10kV配電網的單相接地故障選線問題探討

摘 要：在10kV配電網的單相接地故障過程中，接地電流的產生值很小，故障情況也不樂觀。對于接線問題還沒有找到最佳的解決措施。系統在出現單相接地故障時，我們分析其暫態特征可以采用仿真模擬手法，主要是對中性點通過消弧線圈在接地系統產生單相接地故障來模擬。在一個公平周期內我們可以對各線路暫態零序電流進行比較，選出一個通過絕對值比較的故障選線方法。本文就10kV配電網的單相接地故障選線問題進行探討，總結出這種選線方法的原理和步驟。可以得出，實現故障選線的準確性方法，此方法具備較高的靈敏度，不會在過渡電阻和故障合閘角等因素下產生影響。

關鍵詞：10kV配電網；單相接地；故障連線；零序電流

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0072-02

中性點非直接接地方式是10kV配電網的常用方式，這種接地方式通常會導致單相接地故障的發生率最大，80%的配電網總故障率都是發展這種故障。系統的單相接地過程中，接地電流出現最小值、饋線數目也多，而且故障特征也不會經常明顯出現，因此很難對其進行故障檢測，迄今為止這個選項問題也一直沒有找到絕佳的解決方法。

1 現有的故障選線方法的分類和比較

在穩態方法和暫態方法的基礎上組成現有的故障選線方法。穩態選線方法中穩態故障信號不強，消弧線圈的影響會讓它的實際應用效果大打折扣。暫態過渡過程，可以明顯的出現在系統發生單相接地故障中，這個過程中不會受到消弧線圈的影響，且產生的暫態接地電容電流可以用數倍或者數十倍的穩態電流表示。因此，要想獲得較好的選線效果可以采用暫態方法。

各條出線的零序暫態電流峰值的幅值比較可以利用暫態零序電流的幅值比較法完成。暫態電流峰值單一的情況下，故障期間的大量暫態信息會很容易被噪聲干擾而不被充分利用，進而出現誤導判斷的情況。因此，在故障特征的提取上，需要尋求更加可靠的方法。

2 10kV配電網單相接地故障選線和定位的重要性

配電網自身復雜的網絡結構使得配電網通常出現故障跳閘，電氣設備的損壞和繼電器保護越級跳閘，造成大面積的停電等問題且配電網故障率極高，故障的發生不僅會對經濟損失造成直接影響，還會發生嚴重的人身傷亡。雷擊事故、污閃故障、鐵磁諧振過電壓、弧光掃地過電壓等和單相小電流接地故障等原因都會造成配電網故障。其中，6-10kV配電網中的單相小電流接地故障最容易導致配電網故障，且其故障的發生率大概是所有故障次數的80%。

盡管規程表示，10kV配電網發生單相接地故障后配電網絡可以繼續運行2h，我國6～10kV輸電線變壓一側選用的三角形接法不具備中性點引出通常也不會對其進行消弧線圈的安裝，在單相接地故障發生時，非故障線對地工頻電壓升高，用電設備在過電壓狀態下運行，所以單相接地故障會緊接著出現兩點或多點故障和相間短路造成跳閘停電事故或者出現電纜爆炸、PT燒毀等事故，引起不必要的經濟損失和人員傷亡。比如：安徽省的一次小電流接地故障產生的跳閘停電檢修電網，其產生的經濟損失就高達數億人民幣；華北某電廠6kV用電廠曾多次由于輸電電纜單相小電流接地故障造成的開關爆炸事故。所以，我們務必要對單相小電流接電故障的故障點位置進行精確確定，并及時安排相關措施排除故障。

此外，中性點非接地方式通常都在10kV配電網當中。如果線路發生單相接地故障時不能形成低阻抗的短路回路，產生較小的接地短路，僅表現為小電流接地，且網絡結構多為樹枝狀態下輻射型，由單端電源供電。因此，在單相接地故障中，不會對哪一相輸電線上的小電流接地故障進行確定，也不能確定單相接地故障點的具體位置。由此，現在我們都是在單相接地選線采取拉路法，在對接地點進行尋找時采取人工巡線目測法，這種方法的采用不僅會讓電力部門耗費巨大的人力和物力，還不適用于現代的電網高度自動化水平。因此，對于電力系統而言，最大的難題就是小電流接地系統單相接地選線與定位問題。

3 單項接地故障特征分析

從圖1當中我們可以指導，配電網的中性點通過消弧線圈在接地系統發生單相接地故障時組成了零序等效網絡。

系統出現單相接地故障時，暫態的電容電流和暫態的電感電流是故障點的主要暫態接地電流。

零序電壓和暫態電流的暫態分量分別用u 和i 表示：

u =U sin（ t+？準）（1）

i =i +i = e sin t+I cos？準e （2）

——回路自由震蕩角頻率；

L ——線路和變壓器等在零序回路中的等效電感。

通常而言，暫態電容電流i 會由于 / 的值的增加而出現明顯的變化，當處于暫態過程時，二者不會發生補償。

故障相電壓的突然降低會導致電容電流放量的速度加快，產生好幾千赫茲的振蕩頻率，線路的參數故障點位置和故障電阻值會讓振蕩頻率發生變化；充電電容電流流經回路電感會由于非故障性電壓的升高而增加，所以充電電流的衰減速度減慢導致產生數百赫茲的較低振蕩頻率。

綜上所述，系統發生單相接地故障后，暫態電容電流值與暫態接地電流的幅值和頻率息息相關。

4 故障選線原理與步驟

（1）選線判據

暫態電容電流大概在0.5-1個周波內持續出現，不會檢測出具體的故障信息。如果在故障信息檢測當中運用零序電流的峰值來進行檢測，則很容易受到噪聲的干擾產生誤判。因此我們可以在一個公平周期內對所求區的各線路零序暫態電流幅值進行絕對值求和。從而通過對得出的各線路暫態零序電流差值的比較來進行選線。這個方法的優點就是通過暫態過程中大量的故障信息可以讓選線更加精確、合理。

在一個工頻周期內，線路j上的零序電流和N個采集點數據的絕對值之和為：

I = i （k）1（3）

上述公式當中，零序電流在一個周波內幅值的采集點數用N表示，線路j在第k個采樣點的幅值用i （k）表示，則線路i與其他線路的零序電流總和之差的公式為：

△I = I -I （4）

室中，配電網線路條數用i=1，2，…，n表示。

由上可知，系統在發生單相接地故障時會出現最大暫態零序電流，由此在進行選線時，只要是完整線路暫態電流與故障線路暫態電流之差都可以進行選線，故障線路用△I 表示。

△I =min△I ，i=1，2，…，n（5）

單相接地故障包含線路故障與母線故障兩種類型，因此在運用以上選線方法之前，首先判斷故障是線路故障還是母線故障。所偶有非故障線路零序電流之和的值大概是故障線路的零序電流，所有若配電網饋線的條數n（n>3）時發生單相接地故障，不管是哪2條非故障線路零序電流之和都比故障線路的零序電流小；如果單相接地故障類型屬于母線故障，則各線路的零序電流差不多，可以根據選線步驟4進行判別和計算。

計算判據時運用這個方法主要是根據在一個工頻周期內，本線路測量的暫態楞次定律采樣點值的絕對值之和，就好像是把零序電流幅值發達了，然后會讓大信號覆蓋干擾信號，提高防干擾能力。

（2）選線步驟

系統在出現單相接地故障時想知道哪一條饋線是故障線路的基本步驟如下所述：

①采集系統中三相電壓和各饋線的暫態零序電流，采樣頻率為8kHz；

②系統發生故障后通過金屬性接地時相電壓降低為0可以對故障相進行判斷，但是完整的相電壓會升高；

③在一個工頻周期內，暫態零序電流N個采集點數據進的絕對值之和，用I 表示，其中j=1，2，…n，線路總數用n表示；

④挑出所有線路的I 中的三個最大值，排列之后的大小書序分別為I 、I 、I ，在分析故障時，判別公式為I >I +I ，如果結果和公式一樣，就說明線路發生故障，如果結果和公式不一樣，就表示各線路暫態零序電流差不多，不是饋線故障，而是母線故障；

⑤各線路的△I （i=1，2，…n）的計算公式如（4）所述，故障線路是通過相對于線路的△I 的最小值判斷。

5 結 語

綜上所述，本文就10kV配電網的單相接地故障選線問題進行探討，總結這種選線方法的原理與步驟，提高選線故障的靈敏度和準確度，洗完可以為接下來的配電網發展提供幫助。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-11