关于小电流接地系统单相接地故障选线研究

陈剑

摘 要：小电流接地系统能较好地提高供电可靠性，在我国中低压配电网中具有广泛的应用，但在实际的应用过程中，小电流接地系统发生单相接地故障的几率很高，如果没有及时地排除故障线路，就会影响供电系统的安全。文章在小电流接地系统单相接地故障特征的基础上，结合目前常用的选线方法，提出了一种基于模糊理论的多判断依据综合选线方法，希望能给实际工作提供一些参考。

关键词：小电流接地系统；故障选线

中图分类号：TM713 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0107-02

小电流接地系统就是中性点非直接接地系统，包括了中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统以及经高阻接地系统。由于技术水平等因素的影响，不同国家在电网建设中对中性点的处理方式具有很大差异。

在我国的3～66 kV中低压配电网中，通常采用中性点不接地系统或者经消弧线圈接地系统。据相关统计数据表明，在电网系统故障中，单相接地的故障所占比例最高，达80%以上，而在小电流接地系统中，单相接地故障的发生，不会形成短回路，三相线依然可以继续供电，但是随着电网建设的推进，由于没有可靠的选线方法，小电流接地系统单相接地故障越来越复杂，而现有的配电网自动化系统，无法定位小电流接地故障，因而影响了小电流接地系统的使用。

1 小电流接地系统单相接地的故障特征

1.1 中性点不接地系统单相接地故障

在现有的配电网系统中，电源的三相电动势相同，而电网的线电压为电源两相电动势的差。

在日常运行中，每条线路与大地之间的电容一样，中性点没有电压，当单相接地故障发生时，三相与大地之间通路的对称性被打破，中性点的电位会发生变化，使没有接地的两相电压值升高。

在单相金属性接地故障时，该相与大地直接连通，电压变为0，而中性点的电压成为相电压，其余两项电压变为原来根号的三倍，导致配电网中出现零序电压。

1.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障

由于中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地点会产生电流，如果这个电流很大，就可能会引起弧光过电压，导致其余两相对地电压变大，促使导线外表的绝缘层损坏，造成多点接地故障，严重时会导致大面积的停电事故。如果在中性点加入电感线圈，那么在发生单相接地故障时，就可以抵消接地点的电容电流，降低多点接地事故的出现，但是消弧线圈的使用会改变故障线路零序电流的方向和大小。

为了解决这个问题，人们提出了全补偿、欠补偿、过补偿三种方式，由于全补偿会导致电源中性点电压变高，损害设备的绝缘层，目前应用得很少；欠补偿会影响线路的检修等工作，应用也比较少；大多数配电网的建设中，都会采用过补偿的方式。

2 现有小电流接地系统单相接地故障的选线方法

2.1 零序电流比较法

当小电流接地系统发生单相接地故障时，故障元件中的零序电流，在数值上与全系统非故障元件的对地电流相同，因此故障线路上的零序电流最大，而且与没有故障的零序电流方向不同，这样通过比较零序电流的幅值和相位，很快就能发现故障。在实际的应用中，谐振接地系统中的消弧线圈，能够补偿零序电流，因此该方法无法发挥作用，此外零序电流比较法还会受到线路长短、电流互感器不平衡电流和过渡电阻等影响。

2.2 谐波法

受到实际因素的影响，大多电气设备都是非线性的，使得故障电流中会存在谐波。大量的实践研究发现，故障电流中以五次谐波分量为主，由于谐振接地系统中的消弧线圈会按照基波整定，对五次谐波的影响很小，可以忽略不计，因此在小电流接地系统和谐振接地系统中的五次谐波分量相同，如果利用电流的幅值和相位进行比较，就能够很好的解决选线问题。在实际的使用过程中，单相接地故障产生的谐波，受到谐波源、故障位置等因素影响较大，通常情况下，故障电流中的谐波很少，而且极其不稳定，导致检测的灵敏度较低，应用的效果较差。

2.3 能量法

经过接地后零序电流和电压构成能量函数，可以得出没有发生故障线路的能量总是在0以上，而消弧线圈的能量函数，和没有故障线路类似，因此配电网中没有故障线路的能量，都是由故障线路传递出去的，导致故障线路的能量总是在0以下。这样比较能量函数的大小和方向，就能够判断具体接地的线路，电网在实际的运行中，零序能量函数包括电感和电容能量，两者之间会不断地进行交换，使得能量函数与故障产生的能量不符，影响能量法应用的效果。

2.4 有功分量法

由于故障电流中有有功分量，没有故障线路中的有功分量，都是从故障点返回的，这样利用线路中的有功分量的大小和方向，就能够选出故障的线路。从某种意义上来说，这种方法是零序功率方法的变形，将原来的零序电流和电压比向范围，从90 ？觷增加到了180 ？觷，为选线提供了有效保障。但在实际的检测中，没有故障线路和消弧线圈产生的有功分量很小，加上间歇性接地故障等影响，有功分量法没有足够的可靠性。

2.5 残流增量法

在实际的配电网系统中，自动调谐消弧线圈应用得越来越多，在发生接地故障后，可以自动调节到最佳补偿状态，促进故障熄弧，残流增量法就是利用这种补偿度的改变，选择出发生故障的线路，但是这种方法受到间歇性接地故障和弧光接地故障的影响很大，在面对复杂的故障时可靠性不够。

3 小电流接地系统单相接地故障选线解决措施

通过分析现有小电流接地系统单相接地故障选线方法发现，目前使用的方法都存在一定的局限性，使得选线结果没有足够的可靠性，要想很好地解决这个问题，最佳的方法是结合多种选线方法，对选线进行综合性的判断，发挥不同选线方法的优势，增加正确选线的故障范围，提高选线结果的准确性。在实际的应用中，每种选线方法的使用都有前提条件，在某些特定的条件下，一种选线方法可能无法适用，但是必然会有其他的几种方法适用，利用多种方法判断故障的重复区域，必然会比一种方法判断的结果更加可靠，这是多种选线方法综合应用的最大优势。如果遇到某个故障，每种方法的应用条件都无法满足，可以对这些条件进行融合，得到一个充分可信的判断结果，如综合几种故障判断方法后，得出3个判断依据，分别对应3种选线方法，那么不符合这些判断依据的故障就可以采用除这3种选线方法之外的其他方法。

4 结 语

小电流接地系统在我国中低压配电网中，得到了广泛的应用，单相接地故障选线，对于我国中低压电网运行的可靠性，具有非常重要的意义，经过了多年的研究和实践，目前有很多小电流接地系统选线的原理和方法，每种方法都有自身的优点和局限性，导致小电流接地系统单相接地故障选线，依然是影响电网稳定的一个难点。

本文根据不同选线方法的特点，提出了多判断依据的综合选线方法，结合实际小电流接地系统的工作情况，可以随意的选择多种判断依据，相信随着技术水平的提高，选线判断依据会得到不断的完善，使得不同判据之间的互补性得到增强，从而提高实际选线的效果。

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