10kV配電線路單相接地故障及對(duì)策分析

單帝安

廣州供電局有限公司增城供電局 511330

摘要：在10kV配電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障的機(jī)率很大，接地故障的發(fā)生，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，電力系統(tǒng)的技術(shù)人員在新時(shí)期必須努力加強(qiáng)對(duì)單相接地故障的研究，以采取有效策略對(duì)其加以防治。本文結(jié)合一起實(shí)際案例，詳細(xì)分析消弧選線裝置選線失效的原因，并提出了有效的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：小電流接地；消弧選線；選線失效

0 前言

某電站曾經(jīng)多次發(fā)生10kV線路單相接地故障，而消弧選線裝置無(wú)法準(zhǔn)確選出接地線路的事件，調(diào)度只能采取輪切的方式查找故障線路，顯然不利于故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與隔離。根據(jù)《交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合》的要求，3～10 kV架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流大于10 A時(shí)，以及3～10 kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流大于30 A時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈[1]。對(duì)于中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈的10kV電網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，消弧線圈產(chǎn)生的感性電流補(bǔ)償了故障點(diǎn)的電容電流，從而使故障點(diǎn)的殘流變小以達(dá)到自然熄弧的目的。

目前，對(duì)于10 kV系統(tǒng)當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，保護(hù)通常是不動(dòng)作于跳閘的，而是根據(jù)消弧裝置的選線結(jié)果人工切除故障線路，當(dāng)選線失效無(wú)法選出故障線路時(shí)，調(diào)度就只能采取逐條線路輪切的方式來(lái)確定故障線路，有時(shí)需要較長(zhǎng)時(shí)間，而且對(duì)于非環(huán)網(wǎng)線路，直接切除正常運(yùn)行的線路會(huì)造成負(fù)荷損失，降低了供電可靠性。此外，每一次開關(guān)的分合閘操作都會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，也會(huì)縮減開關(guān)的使用壽命。因此有必要對(duì)消弧線圈的選線失效做出分析，并提出可行的措施。

1 消弧選線裝置原理

以智光電氣消弧選線裝置為例，說(shuō)明其選線原理，其選線判據(jù)有零序電流的大小和方向兩個(gè)，具體如下。

（1）10大小判別。因?yàn)榻拥貢r(shí)候故障線路的故障零序電流為全系統(tǒng)的電容電流之和減去本線路電容電流，而非故障線路的零序電流為本線路之電容電流，故由零序電流的大小，選取全部線路中零序電流最大的幾條線路作為接地線路選擇的對(duì)象。

（2）Io方向判斷。故障線路零序電流的相位滯后于零序電壓約90°；非故障線路零序電流的相超前于零序電壓約90°。選線裝置以零序無(wú)功功率方向的方式判斷：對(duì)接地線路（零序電流滯后于零序電壓約90°）：Qo>0，選出該線路；未接地線路（零序電流領(lǐng)先于零序電壓約90°）：Qo<0；如果所有（零序電流均領(lǐng)先于零序電壓約90°）Qo<0，則判別為母線接地。

2 故障簡(jiǎn)述

某日06時(shí)49分，某110kV變電站10kV 713線路發(fā)生單相接地，后臺(tái)監(jiān)控機(jī)和調(diào)度只收到“#2接地故障”信號(hào)，但未收到具體接地線路信息，運(yùn)行人員到站檢查后發(fā)現(xiàn)選線裝置報(bào)母線接地，并按從小到大的順序列出5條線路的接地電流，其中713線路的接地電流最大，將情況告知調(diào)度后，調(diào)度將713線路切除，接地故障消失，當(dāng)調(diào)度合上713線路之后過段時(shí)間在此發(fā)生線路接地，此時(shí)選線裝置能正確選出713線路。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

3.1 消弧系統(tǒng)裝置參數(shù)

消弧線圈接地系統(tǒng)為KD-XH型配電網(wǎng)智能化快速消弧系統(tǒng)，配套DDS-02型高性能小電流接地選線裝置。

3.2 后臺(tái)監(jiān)控機(jī)的報(bào)文情況

06時(shí)49分，在首次接地故障的時(shí)候，所有連接在#2M母線上的線路都發(fā)接地報(bào)警信號(hào)，#2主變變低552A、552B發(fā)零序過電壓報(bào)警信號(hào)。說(shuō)明消弧裝置沒能正確識(shí)別出故障接地線路。07時(shí)58分，調(diào)度切除713，接地告警信號(hào)返回，7時(shí)59分，調(diào)度合上713開關(guān)，故障消失，8時(shí)53分，再次發(fā)生接地故障，此時(shí)消弧選線裝置正確選出故障線路。

4 接地選線裝置試驗(yàn)情況

利用繼保測(cè)試儀對(duì)接地選線裝置進(jìn)行了加量試驗(yàn)，選取發(fā)生接地故障的10kV713線路間隔進(jìn)行試驗(yàn)，模擬故障時(shí)刻的零序電流、電壓，選線裝置在故障量明顯時(shí)能正確選出故障線路，說(shuō)明選線裝置本身是良好的。

5 原因分析

智光電氣生產(chǎn)的DDS-01型接地選線裝置與KD-XH型配電網(wǎng)智能化快速消弧系統(tǒng)配合使用。消弧系統(tǒng)在投入補(bǔ)償后造出一個(gè)小擾動(dòng)，并通知選線裝置進(jìn)行選線，選線裝置根據(jù)小擾動(dòng)前后零序電流的變化量的大小，即小擾動(dòng)值，并綜合功率方向等判據(jù)進(jìn)行選線，小擾動(dòng)門檻值為30mA，發(fā)生接地線路的擾動(dòng)量是最大的。初次故障時(shí)消弧選線裝置未能正確選出713線路，裝置報(bào)母線接地，其數(shù)據(jù)如表2。

第二次故障時(shí)，消弧選線裝置能正常選出713線路接地，裝置報(bào)713接地。

根據(jù)接地選線裝置的記錄信息，發(fā)現(xiàn)初次故障時(shí)713線路的擾動(dòng)量為10mA，小于消弧裝置正確選線的門檻值30mA，同時(shí)零序電流超前零序電壓，即Qo<0，所以接地選線裝置無(wú)法選出713線路接地，故報(bào)母線接地。當(dāng)?shù)诙喂收蠒r(shí)，713擾動(dòng)量為137mA，大于消弧裝置正確選線的門檻值30mA，且零序電流滯后零序電壓，即Qo>0，所以消弧裝置能正確將713線路選出，第二次故障時(shí)能正確選線說(shuō)明消弧裝置不存在問題。第一次713線路接地時(shí)，消弧裝置沒有正確選出接地線路的原因在于此處故障特征量不明顯，未達(dá)到消弧選線裝置的門檻值。

6 改進(jìn)措施及建議

中山局目前使用的消弧選線裝置廠家多為廣州智光電氣和上海思源電氣，兩個(gè)廠家的設(shè)備都曾出現(xiàn)選線失效現(xiàn)象。智光電氣采用的接地選線和消弧線圈一體化配合法――在消弧系統(tǒng)投入補(bǔ)償時(shí)先造出一個(gè)小擾動(dòng)，根據(jù)消弧線圈補(bǔ)償先后各線路的零序電流變化進(jìn)行判斷，但是故障線路零序電流變化量的大小與接地點(diǎn)的過渡電阻大小有關(guān)。過渡電阻越大，則殘流增量越小，因此它對(duì)于高阻接地的判別還是比較困難的。思源電氣采用的五次諧波法，理論上認(rèn)為消弧線圈所提供的零序五次諧波電流遠(yuǎn)小于線路電容電流的五次諧波，因此采用零序五次諧波的幅值和相位進(jìn)行比較，將零序五次諧波電流幅值最大，相位與其它線路相位相反的判別為故障線路。但是在電力系統(tǒng)中，由于鐵芯設(shè)備非線性的影響，必然包含一系列高次諧波分量，主要為五次諧波，此外零序五次諧波電流的幅值很小，易受干擾，因此存在選線失效的情況[3]。

建議采用消弧線圈并聯(lián)中電阻的接地方式。并聯(lián)中電阻選線法是采用接地時(shí)在消弧線圈兩端瞬間投切并聯(lián)電阻的方法，瞬時(shí)向接地點(diǎn)注入電流有功分量，使接地點(diǎn)的電流幅值和相位都有很明顯的變化，采用獨(dú)特的DK選線法，可以克服殘流增量法接地后調(diào)整消弧線圈以及對(duì)高阻接地選線不準(zhǔn)的缺點(diǎn)，能對(duì)金屬接地、高阻接地和母線接地進(jìn)行準(zhǔn)確選線，選線準(zhǔn)確性達(dá)到100%[4]。

7、結(jié)束語(yǔ)

單相接地故障是一個(gè)急待解決的問題。相關(guān)的負(fù)責(zé)人員應(yīng)該在實(shí)踐過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，盡早的研究出有效的解決方法，并且在平常要認(rèn)真做好相關(guān)的防護(hù)工作。本文分析消弧選線裝置選線失效的原因，并提出了有效的改進(jìn)措施。希望對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行有一定的幫助意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合 DL/T 620-1997[S].中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)，1997：6-7.

[2]廣州智光電氣有限公司.DDS-02E型配電網(wǎng)接地故障智能檢測(cè)裝置技術(shù)說(shuō)明書[M].2003：6-7.

[3]消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧及接地選線的原理與分析[J].水利水電工程，2014，36（04）：99-103.

[4]上海思源電氣股份有限公司.XHK-II-ZP型消弧選線自動(dòng)調(diào)諧及成套裝置使用說(shuō)明書[M].2007：14-15.