基于暂态零序电流特征的小电流接地系统选线的应用方法

崔吉方，朱晓红，郑增成

（云南电网公司曲靖供电局，云南曲靖 655000）

0 引言

采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式的小电流接地系统可提高供电可靠性，在国内外被广泛采用。但这种系统发生单相接地故障时选线困难，主要是由于稳态电流幅值较小以及间歇性电弧接地造成的。

采用暂态零序电流的故障特征，实现小电流接地选线是目前研究的方向。由于暂态量的频率成分和含量受网络参数、故障模式等多种因素的影响，不同线路在不同故障条件下，暂态量的幅频分布并不总是完全一致。因而特征频带（SFB）的捕捉和选线算法是正确选线的关键。本文拟对小电流接地系统单相接地的基本故障特征、零序暂态电流特征及分布和基于暂态零序电流特征的选线算法进行阐述，并对应用问题作出进一步的分析［1］。

1 单相接地基本故障特征

当小电流接地系统发生单相接地故障，为了分析的方便，设线路空载运行，则电容电流的分布如图1所示。

图1 中性点不接地系统电容电流分布

故障线路非故障相电容电流与健全线路相同，而接地点接地电流Ik与故障相流回母线的电流在数值上相等，等于系统电容电流的总和［2］。非故障相电容电流相量和为该线路的电容电流，如故障线路有关系式Ic3=ICB3＋ICC3，同时，故障线路的非故障相电容电流与故障相流回母线的接地电流方向相反，可得出故障线路的零序电流关系式：

从关系式（1）可以看出，故障线路的零序电流（故障分量）为其他非故障线路的零序电流（故障分量）之和。这就是小电流接地系统单相接地的基本故障特征。

2 故障选线算法

当小电流接地系统发生单相接地故障，判别某条馈线是否故障线路的基本流程如下［3］。

（1）故障启动。判据为零序电压，利用零序电压突变量找出故障点位置。

（2）采集故障后所有出线（m条）1个周波内的零序电流i0i（k），k=1，2，⋅⋅⋅，n，n=512。

（4）对剩余的m′条线路进行下一步判断：分别对i0i（k）做FFT得到剩余每条线路的频谱I0i（f）。

（5）判别是否为母线故障。找出所有线路I0i（f）中幅值最大的那个频率点fmax，对这一频率点上的线路零序电流谐波的角度进行两两比较，若其差值的绝对值有一个大于90°，则判为线路故障，进入选线程序。反之，则认为是母线故障或是不在监控范围内其他线路故障。

3 现场应用分析

目前，曲靖电网共有四个110 kV变电站安装了基于暂态零序电流特征的小电流接地系统选线装置。四个变电站共8 段母线，中性点均为不接地方式。其中三个变电站的每段母线的出线数均在10条以上，接地电流也在50 A左右，大多数出线为电缆架空线混合线路。

从2012年4月20日至2012年7月20日三个月的时间，四套装置共记录了18次故障数据，其中1 次永久性接地故障，17 次为自动恢复的瞬时性接地故障。

下面对几次典型故障一一分析说明。

图2为永久性接地故障，前2条分别为两段母线零序电压波形图。后3 条为三条出线。从中可以看出，该故障为永久性接地故障，故障持续时间较长，达77 秒。第5 条出线零序电流幅值是其他出线之和，且该出线零序电流相位与其他出线相位相反，由此可确定该出线为故障线路。

图3 为间隙性接地故障，从图中可以看出仅在绝缘击穿的瞬间（该暂态过程约2 ms），含有丰富的故障信息。故障线路零序电流幅值最大，且该出线零序电流相位与其他出线相位相反，由此可确定该出线为故障线路［4］。

图3 间歇性接地故障录波图

图4为弧光接地故障。小电流接地系统单相电弧接地是一个不稳定的息弧、拉弧过程，即工频电流过零时，电弧自动熄灭，相恢复电压达到最大值时又发生重燃，不存在稳定的短路过程。图中的几次弧光接地，每次暂态过程仅约0.3 ms。同样，可通过暂态零序电流的幅值和相位关系，选出故障线路。

图4 弧光接地故障录波图

4 结束语

在小电流接地系统中，不管什么样的接地方式和接地故障类型，故障过程的零序电流中必然会存在某种信号满足反相关系，这种反相关系可能表现在稳态过程（不接地系统），也可能表现在暂态过程（消弧接地系统和不接地系统）。只要有这种故障信号的存在，就必然会有至少一种方法能够根据它找出故障线路。

在工程应用中，高速的采样频率、先进的算法和高精度的零序CT选用、正确安装是准确选线的关键。

［1］陈珩.电力系统稳态分析［M］.北京：中国电力出版社，1995.

［2］徐靖东.基于暂态零序电流特征的小电流接地选线装置［J］.电力自动化设备，2009（04）：101-105.

［3］薛永端.基于暂态零序电流比较的小电流接地选线研究［J］.电力系统自动化，2003（09）：48-53.

［4］赵慧梅.一种自适应捕捉特征频带的配电网单相接地故障选线新方案［J］.中国电机工程学报，2006（02）：41-46.