小电流接地选线装置应用探讨

谭 华

(国网四川明珠集团有限责任公司，四川 射洪 629200)

小电流接地选线装置应用探讨

谭 华

(国网四川明珠集团有限责任公司，四川 射洪 629200)

分析了小电流接地系统的特点，介绍了小电流接地选线装置的原理，提出了零序电流、电压的采集原则及零序选线装置的应用。

小电流；接地；选线；应用；探讨

1 概 述

传统的寻找接地故障线路的方法是：依次逐条断开每回出线的断路器，故障线路被断开后，系统电压恢复且接地信号消失，否则将继续寻找。虽然这种寻找方法大多可通过重合闸进行补救，但对一些供电要求很高的用电客户来说，这种方法的弊病是显而易见的，尤其是对那些负荷较重的线路，这种方法已不满足安全稳定供电的要求。小电流接地选线装置自问世以来迅速得以普及，经历了几次更新换代，其选线的准确性已在不断提高。

2 小电流接地系统单相接地故障具有的特点

图1为一中性点不接地系统。假定电网的负荷为零并忽略电源和线路上的压降，电网各相对地电容为C0，这三个电容就相当于一对称Y形负载，其中性点即为大地。

图1 中性点不接地系统示意图

正常运行时，电源中性点对地电压等于零，即UN=0，各相对地电压为相电势，三相电容电流也是对称的并超前相应电压90°，正常运行时的相量见图2。

图2 正常运行时的相量图

当A相发生单相接地时，A相对地电压变为零。此时中性点对地电压就是中性点对A相的电压，即UN=-EA。各相对地电压和零序电压分别为：

U′A= 0

U0=1/3(U′A+U′B+U′C)= -EA

3I0=IB+IC=-j3EAωC0

接地故障时的相量见图3。

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图3 接地故障时的相量图

在图4所示的中性点不接地系统中，线路1、2和电源的各相对地电容分别为C01、C02、C0g。当线路2的K点发生A相接地故障时，系统中各元件的A相对地电容均被短接，各元件的A相对地电容电流为零。各元件的B、C相对地电容电流都要通过大地、故障点、电源构成回路。

图4 中性点不接地系统单相接地故障电容电流分布图

由图4可见，非故障线路1保护安装处流过的零序电容电流为：

3I01=IB1+IC1

电源保护安装处流过的零序电容电流为：

3I0g=IBg+ICg

故障线路2保护安装处流过的零序电容电流为3I02。仍以母线流向线路为假定正方向，则：

3I02= (IB2+IC2)-(IB1+IC1)-(IBg+ICg)

-(IB2+IC2)

=j3EAω(C01+C0g)

综上所述，中性点不接地系统单相接地时具有以下特点：

(1)接地故障相对地电压降为零，其它两相对地电压上升为线电压，系统出现零序电压，其值等于电网正常运行时的相电压且处处相等；

(2)非故障线路保护安装处流过的是该线路的零序电容电流，其值为3EAωC0，方向由母线指向线路，相位超前零序电压90°；

(3)故障线路保护安装处流过的是所有非故障元件的零序电容电流之和，其方向由线路指向母线，相位滞后零序电压90°。

3 小电流接地选线的原理

根据单相接地时中性点不接地系统的特点，目前小电流接地选线主要是基于零序功率方向、零序电流的幅值等原理。综合自动化变电所中小电流接地选线功能是由出线保护装置、开口三角电压监测点和主站共同完成的。当系统发生接地后，零序电压抬高，装置感受到电压有突变且幅值超整定值时，由集中测量装置向主站报送，再由主站向出线的保护装置广播，并计算当前零序电压及零序电流向量，再根据接在该母线上所有线路的零序电流的方向判断接地点所在线路，从而使装置判断出故障所在，并分别向就地监控计算机及远方控制中心报告，通知维护人员及时处理故障点。

单相接地故障的特点是构成小电流接地选线的基本原理，选线装置的判据一般有两个。

(1)启动判据：一般用零序电压作装置启动判据。当系统发生单相接地故障时，发电厂(或变电站)母线电压互感器的开口三角绕组将产生零序电压，当零序电压大于整定值时(一般整定值为10～20 V)装置启动，选线功能主站发出信号向该段母线上的所有出线保护装置召唤零序电流的大小方向进行分析判断。

(2)选线判断：一般用零序电流的大小和方向构成选线判据。选线装置根据采集到的各线路零序电流的大小，初步判出接地的故障线路，再根据各线路的零序功率方向确认故障线路。

从上述小电流接地系统单相接地故障时的特点可以看出，故障线路的零序电容电流为所有非故障线路的零序电容电流之和，如果同一母线上的线路条数足够多，且各条线路的参数差异不大，则故障线路的零序电容电流将远远大于非故障线路的零序电容电流，利用零序电流的大小即可以判断出故障线路。同时，故障线路和非故障线路的零序电容电流方向不同是构成选线的另一主要判据，非故障线路的零序功率方向由母线指向线路，而故障线路的零序功率方向则由线路指向母线，利用零序功率方向的不同也可以判断出故障线路，而且零序功率方向还不存在动作死区的问题。如果所有线路的零序功率方向均为正向，则判断母线接地。

4 技术方案

目前，测量零序电流有两种方法：一种是在线路上安装由三相电流互感器构成的零序电流滤序器；另一种是在线路上安装专用的零序电流互感器。笔者认为：最好在同一变电所采用同一种接线方式。如果在同一变电所或者同一条母线上既采用三相电流互感器的接线方式，又采用安装专用零序电流互感器的方式，那么一定要使零序电流互感器引出的极性相同，否则接地选线装置是不可能正确工作的。

对于电流互感器采用三相完全星型接线方式时，可以用三相电流的矢量和作为零序电流，其优点是接线简单，不易混淆零序电流的同名端。当电流互感器为两相不完全星型接线方式时，且出线为电缆，可加装单独的零序电流互感器，其优点是不平衡电流较小，故障发生时，反应更为灵敏。应当特别注意零序电流的方向均应以母线流向线路为正，零序电流滤过器或零序电流互感器的同名端接保护装置的同名端。

大部分微机线路保护装置零序电压的选取均

由保护装置本身计算故障时的三相电压直接得出，但有的保护装置则需外加零序电压。外加零序电压时应注意零序电压的方向，电压互感器的开口三角采用正极性接法，但是以反接线接入保护装置，电压互感器的开口三角同名端(星号端)接出N并接地，再接微机保护装置的同名端3U0*；非同名端(不带星号端)接出L，同时接微机保护装置的非同名端3U0(图5)。

图5 零序电流电压接线图

5 经济效益

以射洪110 kV城南站为例：该站共有八回10 kV出线，每回线路的负荷约在1 000～3 000 kW之间，以平均负荷1 500 kW计算。按照传统的接地故障查找方法逐条拉合线路，如果最后才断开故障线路(即第八条线路)，设调令拉合每条线路的时间为10 min，则为排查接地故障所损失的电量约为：P=7×1 500×(10÷60)=1 750(kW·h)。如果安装了接地选线装置，则可以在几秒时间内就能准确选出接地故障线路，不仅提高了系统供电的可靠性，其经济效益也是可观的。

[1] 李丽娇.电力系统继电保护(第一版)[M].北京： 中国电力出版社，2005.

[2] 王维检.电气主设备继电保护原理与应用(第一版)[M].北京：中国电力出版社，1996.

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1001-2184(2017)06-0097-03

2017-01-10

谭 华(1976-)，女，四川射洪人，技师，注册安全工程师，从事电力系统及其自动化研究.

李燕辉)