基于熱穩(wěn)定原理的中性點小電阻接地系統(tǒng)間歇接地故障保護

薛永端，任 偉，唐 毅，徐丙垠

（1.中國石油大學(xué)（華東）新能源學(xué)院，山東省青島市 266580；2.國網(wǎng)山東電力調(diào)度控制中心，山東省濟南市 250001；3.山東理工大學(xué)智能電網(wǎng)研究院，山東省淄博市 255049）

0 引言

中性點經(jīng)小電阻接地方式具有可快速切除永久性低阻接地故障、有效削弱諧振過電壓、運行及維護相對簡單等優(yōu)點，是大中型城市配電網(wǎng)常用的中性點接地方式之一［1-4］。小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，受電弧周期燃弧、熄弧特性以及風(fēng)力、空氣電離等復(fù)雜外界作用造成的故障線路舞動、介質(zhì)強度恢復(fù)性能改變等因素影響，可能產(chǎn)生交替燃弧、熄弧的間歇接地現(xiàn)象。由于單次燃弧持續(xù)時間常小于保護動作時限，傳統(tǒng)接地故障保護（包括常見的高阻接地保護［4］）多表現(xiàn)為頻繁的啟動和返回，難以有效動作。長期存在的間歇故障易導(dǎo)致保護越級誤動、中性點接地電阻器（或接地電阻柜，下同）燒毀乃至全站停電等惡劣事故，嚴重影響供電可靠性。

為有效解決上述問題，研究大多聚焦于間歇接地故障特征的提取，利用若干特征量判定單次燃弧（故障）發(fā)生［5-6］，而保護動作條件整定為固定時限內(nèi)的故障次數(shù)越限。例如文獻［5］提取零序電流增量為故障特征量，累計保護啟動15 min內(nèi)的電流增量異常次數(shù)，異常次數(shù)越限后保護跳閘。但對于間歇接地故障，由于單次燃弧持續(xù)時間、故障熄弧至重燃的間隔時間等條件均未知，故該類方法難以完全適應(yīng)復(fù)雜多變的故障情況。也有部分研究從故障快速處理的角度，利用智能診斷算法［7-8］有效辨識間歇接地后可靠切除，或利用反時限原理［9］快速切除大故障電流出線，但也存在對診斷算法可靠性或單次燃弧電流幅值和持續(xù)時間要求較高的缺點，難以完全適應(yīng)實際故障情況。還有研究提出擬合故障饋線零序分量伏安曲線斜率［10］檢測故障過渡電阻變化的方法，可應(yīng)用于穩(wěn)定的接地故障保護，但對故障點極不穩(wěn)定、存在若干個周期故障熄弧的間歇接地故障的適用性未知。另外，也有一些研究提出分析、研判電力線纜絕緣老化水平的方法，預(yù)測可能發(fā)生的故障［11-13］，是解決間歇接地的另一思路與途徑。由于中壓配電網(wǎng)所處環(huán)境復(fù)雜，高阻接地故障發(fā)生率高，當(dāng)間歇接地疊加高阻接地問題后，故障處理問題更為復(fù)雜，所以計及過渡電阻大范圍變化的間歇接地故障可靠保護問題仍需要進一步研究與探討。

為進一步提高對間歇接地故障的處理能力，首先考慮過渡電阻大范圍變化因素，分析小電阻接地系統(tǒng)接地故障特征，并比較各出線電流與中性點電流的關(guān)系，基于中性點接地電阻器主要在故障燃弧期間發(fā)熱、故障熄弧后散熱的熱穩(wěn)定原理，類比構(gòu)造各出線的發(fā)熱、散熱特征能量計算式，進而提出一種間歇接地故障保護方法，可作為現(xiàn)有接地故障出線保護的后備保護。最后，通過仿真與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)驗證了本文方法的有效性。

1 單相接地故障電流分布特征

10 kV中性點經(jīng)小電阻接地方式配電網(wǎng)典型拓撲如附錄A圖A1所示，系統(tǒng)共有n+1條出線，其中n條健全出線，1條故障出線。在等效接地故障分析電路時，為簡化模型，常忽略系統(tǒng)正、負序阻抗［3］與影響不大的健全出線零序電阻、電感、電導(dǎo)，保留其零序電容［4］，將故障點至母線處的線路零序阻抗合并至過渡電阻中［9］，簡化后系統(tǒng)的接地故障零序網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。可據(jù)此分析小電阻接地系統(tǒng)經(jīng)不同數(shù)值過渡電阻接地的故障特征。

圖1 中性點小電阻接地系統(tǒng)單相接地故障零序網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Zero-sequence network of single-phase grounding fault in low resistance neutral grounded system

為比較中性點零序電流與健全出線零序電流關(guān)系，式（2）和式（3）相除并取模值可得：

當(dāng)中性點接地阻抗不變時，中性點零序電流與健全出線零序電流的比值關(guān)系主要受該出線對地電容（或電容電流）影響，且該比值隨電容增大而減小，與故障過渡電阻無關(guān)。若取Rg=10Ω，Lg=5 mH，則考慮健全線路長度的極端情況，當(dāng)某健全出線對地電容電流小于常見最大零序過電流保護動作門檻值60 A時（對應(yīng)約30 km的10 kV電纜）［3］，該 比值大于10，即當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障燃弧后，中性點零序電流高于健全出線零序電流10倍以上。

同理，為比較中性點與故障出線零序電流關(guān)系，比較式（2）和式（4），可得：

假設(shè)系統(tǒng)總對地電容電流不超過200 A（對應(yīng)約100 km的10 kV電纜），則式（6）結(jié)果小于1.06，該結(jié)果隨系統(tǒng)總對地電容電流增加而增加，即故障出線零序電流稍大于中性點零序電流，但在一定約束下可認為二者相差不大。結(jié)合式（5），也可認為故障燃弧后，故障出線零序電流至少比健全出線零序電流大10倍。該規(guī)律不受故障過渡電阻阻值大范圍變化以及系統(tǒng)對地電容電流大小的影響，在高阻接地時依舊滿足。

對于其他阻值的中性點接地小電阻（中國接地電阻器阻值一般在5～20Ω之間），考慮極端情況，中性點接地等效阻抗小于10Ω時，Zzig減小，式（5）比值增加，故障出線與健全出線零序電流差距將進一步增大；當(dāng)中性點接地等效阻抗在10～20Ω之間時，接地阻抗最大為20Ω時Zzig最大，3ωZzigC0i較接地阻抗為10Ω時擴大2倍，易得故障出線零序電流依舊為健全出線零序電流的5倍以上，可據(jù)此特征設(shè)計相關(guān)接地故障保護方法。

2 間歇接地故障保護原理與保護整定

2.1 基本原理

系統(tǒng)發(fā)生接地故障燃弧后，中性點電流突增，接地電阻器在故障燃弧期間持續(xù)發(fā)熱。故障熄弧后，由于與環(huán)境存在較大溫差，接地電阻器對外界持續(xù)散熱（燃弧階段也存在散熱效應(yīng)）［14］，并在故障永久消失或故障出線可靠切除前不斷循環(huán)發(fā)熱和散熱的熱穩(wěn)定過程。

式中：tP為故障燃弧持續(xù)時間。

由牛頓冷卻定律可知，物體散熱速率與物體和周圍環(huán)境間的溫度差成比例。假定外界環(huán)境溫度始終不變，因溫度正比于熱量，則物體散熱速率與物體和周圍環(huán)境間的熱量差成比例。因此故障燃、熄弧期間，接地電阻器單位時間的散熱WJ，Q為：

式中：K為單位時間的散熱系數(shù)，與熱傳遞系數(shù)、接地電阻器的質(zhì)量和比熱容等參量有關(guān)；ΔWQ為接地電阻器與環(huán)境間的熱量差，隨散熱過程動態(tài)變化。

因此，所提間歇接地保護方法基本原理為：借助各出線零序電流的測量，模擬接地電阻器在故障燃弧期間發(fā)熱、熄弧后散熱的熱穩(wěn)定過程，使得保護方法在處理間歇接地時存在“慣性”，以保留前若干次故障燃弧對后續(xù)故障燃弧的保護計算和判斷的影響。假定各出線口存在一阻值為Rg的虛擬電阻，該電阻僅用于所提保護方法中。故障燃弧后，分別累計各線路虛擬電阻在出線零序電流作用下的發(fā)熱值與對應(yīng)散熱值；故障熄弧或故障切除后，計算虛擬電阻在已有發(fā)熱條件下的散熱值，并與原發(fā)熱值相減直至為零；當(dāng)再次故障燃弧，則依據(jù)相同原理繼續(xù)累加計算發(fā)熱值與對應(yīng)散熱值，并以此循環(huán)；當(dāng)某條出線的發(fā)熱值超過保護動作的整定值后，保護動作。由上述分析可知，中性點小電阻接地系統(tǒng)故障出線零序電流遠大于健全線路零序電流，則基于上述原理的故障出線保護必早于健全出線保護可靠動作，有效處理了間歇接地故障。

在結(jié)合工程實際的基礎(chǔ)上，該保護原理借助對接地電阻器熱穩(wěn)定狀態(tài)的定量反映，有效避免了單次燃弧持續(xù)時間、故障熄弧與重燃的間隔時間等未知條件給間歇接地故障判定、保護帶來的難題，同時能通過適當(dāng)調(diào)整保護動作定值，有效避免接地電阻器因長時工作而過熱損毀，具有較大優(yōu)越性。

2.2 保護參量構(gòu)造與整定的基本原則

結(jié)合繼電保護基本要求與現(xiàn)場實際情況，當(dāng)作為出線保護的后備保護時，基于熱穩(wěn)定原理的小電阻接地系統(tǒng)間歇接地保護方法在整定時應(yīng)滿足以下基本原則。

首先，間歇接地保護動作應(yīng)不早于出線保護，不晚于中性點接地電阻器過熱保護。在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，小電阻接地系統(tǒng)接地故障出線保護主要配置零序過電流保護，其處理永久接地故障的最長動作時限多在1 s以內(nèi)，一般不超過1.5 s［15-17］。而接地電阻器常配有過熱保護以防止其損毀，其設(shè)定的動作溫度值較高，所需故障持續(xù)時限較長，約數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，但過熱保護動作后或?qū)⑶谐M線，造成全站停電事故，嚴重影響系統(tǒng)運行，應(yīng)盡可能避免。間歇接地保護作為處理接地故障的后備保護之一，在保證可靠檢測與動作的前提下，不應(yīng)影響系統(tǒng)的正常運行，不應(yīng)影響已配置主保護的動作性能。因此，間歇接地保護動作應(yīng)不早于出線保護，不晚于中性點接地電阻器過熱保護，其動作時限具有較寬的整定范圍。

其次，發(fā)熱值的構(gòu)造與計算邏輯應(yīng)使保護動作時限在合理的區(qū)間內(nèi)。受故障過渡電阻影響，經(jīng)10Ω電阻接地的10 kV系統(tǒng)故障出線零序電流變化范圍約0～600 A［3-4，9］。結(jié)合第1條基本原則，以式（7）構(gòu)造發(fā)熱值時，保護動作值應(yīng)按600 A電流（零序電流最大值）、2 s時限（零序過電流保護最大動作時限1.5 s［15-17］加固定時延0.5 s）對應(yīng)整定。但由式（7）易知，當(dāng)發(fā)熱值為定值時，電流與動作時限呈反比關(guān)系，電流越小，達到保護動作值所需時限越長。則當(dāng)間歇高阻接地故障零序電流較小時，對應(yīng)動作時限最大將增加至數(shù)十乃至數(shù)百分鐘，顯然易與第1條原則矛盾。因此，發(fā)熱值的構(gòu)造與計算邏輯應(yīng)以式（7）發(fā)熱值的計算為基礎(chǔ)，對其適當(dāng)改進以適應(yīng)較大的故障電流變化范圍，使得保護動作所需的時限在合理的區(qū)間內(nèi)變化。

最后，散熱值的構(gòu)造與計算邏輯應(yīng)保證故障出線的剩余發(fā)熱值始終高于健全出線。根據(jù)保護基本原理，在接地故障熄弧后，應(yīng)計算各出線在已有發(fā)熱條件下的散熱情況，直至接地故障再次發(fā)生。因此，散熱值的構(gòu)造與計算邏輯應(yīng)使得故障出線的剩余發(fā)熱值始終高于健全線路，否則再次故障后存在健全出線誤動的可能。

2.3 保護參量構(gòu)造與整定

由于在多數(shù)10 kV中性點小電阻接地系統(tǒng)中，中性點接地電阻為10Ω，故所提保護方法的構(gòu)造與整定以10 kV中性點經(jīng)10Ω電阻接地系統(tǒng)為例進行。

1）啟動電流Is

考慮到系統(tǒng)發(fā)生間歇接地故障時，常伴有較高阻值的過渡電阻，為最大化提高所提方法處理間歇接地故障的能力，啟動電流的整定應(yīng)考慮高阻接地因素。

在現(xiàn)有小電阻接地系統(tǒng)穩(wěn)定性高阻接地故障出線保護方法中，文獻［4］引入零序電壓信息以補償所測得的零序電流，使補償后的零序電流恢復(fù)到線路首端金屬性接地時的大小；文獻［9］借助反時限原理，通過各條出線保護間的橫向配合，顯著降低電流啟動門檻值。上述方法中，考慮小電阻接地系統(tǒng)架空線路和電纜線路正常運行的最大不平衡零序電流及互感器精工電流，啟動電流分別整定為4.2 A與3 A。因此，綜合本文方法適用條件，啟動電流Is的有效值取為4.2 A。

2）故障消失時刻tb

故障消失時刻是所提方法判斷發(fā)熱累計結(jié)束的時間節(jié)點，故障消失時刻tb的判定應(yīng)著重考慮電弧電流零休過程的影響。

首先，單次燃弧中電弧零休時間受系統(tǒng)恢復(fù)電壓與介質(zhì)恢復(fù)強度影響，一般不超過1/4～1/2個工頻周期［19-20］；其次，電弧在零休過程中，可能維持極細小的弧徑并保持續(xù)流［20］（此時電流發(fā)熱效應(yīng)可忽略）。因此，合理判定故障消失時刻tb的判據(jù)為：在tb后的0.01 s（1/2個工頻周期）內(nèi)，零序電流瞬時值的絕對值均小于等于故障消失判斷電流izero，izero的參考值可取為Is。

3）發(fā)熱特征能量WP,ta

考慮到存在故障過渡過程的暫態(tài)電流分量與故障燃弧持續(xù)時間不足1個工頻周期的情況，發(fā)熱特征能量的計算應(yīng)基于零序電流瞬時值進行。

結(jié)合式（7）與發(fā)熱值整定原則，發(fā)熱值的計算邏輯應(yīng)適應(yīng)較大的故障電流變化范圍，同時使所需動作時限在合理的區(qū)間內(nèi)變化，故對采樣的零序電流取對數(shù)運算（為避免對數(shù)值小于0的情況，對小于啟動電流瞬時值is的部分函數(shù)取線性化結(jié)果）。

為計入燃弧過程中的散熱效應(yīng)，發(fā)熱特征能量的計算方法中還應(yīng)結(jié)合式（8），考慮故障燃弧時的散熱情況。

綜合考慮上述因素，構(gòu)造的發(fā)熱特征能量WP，ta計算方法為：

式中：i(tPm)為零序電流在tPm時刻的測量值；WP，tm為tPm時刻的發(fā)熱效應(yīng)計算值；Δt為保護裝置采樣時間間隔；m為計算發(fā)熱特征能量的計數(shù)變量；M為單次燃弧過程中包含的采樣間隔最大數(shù)量。

4）動作特征能量Wset

各出線的發(fā)熱特征能量累積至動作特征能量后，保護動作。動作特征能量Wset為：

式中：Imax為系統(tǒng)零序電流最大值的有效值；t為保護動作時間。

中性點經(jīng)10Ω電阻接地的10 kV配電網(wǎng)的Imax取600 A［3-4，9］（即對應(yīng)系統(tǒng)單相接地故障零序電流最大值）；考慮保護動作時間整定原則的約束，t的取值應(yīng)主要考慮實際系統(tǒng)中出線零序過電流保護的 最 大 整 定 時 間1.5 s［15-17］，并 高 出0.5 s，即 可 取 為2 s。

5）散熱特征能量WQ,tb

基于零序電流瞬時值，根據(jù)式（8）構(gòu)造的故障熄弧后散熱特征能量WQ，tb計算方法為：

式中：ΔWQd為時刻tQd前剩余的發(fā)熱特征能量；d為計算散熱特征能量的計數(shù)變量；D為故障熄弧后時段所包含的采樣間隔最大數(shù)量。

K直接影響單位時間內(nèi)散熱特征能量的大小，其取值與接地電阻器構(gòu)造、材料及所處環(huán)境等多個因素相關(guān)。為合理模擬接地電阻器散熱情況，本文結(jié)合接地電阻器散熱所需時間，給出一種基于散去動作特征能量所需時間的K值選取方案。

按照前述整定規(guī)則，當(dāng)取動作時限t為2 s時，中性點經(jīng)10Ω電阻接地的10 kV配電網(wǎng)動作特征能量Wset約為154.4，根據(jù)式（11）構(gòu)造演算程序，則不同K值下的散熱曲線如圖2所示。

圖2 不同K值的散熱曲線對比Fig.2 Comparison of thermal dissipation curves with different K values

由圖2可知，當(dāng)動作特征能量設(shè)為154.4，K的參考值分別取0.01、0.005 5、0.003 5時，散去動作特征能量所需時間約為10、20、30 min，可根據(jù)現(xiàn)場需求或結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)［21］中所用接地電阻器的實際散熱能力合理選擇，當(dāng)考慮方法的后備保護屬性時，K的參考值可取為0.003 5（即散去動作特征能量所需的時間為30 min），以考慮更長時間范圍內(nèi)的故障影響，避免保護拒動。需要說明的是，當(dāng)K值取為0.003 5時，即考慮故障前最長約30 min內(nèi)是否存在故障，若存在故障，則計入前若干次故障對本次故障的影響。若需計入其他時間范圍內(nèi)的故障影響，仍可依照本文方法根據(jù)式（11）構(gòu)造演算程序求解K值。

此外，為驗證所構(gòu)造散熱特征能量的計算邏輯滿足散熱值構(gòu)造基本原則的約束，不同發(fā)熱特征能量W1、W2、W3下 的 散熱情況如附錄A圖A2所示，計算時K取0.01。所構(gòu)造的散熱特征能量計算方法能使單位時間內(nèi)散去發(fā)熱特征能量的比例相同，并保證故障出線的剩余發(fā)熱特征能量在散熱過程中始終高于健全出線，避免再次發(fā)生故障時保護誤動。

另外，由式（10）構(gòu)造的動作特征能量Wset可保證第1次故障燃弧至熄弧期間滿足動作時間原則的約束，但當(dāng)系統(tǒng)短期內(nèi)再次發(fā)生永久性接地故障時，可能因存在剩余發(fā)熱值而使間歇接地保護達到Wset所需時間縮短，早于出線保護動作，可通過延時2 s（主保護動作所需最大延時1.5 s加固定延時0.5 s）解決。

3 保護方法流程與性能優(yōu)勢

3.1 保護方法流程

本文所提中性點小電阻接地系統(tǒng)間歇接地故障保護方法流程如圖3所示。

圖3 間歇接地故障保護流程圖Fig.3 Flow chart of intermittent grounding fault protection

3.2 性能優(yōu)勢

相較于引言中所述間歇接地故障出線保護思路（下稱傳統(tǒng)思路），本文方法所涉及的保護邏輯，尤其是保護動作與返回條件的整定結(jié)合了現(xiàn)場裝置的實際情況，不依賴于單次燃弧持續(xù)時間，不依賴于故障類型判別方法，同時保護實際動作時限隨故障電流幅值與間歇故障持續(xù)時長變化，不依賴于一定時限內(nèi)故障次數(shù)的設(shè)定，應(yīng)對復(fù)雜接地情況的能力強。

相較于傳統(tǒng)思路在高阻接地故障特征相對微弱時不易判定的缺點，本文方法可更好地抗噪聲干擾，處理間歇高阻接地的效果更好，應(yīng)對過渡電阻的能力主要受零序電流互感器精度的影響，無需新增保護裝置，更實用。

本文方法利用零序電流幅值與故障持續(xù)時間構(gòu)造發(fā)熱特征能量的計算方法，通過調(diào)整參數(shù)取值，不會誤處理永久性接地故障，但可作為現(xiàn)有永久性接地定時限零序過電流保護的后備保護，在處理間歇接地故障的同時，避免出線保護拒動引起的保護越級動作或主變保護動作。

4 仿真驗證

在MATLAB/Simulink中建立10 kV中性點小電阻接地系統(tǒng)仿真模型，如附錄A圖A3所示。中性點經(jīng)接地變串接小電阻Rg=10Ω接地，系統(tǒng)共有4條出線且均為電纜線路，開關(guān)BK1至BK4配置間歇接地出線保護。各出線長度、接地故障發(fā)生位置F1等信息均已在附錄A圖A3中給出，線路參數(shù)設(shè)置為：正序電阻0.1Ω/km，正序電感0.255 mH/km，正序電容0.376μF/km；負序參數(shù)與正序參數(shù)相同；零序電阻0.6Ω/km，零序電感1.109 mH/km，零序電容0.276μF/km。保護各參數(shù)設(shè)定為：啟動電流Is=4.2 A，動作特征能量Wset=154.4 J，散熱系數(shù)K=0.01。

利用控制論電弧模型［22-23］模擬間歇接地時過渡電阻的非線性，其故障電阻的組成形式為電弧非線性電阻與線性過渡電阻串聯(lián)，控制論電弧模型的表達式為：

式中：g為電弧電導(dǎo)；tL為電弧模型時間；Ip為金屬性接地故障穩(wěn)態(tài)電流的幅值；Vs0為弧隙單位長度壓降；β為電弧模型常數(shù)，影響電弧零休時間長短；larc為電弧長度；ih為接地故障點電流。

仿真中控制論電弧模型參數(shù)設(shè)置［24］為：初始電弧 電 導(dǎo) 為104S，Vs0=25 V/cm，larc=5 cm，β=7.53×10-6。串聯(lián)線性過渡電阻分別設(shè)為200Ω與1 000Ω。基于上述仿真條件，當(dāng)F1處發(fā)生單相間歇接地故障時，單次故障燃弧至熄弧時間、健全出線L1、故障出線L4的零序電流與對應(yīng)間歇保護計算的發(fā)熱特征能量對比如附錄A圖A4所示（為便于對比，引入相關(guān)健全出線波形，但實際對應(yīng)保護未啟動）。

在仿真過渡電阻下，故障零序電流小于常見零序過電流保護的動作門檻值（一般為40 A或60 A），零序過電流保護已無法啟動。而文獻［4，9］所提基于零序電壓幅值修正或基于反時限原理的高阻接地保護方法動作時間分別約為1.5 s、1.5 s與2.4 s、3.3 s，均將處于頻繁的啟動、返回狀態(tài)，同樣無法處理故障。

而由附錄A圖A4易見，本文所提基于熱穩(wěn)定原理的間歇接地保護在兼顧保護方法耐過渡電阻能力的前提下，可有效處理此類交替燃弧、熄弧的間歇接地故障，保證系統(tǒng)安全運行。

當(dāng)串聯(lián)線性過渡電阻為200Ω、故障持續(xù)0.2 s后消失時，不同出線的剩余發(fā)熱特征能量變化，即保護返回曲線如附錄A圖A5所示。易見短暫零序電流沖擊所帶來的累積發(fā)熱量無法使保護動作，且此次能量積累將在約2～3 min內(nèi)衰減至1 J以下（保護動作門檻為154.4 J），對方法影響極小。此外，為充分顯示所提保護方法在處理間歇接地時的啟動、返回性能，在仿真中將散熱系數(shù)K調(diào)整為2×106（實際應(yīng)用時仍需按2.3節(jié)所提方法整定），可得方法的啟動、返回性能曲線如附錄A圖A6所示，可見所提保護方法在處理間歇接地時存在“慣性”，保留了前若干次故障燃弧對后續(xù)故障燃弧及保護計算邏輯的影響。

5 現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗證

利用某地區(qū)10 kV中性點經(jīng)小電阻接地變電站實際運行中發(fā)生的一起間歇接地故障錄波數(shù)據(jù)驗證本文所提方法的有效性。此次故障中，零序電流基波有效值約50 A，零序過電流保護未啟動。部分故障錄波波形如圖4所示，可見零序電流波形存在零休過程，可初步判斷此次間歇接地故障伴有弧光。

圖4 間歇接地故障的部分錄波Fig.4 Partial recorded waveform of intermittent grounding fault

利用錄波數(shù)據(jù)驗證本文所提方法特性，如圖5所示（散熱系數(shù)K取0.01），由于若干次故障實際間隔時間約為10 s～3 min不等（小于散熱系數(shù)對應(yīng)的散去動作特征能量所需時間），為顯示方法特性，略去了部分故障熄弧波形。由圖中發(fā)熱特征能量變化曲線易知，本文所提方法可作為現(xiàn)有零序過電流保護的后備保護，可靠保護此次間歇接地故障。

圖5 間歇接地故障保護的現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗證Fig.5 Validation of intermittent grounding fault protection through field data

綜上，從仿真和現(xiàn)場數(shù)據(jù)來看，所提保護方法能可靠保護故障過程持續(xù)數(shù)個工頻周期并伴隨若干工頻周期熄弧的間歇接地故障。與現(xiàn)有間歇接地保護策略相比，所提方法不依賴于單次燃弧持續(xù)時間，不依賴于一定時限內(nèi)故障次數(shù)的設(shè)定，應(yīng)對復(fù)雜接地故障情況的能力更強。

6 結(jié)語

針對現(xiàn)有間歇接地保護方法的局限性，本文分析小電阻接地系統(tǒng)接地故障特征并比較各出線電流與中性點電流間關(guān)系，借鑒中性點接地電阻器主要在故障燃弧期間發(fā)熱，故障熄弧后散熱的特點，提出一種基于熱穩(wěn)定原理的間歇接地故障保護方法，并經(jīng)仿真與現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗證了方法的有效性。該方法不同于現(xiàn)有間歇接地保護原理，利用發(fā)熱、散熱特征能量作為保護動作、返回參量，具有抗噪聲干擾能力強，不依賴于單次燃弧持續(xù)時間，不依賴于主觀設(shè)定的定時限內(nèi)的故障次數(shù)，保護門檻值整定客觀等優(yōu)點，可作為現(xiàn)有小電阻接地系統(tǒng)出線保護的后備保護，與絕緣老化監(jiān)測系統(tǒng)配合使用，共同提高系統(tǒng)運行可靠性。

另外，考慮到絕緣劣化亦有可能引發(fā)間歇接地故障，如何在保護方法中更好地引入絕緣監(jiān)測判據(jù)、利用絕緣監(jiān)測結(jié)果以進一步完善保護方法將是后續(xù)研究的方向。

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