基于小電流靈活接地的單相接地處理

林 海，陳顯富

(廣西電網有限責任公司南寧供電局，廣西 南寧 530000)

0 引言

35 kV 及以下中壓配電網中性點接地方式以小電流接地方式為主，主要分為中性點不接地和中性點經消弧線圈接地。然而，兩者各具優缺點。中性點不接地方式簡單經濟，易于查找故障線路，但存在易發生過電壓的問題；而中性點經消弧線圈接地方式可以減少間歇性弧光接地過電壓的發生概率，但諧振接地系統調諧困難和選線準確率不高等問題給人困擾。小電流接地方式的最大優點是當系統發生單相接地故障時，系統供電仍能保證線電壓的對稱性，且故障電流較小，不影響對負荷連續供電，故不必立即跳閘，規程規定可以繼續運行1 ～2 h。但隨著饋線的增多，電容電流也在增大，長時間運行就易使故障擴大成兩點或多點接地短路，弧光接地還會引起全系統過電壓，進而損壞設備，破壞系統安全運行，所以必須及時找到故障線路，在采取必要的負載轉供措施之后將接地故障線路切除。

如果能找到一種中性點接地方式，既能發揮中性點不接地方式和諧振接地的優勢，又能解決弧光接地過電壓和單相接地故障選線技術帶來的難題，這大大有利于提高配電網運行的安全性和可靠性。因此，以開關投切控制系統中性點不接地和中性點經消弧線圈接地之間的切換為基礎，對系統在靈活接地方式下的運行性能和單相接地故障處理及控制方法進行研究和探討。

1 基本思路及原理

中性點經消弧線圈接地的電力系統正常運行狀態下其消弧線圈與中性點保持斷開的狀態，以保證系統中發生單相接地故障之初該系統的中性點是不接地的，小電流接地選線裝置盡快采集此狀態下系統的電信號，并準確的選線，然后測量系統電容電流，調整消弧線圈的電感值，最后恢復系統的中性點與消弧線圈的正常連接，補償故障點的電容電流，達到選線與消弧的目的。

系統正常運行時，開關K 斷開，消弧線圈不接入電網，系統為中性點不接地系統，此時系統的單相接地故障，如圖1 所示。

圖1 單相接地故障示意

圖1 可簡化得到零序等效電路，如圖2 所示。U0為系統中性點的位移電壓，Uψ為系統的相電壓，Id為故障點的接地電流，Rd為過渡電阻，C為系統單相接地電容。ω為系統角頻率，j為虛數單位。

由此可得此時中性點的位移電壓為：

圖2 單相接地消弧線圈未接入時的等效電路

設總共有n條線路，系統的單相接地故障發生在第n條線路。

1.1 消弧線圈投入前各線路的零序電流計算

非故障線路i(i≠n)首端的零序電流為本線路對地零序電容電流，方向為母線流向線路，其零序電流表達式為：

故障線路n首端的零序電流等于所有非故障線路首端的零序電流之和，方向為線路流向母線，其零序電流表達式為：

此時，故障線路的零序電流大小為非故障相零序電流之和，方向與非故障相零序電流相反。通過比幅比相法可實現較為準確的故障選線。

1.2 消弧線圈投入后各線路的零序電流計算

非故障線路i首端的零序電流為本線路對地零序電容電流，方向為母線流向線路，其零序電流表達式為：

故障線路n首端的零序電流等于所有非故障線路首端的零序電流與消弧線圈補償的零序電感電流之和，方向為線路流向母線，其零序電流表達式為：

由此可見，消弧線圈接入后，由于感性電流與容性電流反相，所以對故障線路的電容電流有補償作用，從而減少故障點的接地電流。

2 基本流程及實施過程

當系統正常運行時，中性點的位移電壓U0的值小于系統相電壓Uψ的15 %；當系統發生單相接地故障時，U0快速增大，當U0的值大于等于預訂的閾值，則由(1)式可判定系統了發生單相接地故障。

由式(2)和式(3)可分別計算出非故障線路上的零序電流和故障線路上的零序電流，找出線路中幅值最大的三個零序電流，按照幅值大小順序分別記為若其中一條線路電流的相位方向和其他兩條線路方向相反則該線路發生故障，若3個電流同向則為母線故障。選線流程如圖3。

圖3 小電流靈活接地系統單相接地故障選線操作流程

3 仿真運行分析

根據圖4 所示系統圖，用Matlab 建立仿真模型。該模型總共有6 條線路，包括4 條電纜線路（長度依次分別為10 km，14 km，12 km，20 km)和1 條10 km 架空線，1 條6 km 架空和8 km 電纜組成的混合線路，依次分別記為L1 ～L6。假設系統在線路L4 離母線首端1 km 處發生A 相接地故障。下面根據某一具體配電網建立仿真模型作為實例，采用方法實現單相接地故障選線及消弧線圈的調諧功能。

圖4 小電流靈活接地系統仿真模型

在線路4 首端模擬單相經電阻接地故障，故障發生于0.025 s，接地電阻100 Ω。故障后快速采集1 ～6 條線路首端零序電流信號，進行信號處理，分析得出各條線路的零序電流幅值與相位情況，選出故障線路。

通過信號處理與數據分析可得，線路4 的基波零序電流幅值為 11.584 5 A，為其余非故障線路基波零序電流幅值的4 ～6 倍；此外，線路4 的基波零序電流相位為-144.906 3°，均與其余線路基波零序電流反相。由比幅比相方法可以判斷故障線路為線路4。

選出故障線路后，合上開關馬上投入消弧線圈進行補償，其仿真波形如圖5 所示。

圖5 消弧線圈投入前后的接地故障電流

可以看出，在0.105 s 時刻投入消弧線圈后使接地點殘流幅值從16 A 減少至0.6 A 以下，調諧準確且補償效果極佳。

4 結束語

通過開關靈活控制消弧線圈的接入時序，利用信號采樣裝置采集發生故障時電力系統中性點處于不接地狀態下的電氣量，再采用基波群體比幅比相法來選線，該選線方法準確性高，實現簡便，成本可控，實用性好，不影響現場運行的可靠性和安全性；接入消弧線圈后能夠充分發揮消弧線圈的補償效果，減少接地故障電流，熄滅接地弧光。通過對小電流靈活接地系統進行仿真和分析，結果表明，基于小電流靈活接地的單相接地故障處理方法是切實可行的。