電力配電網單相接地故障選線技術的發展

葉 青 平靜洋 崔 凱 陳炳杰

（國網河南省電力公司洛陽供電公司 河南洛陽 471000）

1 引言

伴隨著工業，農業和城市建設的快速發展，城市電網的大容量負荷和城網電纜化建設，不僅增加了每個站的出現量，不能自動熄滅的因弧光導致產生相間短路和不斷增多的間歇性的過電壓故障，為了提高供電網的穩定性，現代電網建設基本改為諧振接地等方式。

2 故障選線的策略

根據信號利用的穩態或暫態的分量來故障選線，基本分為暫態選線和穩態選線2大類。增量殘留費，信號注入法，中電阻等方法都屬于穩態選線，但暫態法是暫態選線。根據來源的信號劃分，選線方法又能分為被動式選線和主動式選線，但是需要安裝特定的設備才能進行主動式選線或者其他設備幫助，系統運行的狀態改變一次來合理利用他產生的附加信號，實現選線還可以向系統輸入專用信號；不需要任何就可以被動選線只需要系統產生的新信號就可以實現選線。

2.1 信號注入法

在系統發生故障的時候，處于空閑狀態的接地電互感器壓的輸出為0，通過該傳感器向系統藕和一的電信號，這種電信號可以沿著母線或者故障線的接地流動，在經過大地或者故障點的時候返回，這樣就可以根據信號的返回路線找到故障線路和故障點。為了保證各次諧波分量以及工頻分量的干擾，需要在各次諧波之間選擇合適的頻率注入信號。在早期的時候，選擇故障線路通常使用便攜式信號探測裝置，這不僅費時而且還費力更容易被電廠的強磁環境干擾。所以后來使用分散采集信號來集中處理，這雖然可以自動選擇電路，但是需要把專用信號傳感器安裝在每條線路的出口處。后來科學家在以注入單頻信號的基礎上提出注入變頻信號，而且還根據中性電壓在故障后的大小選擇合適的注入電流通過消弧線圈t v以及故障相t v。這種方法在高電阻接地故障中的表現相對較好。

2.2 增量殘留法

手動調諧消弧圈在諧振接地系統中已經被自動調諧消弧圈逐步取代了。發生接地故障的時候，處于最佳補償狀態下的自動調諧消弧圈對故障熄弧有非常重大的幫助。通過自動調諧線圈在改變補償度時觀察各個出線路的電流變化情況選擇正確的故障線路就是增量殘留法。在接地故障連續時間大于閥值的時候，就可以認為這個接地故障是永久的。所以可以在這時候把消弧線圈的補償電流改變一下。在金屬性接地故障的時候，電流的變化僅僅能夠在故障電路中表現出來。但是對于有過度電阻的故障，每條出線電流都會有不同的變化，但是最大的變化還是故障電路，所以可以根據這方面確定故障電路。在當代，很多自動調諧的消弧線圈都可以完成增量殘留選線。考慮到消弧線圈帶負荷調諧的制約會影響到系統安全，所以改變較小量的故障點殘留電流。一般在8A左右。而且根據不同的方式調諧消弧線圈，改變殘留的時間通常在幾秒或幾分鐘之間。為了避免因為帶負荷直接調諧會給消弧線圈帶來損傷以及沖擊，可以把消弧線圈串聯或并聯電阻或電感。

2.3 中電阻法

并聯一個電阻在消弧線圈通過開關，如果發生瞬時性接地故障的時候，不投入電阻；如果接地故障是永久性的，投入電阻就要推遲一段時間，有功電流在這個電阻產生僅通過故障電路，可以根據這個原理實現選線。但是需要特別關注的是，電流變化在金屬性接地故障的時候僅僅表現為線路零性序電流變化，如果過度電阻存在于故障點，雖然電流在各個出線零序都有表現，但是故障線路還是最大。不同的電壓等級，不同的廠家都會選擇不同的電阻，阻值也不會相同，所以他們產生的電流也不會相同，所以立即切除電阻在選線結束的時候。從根本來說，增量殘留法和中電阻法基本是相同的選線方法，它們主要的區別是前者的附加電流遠遠小于中電阻法產生的電流，在某種方面，系統中點性接電方式已經被改變了。

2.4 暫態法

在基于線路分布參數的各種電力接地故障的模型中深入研究了故障暫態特征，發現了直流分量的故障，首次在所有的串聯諧振頻率間的所有頻段內全部線路阻抗都會顯示抗容性，這全部可以等價于集中參數的電容。證明了SFB內包括了暫態零序電流的很多能量而且故障線路的幅值比較大，流向和極性與完好線路完全相反，根據這個原理可以正確找出故障電路。在SBF外，沒有統分布規律的暫態信號，對選線有嚴重干擾作用，所以一定要剔除。除此之外，情況比較復雜的監測系統運行狀況會嚴重影響監測結果。

3 每種選線的特點分析

不管選擇哪種選線原理，都必須有一個核心原件在選線裝置中，把所需信號的處理，采集，計算并及時記錄選線結果以及各種情況等主要功能。被動式選線的核心單元是暫態選線裝置。中電阻法和注入法不僅僅有核心單元裝置，還要附加其它的中電阻和專用的信號注入設施。

3.1 選線的穩定性

在一定條件的外界干擾下，每一種的檢測方法的可靠性都和它使用的信息量有關。使用的信息量越多，就會有越大的信噪比，就會有越高的檢測穩定性。在同一個時間段里，信號的幅值利用越大，就會有越高的可靠性。從另一方面來說，越長時間的利用信號，例如，選線重復，就會有越高的穩定性。

因為遠態分量遠小于故障電流的暫態分量。但是信號注入法，增量殘留法，中電阻法可以重復選線，所以對接地故障的穩定性用這幾種選線都有很高的滿意穩定性。

對于間歇性接地，弧光接地等故障，因為不穩定的故障點，就會頻繁破壞穩態信號從而使穩態選線的可靠性被降低了。尤其是高阻接地故障，每種選線的穩定性都會有顯著的下降。

3.2 安全性能

安全性能在選線裝置方面主要有兩方面。一方面體現在選線裝置在正常工作的時候不會危害其他設備和不損壞一次性系統，另一方面，表現在裝置的自身安全，發生事故時不擴大事故范圍或者不發生任何事故。

除了核心裝置外，主動式選線的方法還需要其他設備輔助或者安裝專用設備。比如注入信號設備，并聯消弧線圈的中電阻和把消弧線圈的補償度改變一等下.通過這些附加操作或者附加設備可以進一步增加系統的安全性。很多主動性選線的方法都加入了故障電流的故障點，尤其是中電阻選線的方法增加了數十倍安培的電流。雖然只有較短的時間增加電流，但是也與把故障電流減小來保障自動熄弧的原則相違背，這把故障點的破壞程度加大了，尤其還會引發電纜的兩相短路和更為嚴重的故障。

4 結語

諧振接地系統在配網中的單相接地故障選線原理有很大差異，設計裝置，操作方式也有很大不同，所以對用戶使用的要求和現場工程安裝也有很大的差異，但是設計裝置能夠滿足大部分的現場需求。可是要注意不管采取哪一種選線方法都要確保信號的準確性，比如零序互感電流的統一型號問題和極性一致的問題。