關于10kV系統小電流選線裝置選線失敗的探究

張碧其

摘 要：在小電流接地系統中，單相接地是一種常見的故障。單相接地不僅影響了用戶的正常供電，而且可能引起絕緣的薄弱環節被擊穿，發展成為相間短路，使事故擴大，同時弧光接地還會引起全系統過電壓，破壞系統安全運行。本文從分析當前小電流選線裝置選線失敗原因的基礎上，提出搞高成功選線的相應措施。

關鍵詞：接地；選線失敗；措施

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A

在我國10kV配電網系統大多采用小電流接地方式，因發生單相接地存在瞬時性，在多數情況下接地絕緣能夠自行恢復；但在發生永久性接地故障時，若不及時處理可能會發展為絕緣破壞、相間短路、弧光放電，引起系統過電壓，有可能引發故障進一步擴大，甚至對人身安全構成威脅。

1 背景概述

龍川縣位于廣東省東北部山區，由于經濟發展滯后，在農配網線路中以架空線為主，電纜線路占比不到5%；而作為山區縣，地形較為多樣山高樹高林密，氣象災害發生比較頻繁，夏季的局部雷雨大風以及暴雨等氣象災害常給電力線路帶來比較大的危害。近年來，農村地區大力發展速生林種植，生長速度快且樹木生長高度往往比架空線對地垂直距離高，給配網線路運行帶來較大的安全隱患，其中對10kV配電網系統單相接地危害更為突出。2年來，龍川地區10kV配網線路發生單接地故障分別是137、96條次，占的配電網故障中占比21%、19%。自2008年以來，我局在變電站10kV系統中逐步安裝了小電流選線裝置，但隨著系統規模和容量的擴大，在10kV系統中已全部采用了中性點經消弧線圈運行，且以運行于過補償方式為主。但從配電網系統運行情況來看，小電流選線裝置選線準確率還處于較低水平。為了防止因非故障相電壓升高而導致故障擴大，同時單相接地故障也給人身安全帶來威脅，所以在發生單相接地故障時必須盡快確定故障線路并予以切除，這就提出了單相接地故障選線問題。

2 小電流選線裝置選線失敗原因的探究

2.1 電力電纜應用較少，系統電容電流數值小

故障線路流過的零序電流是全系統的電容電流減去自身的電容電流，而非故障線路流過的零序電流僅僅是該線路的電容電流，故障線路的零序電流是從線路流向母線，而非故障線路的零序電流是從母線流向線路，兩者方向相反，或者說兩者反相。

小電流系統中，當發生單相接地故障時零序電流來源主要是系統對地電容電流，而系統電容電流的大小與出線線路長度、線路架設特點和線路類型有密切的關系。帶架空地線的架空線相對于不帶架空地線的電容電流要高，電纜出線相對于架空線產生的電容電流要高。但由于架設成本因素，就10kV而饋線而言，基本不帶架空地線，對于一個經濟發展滯后的山區縣來說，電纜敷設更少，一回10kV饋線，電纜長度占比不足2%，故系統電流電容數值會更小。

下面以我局一座35kV變電站為例計算在發生單相接地故障產生的電容電流數值，該站共有10kV出線5回，架空線總長176.8km，電纜最長的出線86km，電纜長度0.3km，最短的出線2.5km，電纜長度0.3km，同桿架設部分不足2km（此處勿略不計），該站10kV系統電容電流6.27A。假設該站最長的出線發生接地故障時，在全系統的電容電流減去自身的電容電流后，則故障線路流向母線的電容電流一次值僅3.65A，此數值非常小，所以很難利用零序電流大小的不同來找出故障線路，是導致小電流選線裝置選線失敗的原因之一。

2.2 中性點接入消弧線圈補償后，使零序電流數值進一步減小

小電流系統中性點接入消弧線圈，如果加裝了自動調諧器后，電容電流數值較注，當接地點電弧電阻不穩定時，零序電流（或諧波電流）數值就更小，可能被干擾淹沒，其相位不一定正確，從而造成誤判。在小電流接地系統中，多采用經中性點接入消弧線圈補償，在發生單相接地故障后，由于極大部分的接地點電弧電阻存在不穩定因素，其次是消弧裝置過補償度不大，零序電流或諧波電流數值會很小，接地基波電容電流與無消弧線圈補償時相反或相同，對于有消弧線圈的小電流系統采用5次諧波電流或零序電流有功功率方向檢測，而5次諧波電流比零序電流又要小20～50倍。在這種情況下，用零序功率方向或5次諧波電流來判斷故障線路，很難找出故障線路。

2.3 零序電流互感器誤差過大，導致選線失敗

龍川地區10kV饋線安裝的大多是外接穿芯式零序電流互感，變比值為100/5和100/1兩種，精確度按保護級選擇。選用保護級零序互感器所測得的零序電流遠小于額定電流值時，綜合誤差較大，在電容電流數值較小的情況下，接地檢測裝置、微機保護在有外部信號干擾的情況下無法保證接地檢測的精確度，對于利用零序電流中5次諧波電流大小、零序電流大小與方向和零序有功、無功功率原理的選線裝置來說難以滿足要求。

2.4 不穩定弧光接地，影響選線成功

在發生單相接地故障時，受隨機因素的變化影響，特別是在大風天氣情況下，樹木在帶電線路附近的擺動，常常是伴隨間歇性的不穩定弧光接地。在這種情況下，電容電流的波形也會不穩定，對應諧波電流的大小也隨時變化，影響選線成功。其次電容電流與變電站出線的數量和長度有著極大的關系，在系統運行方式發生改變時，其對應的電容電流和諧波電流也相應發生變化，造成選線成功率下降。此外，負荷電流的大小和母線電壓水平、故障點的接地電阻的不確定等等，這些都會直接影響電容電流和零序諧波電流的不穩定，影響到選線檢測裝置是否選線成功。

3 提升準確選線的相應措施

3.1 運用多重判劇，排除最大可能的錯誤

在10kV配電網運行中，單相接地故障是以零序電壓的升高為標志的，但零序電壓升壓并不是單相接地故障所獨有的特征，能夠引發零序電壓升高的電網故障還有PT鐵磁諧振、電源缺相、電網局部斷線、PT高/低壓熔絲熔等情況。所以選線裝置在檢測母線零序電壓時，還是檢測母線出線的零序電流。通過判斷線線零序電壓和出線零序電流的大小和相位，運用多重判劇，排除最大可能的錯誤。

3.2 選擇準確度高的專用零序電流互感器

小電流選線可檢測的電流和零序電流互感器有直接關系，電流互感器是利用電磁原理將大電流變為小電流的一種測量元件，零序電流互感器的二次側電流一般為毫安級。所在工程設備先購中首選準確度高的專用零序電流互感器；選取的專用互感器額定一次側電流的選擇應保證系統出現最大接地電容電流時能處在零序電流互感器的線性范圍內，一次側的線性測量范圍盡量向下延伸至0.2A左右，用以適應經消弧線圈接地的小電流接地系統。選用零序濾序器時應使用變比較小的S級電流互感器，一是S級使電流互感器的測量精確線性范圍更寬，有利于測量較小的電容電流；二是較小的變比可使電容電流的二次值較大，有利于檢測裝置的電流變換器采集電流值。

3.3 接線工藝盡量減小誤差和電磁的交叉干擾影響

零序電流互感器二次電纜應采用屏蔽電纜，在屏蔽層兩端應有良好的接地，減少電磁的交叉干擾。在安裝確保零序電流互感器極性接線的正確，在接線端"P1"或"L1"端應朝向高壓母線。零序電流互感器一般裝在電纜頭下方，零序互感器上方的電纜外皮接地線必須穿過零序電流互感器接地。零序電流互感器下方的電纜外皮接地線則不須穿過零序電流互感器，避免開成短路環，造成誤判斷。

結語

隨著技術的進步，小電流接地選線系統的功能將漸趨完善，選線檢測裝置對選線的判劇也將趨向多重化，在工程設計和設備采購中選擇原理與系統實際相適應的設備，采取一定的抗干擾措施等，在工程施工過程中減少失誤，減少零序電流在測量環節的綜合誤差，必將大大提高目前的接地選線準確性和可靠性。

參考文獻

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