消弧线圈并联电阻的小电流接地故障选线对策

张　原（国网四川省电力公司德阳供电公司，四川德阳618000）



消弧线圈并联电阻的小电流接地故障选线对策

张原（国网四川省电力公司德阳供电公司，四川德阳618000）

本文主要介绍了经消弧线圈接地系统和中性点不接地系统中普遍使用的接地选线方式的优缺点和原理，从而提出经消弧线圈接地系统在发生单相接地故障的时候，采用瞬时投放并联中电阻选线的新方案。通过实际运行经验和计算分析表明，这种线路选择模式可以大大提高所选择的单相、永久接地故障选线的准确性。

消弧线圈；并联电阻；小电流接地系统；接地选线对策

引言

我国大部分配电网使用的都是中性点不直接接地系统，在此系统中，发生单相接地故障时的短路电流非常小，所以又可以把它称之为小电流接地系统。它包括中性点经消弧线圈接地系统和中性点不接地系统。根据现场的操作经验，单相接地故障在小电流接地系统中发生故障的几率最高，大约90%左右，系统可以保持线电压的对称性，不影响连续供电至负载，并且故障电流很小，没有必要立即跳闸，规程规定能够继续使用1～2h，从而大大提高了供电的可靠性。但是随着电缆线路的增多和电网的不断扩大，系统对地电容电流增加，电弧难以熄灭，单相接地后流过故障点的电流比较大，在接地点出现间歇性电弧，导致过电压，引起非故障相对地的电压急剧增大。在过电压的电弧接地的作用下，可能会损坏绝缘体，导致两个或多个点的短路。同时容易让电磁式电压互感器的铁芯达到饱和，从而引起铁磁谐振过电压，导致跳闸，事故率明显上升。所以，准确找出故障电路，提高供电的可靠性，具有十分重要的意义。

1　中性点不接地系统的选线方法

当中性点不接地系统出现单相接地故障的时候，假设A相为发生接地，如图1所示。

经过对图1的分析可以得出以下结论：①中性点不接地系统出现单相接地故障后，A、B、C三相的电压分别为Ua、Ub、Uc。因此，故障相A对地的电压为0，其余两点的对地电压比正常的电压高根号三倍，与正常电网运行电压相等，线电压可以保持对称。②非故障线路和故障线路出现零序电流。③故障线路的电流比零序电压小90度，非故障线路的零序电流比零序电压大90度，所以二者相差180度。④接地故障的地方的电流是其余所有电路的电流之和，并且超过90度。

综上所述，中性点不接地系统经常使用目标电流与零序电流的比幅来进行选线。先把目标与零序电流相比较，挑选幅值较大的作为候选线路，如果某条线路的相位与其他线路的明显不同，则为故障线路；如果所有线路相位相同，就说明是母线出现故障。值得注意的是，该方法不适用出现数过少、线路长短相差悬殊的线路。除此之外，还可以使用注入谐波法、有功功率法、首半波比相等方法进行选线。

2　中性点经过消弧线圈接地系统的选线方法

当单相接地故障在中性点经消弧圈接地系统发生故障的时候，假设A相为发生接地，如图2所示。

图1　

图2　

经过对图2的分析可以得知：消弧线圈的电流会在流经故障相之后折回，接地点的电流会增加。由于电容电流与电感电流相位相反，所以二者发生抵消作用，使得经过接地点的电流为零，从而使电弧自然熄灭。一般都会使用过补偿的方法，此时流经故障点的电感电流比电容电流大，补偿后的残余电流呈感性。此时的母线处故障零序电流是接地点残余电流和本身对地电容电流总和，它的方向是经过母线流向其他线路，与正常线路电流的方向相同，因此不能据此判断故障线路。由于补偿幅度不大，只有5～10%，所以导致残余电流数值非常小，故障线路的零序电流会小于非故障的线路的电流，因此也难以根据零序电流来判断故障线路。此时就可以使用五次谐波法进行线路的选择。单相接地时，故障线路五次谐波的零序电流是所有正常线路五次谐波的零序电流的总和，而正常线路五次谐波的零序电流与之恰恰相反。换言之，借此可以做出判断。

使用五次谐波的方法选线虽然可以消除消弧线圈的影响，但是实际使用效果并不是很理想，主要是因为发生单相接地的时候，零序电流常常很小，但是非正常线路电流中的五次谐波的含量比零序电流的含量还要小（多数小于10%），并且接地情况十分复杂，使得小电流接地系统中谐波的污染日益严重，经过数字滤波方法得到的五次谐波的相位、大小非常不稳定，所以误判率十分高，尤其是在高额电阻接地时更加严重。因此，选线装置经常出现选线不正确的现象在安装中性点经消弧线圈接地系统中屡见不鲜。

3　并联电路中值电阻选线的方法

如今，并联电路值电阻选线法是上海松江供电分公司在经消弧线圈接地系统中使用最多的方法。这种方法原理就是在消弧线圈旁使用开关连接一个并联电阻，发生单相接地后，假若是瞬时性的接地，消弧线圈会对电容电流快速反应并进行补偿，将残余电流控制在一定的安全范围之内，让电路通畅，故障可以自行消除。假若是永久性的接地故障，必须子啊装置安装之后，经过延时处理（通常设置为10s）之后，接入并联中的电阻（接入的时间应小于1s），根据零序电流测量的变化情况进行选线，选线过程结束之后，快速跳开中值电阻。在单相接地消弧线圈中接入中值电阻的等效电路如图3所示。

图3　

通过对图3分析可以得出：在先弧线圈中接入中值电阻的方法综合电阻接地法和中性点消弧线圈接地法两种不同方法的优点。既能够降低接地点的残余电流，又可以保持电阻接地的方法能够准确进行选择线路的优点，控制弧光接地的过电压，对于提高供电的可靠性来说，句很非常高的实用价值。

4　使用小波分析法进行选线

小波分析进行选线的方法：单相接地时，故障电流和电压的暂时状态过程持续时间段，而且含有大量的特征量，并且稳态的数值会变小。小波分析能够对故障信号进行准确的分析，尤其是对文弱信号和暂时状态突变信号的变化十分灵敏，可以有力的提取出故障的特点。使用小波变换技术可以把一个信号划分为多种不同位置和尺度的小波的综合，使用恰当的小波的基波函数对于暂时状态零序电流的代表分量实行小波变换之后，能够清晰辨认出故障线路上暂时状态零序电流的波形相位的特点，与其他线路的故障特点值做比较，当中故障特征最明显的就是故障线路。使用小波变换技术分析单相接地故障的暂时状态特征，能够准确找到故障线路，灵敏度十分高。屏幕上的小波分析法的分辨率并不是一成不变的，而是随着频率的变化而产生不同的变化，按照不同的接地方法选择能量聚集的不同的频率带当作选线频带；对于中性点经消弧线圈接地的电路，一定要选择能量巨大的高频率频带。使用模值比较和波形识别的故障选线的逻辑进行判决，最后找出选线的序列。采用恰当的小波函数与小波对暂时状态零序电流实行小波交换，依照故障线路上，暂时状态零序电流的电流幅值络线比健全线路高的特点而且两者极性恰恰相反的关系选择正确的故障线路。小波分析法选线的优点：这种方法对中性点经消弧线圈接地和中性点不接地的线路都使用；这种方法尤其使用于故障的波形杂乱、故障的状况复杂的情况，这和稳定状态变量的选线方法形成的优势互补。因为小波分析技术使用的暂时状态的信号受故障时刻、过度电阻等诸多因素的影响，使用暂时状态的信号多呈非平稳性、随机性和局部性等特点，也有一定可能出现暂时状态过程不清楚的状况，并且极易受到感染信号的影响，所以小波分析法应该与其他方法结合使用，才能达到效果的最优化。

5　新型的暂态法

在故障发生前的稳定状态到故障发生后的稳定状态的过程中存在一个过渡过程，即暂态，使用暂态信号进行选线的方式称之为暂态法。暂态的零序电流不受先弧线圈的影响、频率高、抗干扰能力强、电流幅值大，常被用作选线的最佳选择。

从中性点不接地系统或谐振接地系统，直到全部线路的第一次串联的谐振频率间，每一条出线才能够使用集中参数电容来实现等同效果，相对应的零序电流才会具备明显的分布规律：故障线路极性、幅值最大和健全及流向线路恰巧相反。应该消除干扰信号，并给出零序电流的特征、暂时状态的零序电压频段内暂时状态电流极性、幅值比较和暂时状态无功功率的指示等选线的方法。

对稳定性的接地故障来说，暂时状态过程的持续时间一般较短，大概在2ms以内，对装置的要求高，装置必须要具备较快的反应速度来做出反应。而对于间歇性的弧光接地故障来说，暂态出现的频率增加，这种方法可以利用的信息量也大幅增加。

6　结束语

本文针对消弧线圈并联电阻的小电流接地的主要故障进行了简要分析，通过建立线路的仿真模型，设置相应的线路的参数，仿真不同电阻情境下，非故障线路与故障线路的并联电阻前后系统的零序电压、零序电流的有功分量和零序电流的变化，重点介绍了几种常用的解决措施，能够极大的提高选择线路方法的准确性和提供电量的可靠性。

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张 原（1984-），男，汉族，助理工程师、技师，本科，主要从事变电检修工作。

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2095-2066（2016）10-0012-02

2016-3-8