關于小電流接地系統單相接地故障選線研究

陳劍

摘 要：小電流接地系統能較好地提高供電可靠性，在我國中低壓配電網中具有廣泛的應用，但在實際的應用過程中，小電流接地系統發生單相接地故障的幾率很高，如果沒有及時地排除故障線路，就會影響供電系統的安全。文章在小電流接地系統單相接地故障特征的基礎上，結合目前常用的選線方法，提出了一種基于模糊理論的多判斷依據綜合選線方法，希望能給實際工作提供一些參考。

關鍵詞：小電流接地系統；故障選線

中圖分類號：TM713 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0107-02

小電流接地系統就是中性點非直接接地系統，包括了中性點不接地系統、經消弧線圈接地系統以及經高阻接地系統。由于技術水平等因素的影響，不同國家在電網建設中對中性點的處理方式具有很大差異。

在我國的3～66 kV中低壓配電網中，通常采用中性點不接地系統或者經消弧線圈接地系統。據相關統計數據表明，在電網系統故障中，單相接地的故障所占比例最高，達80%以上，而在小電流接地系統中，單相接地故障的發生，不會形成短回路，三相線依然可以繼續供電，但是隨著電網建設的推進，由于沒有可靠的選線方法，小電流接地系統單相接地故障越來越復雜，而現有的配電網自動化系統，無法定位小電流接地故障，因而影響了小電流接地系統的使用。

1 小電流接地系統單相接地的故障特征

1.1 中性點不接地系統單相接地故障

在現有的配電網系統中，電源的三相電動勢相同，而電網的線電壓為電源兩相電動勢的差。

在日常運行中，每條線路與大地之間的電容一樣，中性點沒有電壓，當單相接地故障發生時，三相與大地之間通路的對稱性被打破，中性點的電位會發生變化，使沒有接地的兩相電壓值升高。

在單相金屬性接地故障時，該相與大地直接連通，電壓變為0，而中性點的電壓成為相電壓，其余兩項電壓變為原來根號的三倍，導致配電網中出現零序電壓。

1.2 中性點經消弧線圈接地系統單相接地故障

由于中性點不接地系統發生單相接地故障時，接地點會產生電流，如果這個電流很大，就可能會引起弧光過電壓，導致其余兩相對地電壓變大，促使導線外表的絕緣層損壞，造成多點接地故障，嚴重時會導致大面積的停電事故。如果在中性點加入電感線圈，那么在發生單相接地故障時，就可以抵消接地點的電容電流，降低多點接地事故的出現，但是消弧線圈的使用會改變故障線路零序電流的方向和大小。

為了解決這個問題，人們提出了全補償、欠補償、過補償三種方式，由于全補償會導致電源中性點電壓變高，損害設備的絕緣層，目前應用得很少；欠補償會影響線路的檢修等工作，應用也比較少；大多數配電網的建設中，都會采用過補償的方式。

2 現有小電流接地系統單相接地故障的選線方法

2.1 零序電流比較法

當小電流接地系統發生單相接地故障時，故障元件中的零序電流，在數值上與全系統非故障元件的對地電流相同，因此故障線路上的零序電流最大，而且與沒有故障的零序電流方向不同，這樣通過比較零序電流的幅值和相位，很快就能發現故障。在實際的應用中，諧振接地系統中的消弧線圈，能夠補償零序電流，因此該方法無法發揮作用，此外零序電流比較法還會受到線路長短、電流互感器不平衡電流和過渡電阻等影響。

2.2 諧波法

受到實際因素的影響，大多電氣設備都是非線性的，使得故障電流中會存在諧波。大量的實踐研究發現，故障電流中以五次諧波分量為主，由于諧振接地系統中的消弧線圈會按照基波整定，對五次諧波的影響很小，可以忽略不計，因此在小電流接地系統和諧振接地系統中的五次諧波分量相同，如果利用電流的幅值和相位進行比較，就能夠很好的解決選線問題。在實際的使用過程中，單相接地故障產生的諧波，受到諧波源、故障位置等因素影響較大，通常情況下，故障電流中的諧波很少，而且極其不穩定，導致檢測的靈敏度較低，應用的效果較差。

2.3 能量法

經過接地后零序電流和電壓構成能量函數，可以得出沒有發生故障線路的能量總是在0以上，而消弧線圈的能量函數，和沒有故障線路類似，因此配電網中沒有故障線路的能量，都是由故障線路傳遞出去的，導致故障線路的能量總是在0以下。這樣比較能量函數的大小和方向，就能夠判斷具體接地的線路，電網在實際的運行中，零序能量函數包括電感和電容能量，兩者之間會不斷地進行交換，使得能量函數與故障產生的能量不符，影響能量法應用的效果。

2.4 有功分量法

由于故障電流中有有功分量，沒有故障線路中的有功分量，都是從故障點返回的，這樣利用線路中的有功分量的大小和方向，就能夠選出故障的線路。從某種意義上來說，這種方法是零序功率方法的變形，將原來的零序電流和電壓比向范圍，從90 ？觷增加到了180 ？觷，為選線提供了有效保障。但在實際的檢測中，沒有故障線路和消弧線圈產生的有功分量很小，加上間歇性接地故障等影響，有功分量法沒有足夠的可靠性。

2.5 殘流增量法

在實際的配電網系統中，自動調諧消弧線圈應用得越來越多，在發生接地故障后，可以自動調節到最佳補償狀態，促進故障熄弧，殘流增量法就是利用這種補償度的改變，選擇出發生故障的線路，但是這種方法受到間歇性接地故障和弧光接地故障的影響很大，在面對復雜的故障時可靠性不夠。

3 小電流接地系統單相接地故障選線解決措施

通過分析現有小電流接地系統單相接地故障選線方法發現，目前使用的方法都存在一定的局限性，使得選線結果沒有足夠的可靠性，要想很好地解決這個問題，最佳的方法是結合多種選線方法，對選線進行綜合性的判斷，發揮不同選線方法的優勢，增加正確選線的故障范圍，提高選線結果的準確性。在實際的應用中，每種選線方法的使用都有前提條件，在某些特定的條件下，一種選線方法可能無法適用，但是必然會有其他的幾種方法適用，利用多種方法判斷故障的重復區域，必然會比一種方法判斷的結果更加可靠，這是多種選線方法綜合應用的最大優勢。如果遇到某個故障，每種方法的應用條件都無法滿足，可以對這些條件進行融合，得到一個充分可信的判斷結果，如綜合幾種故障判斷方法后，得出3個判斷依據，分別對應3種選線方法，那么不符合這些判斷依據的故障就可以采用除這3種選線方法之外的其他方法。

4 結 語

小電流接地系統在我國中低壓配電網中，得到了廣泛的應用，單相接地故障選線，對于我國中低壓電網運行的可靠性，具有非常重要的意義，經過了多年的研究和實踐，目前有很多小電流接地系統選線的原理和方法，每種方法都有自身的優點和局限性，導致小電流接地系統單相接地故障選線，依然是影響電網穩定的一個難點。

本文根據不同選線方法的特點，提出了多判斷依據的綜合選線方法，結合實際小電流接地系統的工作情況，可以隨意的選擇多種判斷依據，相信隨著技術水平的提高，選線判斷依據會得到不斷的完善，使得不同判據之間的互補性得到增強，從而提高實際選線的效果。

參考文獻：

[1] 束洪春，司大軍.一種利用衰減直流分量的諧振接地系統故障選線方法[J].中國電力，2006，（2）.

[2] 王耀南，霍百林，王輝，等.基于小波包的小電流接地系統故障選線的新判據[J].中國電機工程學報，2004，（6）.

[3] 薛永端，徐丙垠，馮祖仁，等.小電流接地故障暫態方向保護原理研究[J].中國電機工程學報，2003，（7）.

[4] 戴劍鋒，張艷霞.基于多頻帶分析的自適應配電網故障選線研究[J].中國電機工程學報，2003，（5）.

[5] 張新慧.小電流接地系統單相接地故障檢測方法分析[J].淄博學院學報（自然科學與工程版），2002，（3）.