小電流系統(tǒng)接地選線方法綜述

施偉 江維

我國配電網(wǎng)普遍采用小電流接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生單相接地時，線電壓仍對稱，不構(gòu)成短路回路，故障電流小，可不影響對負荷的供電。但是，長時間單相接地運行易使故障擴大成兩點或多點接地，構(gòu)成短路;接地點的弧光還會引起系統(tǒng)過電壓，造成損壞設(shè)備，影響系統(tǒng)安全運行。近年來，在配電系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生由單相接地引起的電纜爆炸、電壓互感器PT燒毀，甚至燒毀母線，造成機組停運、工藝流程中斷等惡性事故，對安全生產(chǎn)影響極大。所以小電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，必須及時找到故障線路予以切除。

圍繞小電流系統(tǒng)接地選線原理和技術(shù)，電力工作者進行了廣泛而又深入的研究，提出了多種故障選線方法。概括起來主要包括:人工拉路法、信號注入法、穩(wěn)態(tài)信號法、暫態(tài)分量法和行波法等。這些方法的提出和現(xiàn)場應(yīng)用，有力促進了小電流系統(tǒng)接地選線問題的解決。下面對現(xiàn)有的方法進行一一介紹。

1 人工拉路法

人工拉路法是一種非自動化的方法，不僅是最早的接地選線方法，也是目前仍在使用的選線方法。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，電壓互感器的開口三角電壓增大，運行人員發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中發(fā)生了單相接地，接著通過逐條線路拉合閘的辦法，尋找接地線路。如果拉閘后，接地沒有消失，則接地點不在該條線路上，重新合上該線路，繼續(xù)拉下一條線路。如果拉閘后，接地消失，則該線路為接地線路，選線結(jié)束。由于該方法無選擇性拉合閘，造成系統(tǒng)中正常運行設(shè)備的電流、電壓沖擊，不僅會縮短斷路器的使用壽命，還增加了對系統(tǒng)中運行的電氣設(shè)備的絕緣的要求，易于造成系統(tǒng)中絕緣薄弱點的擊穿，使接地轉(zhuǎn)化成短路，造成系統(tǒng)事故。

2 信號注入法

信號注入法是一種主動的接地選線方法，而不依賴于故障產(chǎn)生的故障特征信息。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，接地相的電壓互感器PT原邊被短接。此時通過接地相PT向系統(tǒng)中注入一個特定頻率的電流信號，在系統(tǒng)中通過手持設(shè)備尋找該注入信號。由于注入的信號會沿著接地線路經(jīng)接地點注入大地，因此在接地點前，手持設(shè)備都能檢測到該信號，在接地點后，手持設(shè)備檢測不到該信號，因此可選出接地線路和接地點。信號注入法不僅可以選出接地線路還能確定接地點，但是注入信號強弱受電壓互感器容量的限制，當(dāng)注入信號功率不夠大時，信號較弱，難以準(zhǔn)確選線。另外，注入信號法受接地點情況的影響大，接地電阻較大時，線路上的分布電容會對注入的信號分流，給選線和定位帶來干擾;接地點存在拉弧時，注入的信號在線路中將不連續(xù)，信號特征被破壞，信號不易識別，接地選線困難。

3 穩(wěn)態(tài)信號法

穩(wěn)態(tài)信號法顧名思義是利用接地后的穩(wěn)態(tài)信號特征進行接地選線方法。所利用的穩(wěn)態(tài)信號具體包括零序電流、負序電流、基波電流和諧波電流等等，具體方法包括比幅法、比相法、有功分量法、能量法等等。

1)比幅法是通過比較所有線路電流的幅值來確定接地線路的。當(dāng)發(fā)生單相接地時，接地線路的電流幅值最大。接地時，接地線路中的電流為全系統(tǒng)中非接地線路對地電容電流之和;非接地線路電流僅為該回線路的對地電容電流，因此接地線路的電流最大。當(dāng)系統(tǒng)中性點不接地或者經(jīng)電阻接地時，該原理成立;當(dāng)系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地時，接地線路電流為非接地線路對地電容電流和消弧線圈支路電流之和，因此在不同的消弧線圈補償情況下，接地線路電流與非接地線路電流之間的幅值關(guān)系將發(fā)生變化，絕大多數(shù)情況下，接地線路電流最大的關(guān)系將不再成立。

2)比相法比較接地線路和非接地線路的電流相位。單相接地時，接地線路的零序電流由線路流向母線，而非接地線路零序電流由母線流向線路。正常運行時，線路零序電流超前零序電壓90°;接地時，接地線路零序電流滯后于零序電壓90°。同樣，比相法在短線路或采用過補償?shù)闹行渣c經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中不適用，前者是因為短線路的電容電流太小，角度誤差很大，容易引起誤判;后者是因為接地線路和非接地線路的零序電流方向相同，前述特征不復(fù)存在。

3)有功分量法是利用接地時系統(tǒng)產(chǎn)生的有功電流來確定接地線路的。對于中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生接地時，流過接地線路始端的零序電流可分為兩部分:a.中性點電阻上產(chǎn)生的有功電流，其相位與零序電壓相差180°;b.非接地線路零序電流之和，其相位滯后于零序電壓90°。由于有功電流只流過接地線路，與非接地線路無關(guān)，只要以零序電壓作為參考矢量，將此有功電流取出，就可方便地實現(xiàn)接地選線功能。對于中性點不接系統(tǒng)，接地后的有功電流分量很少，增加了利用該方法選線的難度。

4)能量法是利用故障分量網(wǎng)絡(luò)的零序電流和電壓構(gòu)成能量函數(shù)，由能量函數(shù)的方向和大小判別接地線路。其依據(jù)為網(wǎng)絡(luò)上的能量都是通過接地線路傳送給非接地線路的，故接地線路的能量函數(shù)總是小于零，并且其絕對值等于其他線路(包括消弧線圈)能量函數(shù)的總和。非接地線路的能量函數(shù)總是大于零，消弧線圈的能量函數(shù)與非接地線路極性相同。

4 暫態(tài)分量法

暫態(tài)分量法是利用過渡過程中的電流電氣量特征進行選線。首半波法是比較早的暫態(tài)分量選線方法。當(dāng)接地發(fā)生在相電壓接近最大值時，接地相電容電荷通過接地相向接地點放電，由于分布電容和分布電感具有衰減振蕩特性，進而形成暫態(tài)接地信號。故障線路零序電流暫態(tài)值大于非接地線路零序電流暫態(tài)值，且故障線路零序電流故障后首半波方向與非接地線路零序電流方向相反。在此基礎(chǔ)上，西安交通大學(xué)的學(xué)者提出了基于暫態(tài)零序電流特征頻帶相位特征的接地選線方法，有效解決了電流微弱，故障電弧不穩(wěn)定的選線問題。

5 行波法

當(dāng)配電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時，故障點將產(chǎn)生故障行波。根據(jù)電磁波理論，在故障行波到達測量點母線時，故障行波將在母線處發(fā)生折反射，一部分故障行波透射進非故障線路，一部分故障行波反射回故障線路。故障發(fā)生后，故障線路和非故障線路都將感受到故障初始行波。故障線路的電流初始行波幅值最大，極性與非故障線路相反。因此，故障發(fā)生后，基于線路電流初始行波的幅值和極性特征，可準(zhǔn)確選擇單相接地線路。這一方法開辟了解決小電流選線問題的新的方法途徑，并且避免了利用工頻信號選線所存在的許多問題，具有不受中性點接地方式影響、不受系統(tǒng)正常運行時的不對稱分量影響、不受線路長度影響等優(yōu)點，有很大的發(fā)展前景。

小電流系統(tǒng)接地選線問題是配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題，也是現(xiàn)場尚未解決的問題。接地選線原理和技術(shù)的持續(xù)研究不僅促進了該問題的解決，也促進了電力系統(tǒng)繼電保護和故障檢測技術(shù)的發(fā)展。

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