及開口三角電壓

CT1、CT2～CTn—線路零序電流互感器

由控制器對電流、電壓互感器的測量數據進行計算分析，完成監測電網電容電流、自動調節消弧線圈電感量、自動控制接地電阻的投切和自動選擇故障線路等功能。

在10kV電網中，根據規程規定，中性點長期并聯電阻Rn取1200歐姆，發生永久性單相接地故障時中性點并聯電阻Rn由1200歐姆變為150歐姆，為單相接地故障的檢測提供了足夠的故障信息。

1.3 中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式的工作原理

1.3.1 電網正常運行

當電網正常運行時，中性點接入消弧線圈，并在消弧線圈的兩端長期并接中性點電阻器，充分發揮該電阻器抑制串聯諧振過電壓的作用；若裝置采用預調節方式，則實時跟蹤電網參數的變化，需要調整時，控制器發出指令自動調整消弧線圈的擋位，始終保證消弧線圈工作在殘流最小的最佳工作點，等待電網接地故障的發生；若裝置采用跟蹤調節方式，則裝置只實時跟蹤電網參數的變化，不需要實時調整消弧線圈的擋位，只在電網發生單相故障時迅速調節消弧線圈的擋位至殘流為最小的最佳補償擋。

1.3.2 瞬時性接地故障或擾動

當電網發生瞬時性單相接地故障或三相合閘嚴重不同期等擾動時，若裝置采用預調節方式則自動閉鎖消弧線圈的調節回路，若采用跟蹤調節方式則快速調整消弧線圈工作在殘流為最小的最佳工作點；充分發揮消弧線圈和中性點接地電阻的補償和限壓作用，促使瞬時性故障自動消失，有效地限制了鐵磁諧振與弧光接地過電壓對電網的危害，避免了由此引發的絕緣薄弱環節擊穿、避雷器爆炸、電纜對地擊穿短路、虛幻接地等異常現象的發生。

1.3.3 電網發生永久性單相接地故障

當電網發生永久性單相接地故障時，控制器對中性點并聯電阻進行投切，通過中性點并聯電阻的投切，為故障檢測提供了充分的信息，便于準確快速地檢測出單相接地故障。

2 中性點經消弧線圈并聯電阻接地

方式下的單相接地故障原理分析10kV電網中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式下發生永久性單相接地故障時，中性點接地電阻產生的阻性電流只流經中性點至故障線路接地點電源側的部分，單相接地故障的電網等效電路如圖2所示。

通過分析可知：10kV電網中性點經消弧線圈并聯電阻接地方式下發生永久性單相接地故障時，通過中性點電阻的投切，在流經故障點到電源側線路的零序電流有功分量存在一個突變量，可以通過檢測此突變量來檢測單相接地故障。

3 數值仿真分析

3.1 單相接地故障的隔離策略

在10kV架空線T接用戶支線的進線處安裝智能檢測單元，若用戶支線發生單相接地故障，智能檢測單元通過零序有功增量法檢測故障，根據需要可以加裝分界開關，分界開關經過一定延時后自動分閘，變電站及饋線上的其他分支用戶感受不到故障的發生，用戶支線的單相接地故障被成功隔離。

3.2 單相接地故障隔離的仿真計算分析

以某變電站10kV側母線所連設備和線路為仿真計算原型，建立ATP數值仿真模型。

針對047出線制锨廠線41-1號分支末端（分支內）發生單相接地故障進行仿真計算，單相接地過渡電阻設置為1000歐姆，計算結果如表1所示。

表1 中性點并聯1200歐姆電阻時（脫諧度為-0.1）計算結果

針對047出線制锨廠線7號環網柜016號分支末端發生單相接地故障進行仿真計算，計算結果如表2所示。

表2 中性點并聯1200歐姆電阻時（脫諧度為-0.1）計算結果

通過分析仿真結果可以得出：區內發生過渡電阻1000歐姆以內單相接地故障時智能檢測單元安裝處的零序電流有功增量在3.8A以上，而當區外發生過渡電阻1000歐姆以內單相接地故障時智能檢測單元安裝處的零序電流有功增量極小，數值在1mA以下。

4 結論

總之，通過該方法能對單相接地故障進行準確的隔離，在此基礎上，電網工作人員還要加強對10kV線路接地故障的運行分析，積累運行經驗，結合隔離方案，更快地排除各類運行故障。只有這樣，才能大大提高供電可靠性，降低供電企業責任事故的發生率，有利于提高電力企業的生產運行和經濟效益。

【參考文獻】

[1]蔡雅萍.10kV配電網中性點靈活接地方式及接地故障檢測系統的研究[J].中國電力科學研究院，2002.

[2]張軍.配電網單相接地故障奮力實現方案研究[J].城市建設理論研究，2012（17）.

[責任編輯：丁艷]