配电网电缆线路小电流接地故障识别研究

江志钊

摘   要：近年来，随着目前社会用电需求量的逐渐增加，配电网在电能分配中的作用日益显著，并且与整个电力系统的运行效率紧密相关。中性点接地方式是电力系统中的综合性技术问题。接地方式的不同与电力系统建设与运行的可靠性、安全性以及经济性均具有至关重要的作用。文章主要针对配电网电缆线路在小电流接地时出现的故障进行分析，从而进行具体的识别以及定位。

关键词：配电网;小电流接地;故障识别

在我国的电力行业中，配电网络的辐射范围相对较广，线路的数量也相对较多，极易出现电路故障情况。当线路出现接地故障时，通过迅速检查能够将故障有效切除，并迅速恢复供电，有助于提升供电的可靠性，同时也能够满足广大用户的供电需求[1]。供电的可靠性与电网系统的接地方式紧密相连，单相短路电流对于继电保护装置的功能、设备本身以及通信与信号系统等均具有重要影响。

1    中性点接地方式

在我國目前的电力系统中，较为常见的两种类型主要为中性点非有效接地方式与中性点有效接地方式。其中，前者是在配电系统中主要采用的接地方式，而后者主要用于110 kV及以上电压的等级电网中。中性点非有效的接地方式主要分为3类：（1）中性点不接地方式，该方式在目前的配电系统中较为常见。（2）中性点经消弧线圈接地方式。（3）中性点经高阻抗接地方式，该方式在目前的应用中并不常见。当电力系统中性点对地为完全的绝缘状态时，此时中性点的运行方式则为不接地方式。在中性点不接地方式中由于对于接地电力设施的经济投入比例相对较少，因此该接地方式造价的成本相对较低，从而在我国乡镇的10 kV配电网中较为常用。在该种方式下，当线路出现单相接地故障发生时，故障电流不能形成有效的流通回路，此刻的故障电流也相对较小，而与未发生故障前比较，线路之间的线电压未出现任何改变。因此，当单相接地故障出现后，系统能够继续运行几个小时，从而获取较为充足的时间进行故障排除。

在电力系统中电缆线路的应用较为广泛，与之前的对地电容比较系统中线路的对地电容显著增加，致使出现单相接地故障后，接地电容的电流也会出现较大改变，以致较难熄灭产生的电弧，因此，采用中性点经消弧线圈接地的方式，也就是说系统中与大地之间进行电气联系的中性点是经电抗器进行链接的一种方式[2]。当单相接地的故障发生后，故障发生处的电流相对较大，因此大多需要采用电抗器中的电感电流对发生故障的电容电流进行相应的补偿，经补偿后故障电容的电流显著降低，进而能够有效促进电弧熄灭。该类接地方式有助于电弧进行自动熄灭的同时，能有效避免单相接地故障向相间短路的恶化。大多数情况下消弧线圈主要包含3种补偿方式，分别为全补偿、过补偿以及欠补偿。当与线路中对地电容电流比较消弧线圈中补偿的感性电流相对较小的情况下，故障发生处的电流则为容性电流，该方式则为欠补偿。而当消弧线圈中的补偿感性电流大于线路中对地电容电流时，该情况下故障点的电流则为感性电流，该方式被称为过补偿。但若该补偿的感性电流正好与线路中的对地电容电流相等，则此时故障处的电流也恰好为零，该方式则被称为全补偿。当系统处于欠补偿运行时，出于某种原因对地电容电流相对较小，则会由欠补偿运行过度为全补偿运行，并且在全补偿运行下出现串联谐振的情况，将会严重影响整个电力系统的稳定[3]。因此，大多采用过补偿的方式作为实际的运行的补偿方式。对弧光电压的发生情况进行有效抑制是中性点经消弧线圈接地方式的主要特点，但该接地方式同样存在一定的不足，例如对于传统继电保护装置的选线要求相对较高以及不能对过电压情况进行有效抑制等。

当大地与中性点之间的电气联系是经由定值电阻进行连接时，该方式则为中性点经高阻抗接地方式。当在该方式中出现单相接地的情况时，该定值电阻能够与线路的对地电容形成并联的放电通道，促使容性电流的情况显著减小。电阻是能耗型元件的一种，该接地方式能够对弧光过电压以及谐振过电压等的发生情况进行有效预防。中性点经高阻抗接地的主要优势在与对于继电保护的快速动作不会产生影响，同时能够促使操作过电压以及工频过电压等显著降低。该方式同时也存在一定的缺点：当线路出现过渡电阻接地的故障情况时，受过渡电阻的影响，与金属接地时的故障电流比较，也出现了一定情况的变化，进而对于满足传统继电保护装置的选线要求具有一定的难度。在对中性点接地电阻大小进行选择的过程中主要根据两方面的内容：（1）实际用电的安全方面。（2）故障电流对于电力设备的冲击程度。在进行中性点接地电阻选择的过程中应促使故障电流显著降低，因此，进行阻值大小的选取时应保持偏大较为合适。

2    小电流接地故障的定位分析

在配电系统故障中较为常见的主要为线路单相接地故障，例如风吹树枝触碰导线、电缆某相的绝缘或者老化、雷击后对地出现电弧接地以及电缆被破坏等原因导致的接地等。对于经消弧线圈接地以及配电网中性点不接地等方式而言，单相短路故障具有故障电流幅值相对较小且不明显等的特征，因此对于故障情况较难识别。

2.1  零序电流比较法

对零序电流进行比较的主要方法为零序电流故障分量幅值以及相位综合的比较判定方法，对故障路线的定位主要是依据故障点零序电流的方向以及幅值不同进行定位。在中性点不接地的系统当中，当线路L2出现单相接地短路的故障之后（见图1），故障A相对于地电压则为0，此时电容电流也为0;与此同时线路L1中具有零序电流出现，方向主要是指母线指向的线路。在故障线路L2：其故障出现点的上游检测点位置的零序电流Io2则为未出现故障线路（L1）对地分布电容电流Io1与该检测点至母线区段的分布电容电流之和。滞后零序电压的方向为90°。通过上述研究显示，当线路内的某一节点出现单相接地短路的故障情况时，故障点的同侧零序电流幅值并未出现太大变化，但其两侧零序电流的方向则正好相反，说明故障区主要位于零序电流幅值最大检测点的下游位置。采用零序电流进行比较的成本相对较低，从而较为容易实现，但能够受中性点接线方式的限制，因此仅限在中性点不接地的系统中适用。

2.2  次电流谐波法

通过进行以上分析显示，在中性点不接地系统当中，当出现线路故障的情况时，其零序电流为系统内未存在其他故障线路的零序电流总和，而方向则为线路指向的母线。但对于在中性点经消弧线圈的接地系统中，当其出现单相接地的故障情况时，主要是由于消弧线圈的作用故障电流的分布情况出现了变化。

3    结语

综上所述，在配电系统中当出现小电流单相接地短路的情况时，零序电流的幅值相对较小，通过采用传统的选线方法以及零序过流故障识别不能够对故障出现的情况进行有效定位。本文通过识别故障以及分析定位情况，采用零序电流幅值以及相位比的综合比较方法，依据10 kV配电网进行举例说明，表明采用上述方法能够对小电流故障进行有效识别，从而为小电流接地系统保护工程的运用提供合理、有效的理论依据。

[参考文献]

[1]胡福年，张认，葛苗苗.基于FTU的闭式配电网故障测距研究[J].控制工程，2019（5）：864-871.

[2]周吉刚，田鹏飞，蔡志伟，等.基于IMF和MC-ApEn的含DG中压配电网故障测距研究[J].工业安全与环保，2019（7）：23-27.

[3]洪翠，付宇泽，郭谋发，等.改进多分类支持向量机的配电网故障识别方法[J].电子测量与仪器学报，2019（1）：7-15.