小电流选线系统中增加消弧线圈回路、电容器回路零序电流的必要性分析

屈亚军　苏健

[摘    要]在工程设计中经常会遇到小电流选线装置，小电流选线装置是否应该接入电容器、消弧线圈回路，未见规范予以明确。工程设计人员往往根据自身对于小电流选线的理解考虑电容器、消弧线圈回路零序电流的接入，造成不同设计人员在小电流选线零序电流接入上存在差异，其中有的差异不影响选线功能的实现，有的差异影响选线功能的实现，必须对上述差异予以分析研究。文章在10 kV接地故障特征基础上，根据常见小电流选线原理，分析了消弧线圈回路、电容器回路零序电流接入小电流选线装置的必要性，得出了小电流选线装置零序电流回路接入的一般原则，对工程实践起到了一定指导作用。

[关键词]小电流选线;消弧线圈;电容器;零序回路

[中图分类号]TM862 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）09–00–03

[Abstract]Low current line selection device is often encountered in engineering design. Whether the low current line selection device should be connected to capacitor and arc suppression coil circuit is not clear in the specification. Engineering designers often consider the connection of zero sequence current of capacitor and arc suppression coil circuit according to their own understanding of small current line selection， resulting in differences in the connection of zero sequence current of small current line selection among different designers. Some differences do not affect the realization of line selection function， and some functions affect the realization of line selection function. The above differences must be analyzed and studied. Based on the characteristics of 10 kV grounding fault and according to the common principle of small current line selection， this paper analyzes the necessity of zero sequence current of arc suppression coil circuit and capacitor circuit connected to small current line selection device， and obtains the general principle of zero sequence current circuit connected to small current line selection device， which plays a guiding role in engineering practice.

[Keywords]low current line selection; arc suppression coil; capacitor; zero sequence circuit

目前10 kV配网主要仍以不接地系统作为主导，而在电缆出线比较聚集的位置使用经消弧线圈的接地方法，例如，城市配电网等，部分工厂、大型城市配网有采用电阻接地方式。本文主要探讨更为普遍的不接地系统与经消弧线圈接地系统两类情况。当小电流接地电力网产生短路故障的时候，因为形成的电流量较小，因此被称作小电流接地故障。小电流接地故障通常不会对机电设备、通信网络以及人体等形成较大的影响，而且三相电源相互间的相电压几乎维持一致，对负载的送电效果不会造成任何的影响，所以在通常情况下，如果电力网出现短路故障的话，会容许延迟一定的时间，以此防止送电忽然断开而对用户的生活、生产造成不良影响。

通常状态下，小电流接地故障不会对电网的常规运转造成影响，但在此过程中形成的过电压可能会影响到电网的绝缘状态，从而造成短路问题的不断扩大。因此小电流选线装置在电网中得到了大量应用。小电流选线装置的接线差异影响装置功能实现。小电流选线装置是否应该接入电容器、消弧线圈回路，未见规范予以明确。工程设计人员往往根据自身对于小电流选线的理解考虑电容器、消弧线圈回路零序电流的接入，造成不同设计人员在考虑小电流选线零序电流接入上存在差异，其中有的差异不影响选线功能的实现，有的差异影响选线功能的实现，必须对上述差异予以分析研究。

文章在10 kV接地故障特征基础上，根据常见小电流选线原理，分析了消弧线圈回路、电容器回路零序电流接入小电流选线装置的必要性，得出了小电流选线装置零序电流回路接入的一般原则，对工程实践起到了一定指导作用。

1 故障特征

当电网发生异常或故障时，尤其是发生单相接地时，在电网中出现的电流、电压将因中性点的接地方式不同而不同。目前10 kV配網主要针对的是消弧线圈接地装置和不接地装置。下面就对两者在中性点的故障特征予以分析，从而给出这两类系统下的选线原理。

1.1 中性点不接地系统的特征

（1）单相接地形成的同时，零序电压也会在全系统中形成。

（2）对于非故障相的元器件而言，如果上面有零序电流，那么电流值就相当于自身的对地电容电流，在非故障相的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容（电容器）性无功功率的角度为由高压母线流入出线，即零序电压超前的零序电压90°，如图1所示。

（3）对于出现故障的线路而言，零序电流的数值通常都较大，是全系统中未形成故障的元器件对地的电容电流的总和，电容（电容器）性无功功率的具体角度从配电线路流入高压母线，也就是零序电压超前的零序电压90°。

1.2 中性点经消弧线圈接地系统特征

中性点不接地系统如果出现单相接地故障，那么全系统中的对地电容电流都会直接流入到接地点，此时，如果电流相对较大，就会在接地点形成电弧，从而造成弧光过电压。当电容电流过大时还会危及设备的安全运行，因此我国中、低压电网一般都采取中性点经消弧线圈接地的运行方式，一般采用过补偿方式。一般中性点经消弧线圈接地系统有如下特征，如图2所示。

（1）全系统均出现零序电压。

（2）对线路上通过的零序电流予以完善，使其完善配电线路上流过的零序电压，其指数值仍为配电线路自身对地电容电流，电流的流向则由高压母线流入配电线路。

（3）发生故障的配电线路上通过的零序电流，由于消弧线圈的过补偿作用，其数值为全系统所有健全线路零序电流与流经消弧线圈电感电流之差且数值较小，电容性电流流向为由母线流向线路。

2 选线原理

小电流选线技术，从选线原理使用频带上划分，可分为稳态选线技术与暂态选线技术。稳态选线原理一般利用接地故障所产生的稳态工频或谐波信号，包括零序电流幅值比较法，零序电流方向法，谐波法，零序电流有功功率法等。暂态选线原理一般利用接地故障后所产生的高频信号，包括有幅值与极性比较法，暂态零模电流方向法，小波法，暂态能量法等。稳态选线原理是目前选线装置普遍采用的原理，在消弧线圈接地模式下，易于受到消弧线圈影响，方法灵敏度低。暂态选线原理是不受消弧线圈的影响，但是需要暂态信号的高速采集、计量与分析，目前实际应用较少。

以下对工程中普遍应用的不接地系统穩态选线原理、消弧线圈接地系统稳态选线原理予以说明。

2.1 不接地系统稳态选线原理

小电流选线装置在中性点不接地系统下，通常先要对线上所有的PT开口三角电流电压进行即时性检测，也就是高压母线的零序电压以及每段高压母线带出线的零序电压，应用DFT计算方法算出高压母线零序电压和出线零序电压的高低和相位，对零序电压、电流的高低和各个量相互间的相位关联，应用“多重评判标准”、“突变挑选”等计算方法，对形成系统故障的配电线路予以明确。

主要的实施过程如下：设备检查到某一段高压母线的零序电压超过此段高压母线设定的系统故障启动电流电压时，马上对此段高压母线上所带出线的零序电压状况进行检测，并从里面挑选较大的电流量和别的相应比较小的电流量进行对比，看有没有相对应的高低关联，然后再对其相位进行对比，把已经明确的出线再和高压母线的相位进行对比，看是不是符合不接地系统的相位关联。也就是零序电压大于零序电流90°时，可以选出线;反过来，则选高压母线。

2.2 消弧线圈接地系统稳态选线原理

在经消弧线圈接地保护系统里，如果出现单相接地，消弧线圈就会把一个电感电流量累加在故障点流经的电容电流上，达到补偿故障问题点的电容电流的目的，所以接地装置配电线路的基波零序电流角度和非接地装置配电线路的基波零序电流的角度相一致，不可以用零序电流角度来辨别接地装置的配电线路。

故障配电线路一般呈金属性接地保护，接地保护电流在消弧线圈里面特性阻抗和配电线路特性阻抗出现的情形下，形成过大的有功功率耗损。消弧线圈接地系统下目前大多数小电流厂家以有功功率损耗的大小来作为接地选线的依据。其余电流、电压检测环境与中性点不接地系统一致。

3 电容器、消弧线圈零序电流回路的影响

3.1 电容器回路零序电流的影响

工程中经常将10 kV电容器回路零序电流回路接入小电流选线系统。电容器回路与出线类似，接入至小电流选线中无论在不接地系统还是消弧线圈接地系统下均可以满足当作出线回路考虑。但是考虑到电容器回路一般利用电缆连接，电缆一般在变电站内电缆沟、电缆夹层中安装，并且110 kV变电站电容器至10 kV电容器出线柜距离20～40 m，二者间电缆发生单相接地故障的可能性极小，一般可不考虑电容器回路零序电流可接入小电流选线装置。

3.2 消弧线圈控制回路零序电流的干扰

在系统产生单相接地故障问题时，消弧线圈回路接入零序回路，为故障点提供感性补偿电流，降低故障点熄弧电流。在10 kV发生单相接地故障时，忽略故障点与10 kV母线间压降，假设10 kV母线电压与故障点母线电压相同。由10 kV母线电压与故障回路电流积分计算可近似求得全网有功功率，通常远大于非故障线路。

非故障线路有功功率为其对地电导的有功功率以及自身电容电流在线路上流动造成的电阻损耗，由于非故障线路电导以及电容电流都很小，所以非故障线路有功功率也很小。

消弧线圈回路由于消弧线圈存在电阻损耗，有功功率一般较大。

10 kV单相接地故障时，由于故障电流非常小，一般存在一定的测量误差，并且受线路三相参数不平衡影响，可能使得消弧线圈回路测量有功功率大于故障线路测量有功功率。在此种情况下，小电流选线装置往往选出消弧线圈回路而非故障线路，在工程实践中也往往存在此类情况。

因此，在10 kV经消弧线圈接地系统中，如果小电流选线装置采用零序电流有功功率法选线，不建议将消弧线圈回路零序电流接入小电流选线回路中，避免此种选线原理下，选出消弧线圈回路，导致选线失败。

4 结论

本文主要针对经消弧线圈接地系统、10 kV中性点不接地系统以及接地故障问题的形成特点进行分析的前提上，根据常见小电流选线原理，分析了消弧线圈回路、电容器回路零序电流接入小电流选线装置的必要性，给出了如下一般原则：

（1）一般可不考虑电容器回路零序电流接入小电流选线装置。

（2）在10 kV经消弧线圈接地系统中，如果小电流选线装置采用零序电流有功功率法选线，不建议将消弧线圈回路零序电流接入小电流选线回路中，避免此种选线原理下，选出消弧线圈回路，导致选线失败。

参考文献

[1] 徐丙银，薛永端.小电流接地故障选线技术综述[J].电力设备，2005，6（4）：1-7.

[2] 程浩忠，陈章潮.城市电网规划与改造（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2015.

[3] 张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2010.