配電網(wǎng)接地故障與判斷之我見

岳凱 王芳芳

（山西省長治清華機械廠 山西長治 046012）

配電網(wǎng)接地故障與判斷之我見

岳凱 王芳芳

（山西省長治清華機械廠 山西長治 046012）

經(jīng)濟的發(fā)展和人民的正常生活都離不開電力系統(tǒng)的支持，我國電力系統(tǒng)的組成主要包括發(fā)電系統(tǒng)部分、輸電系統(tǒng)部分和配電系統(tǒng)部分這三個部分。就目前來看，我國電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)正處于起步階段，特別是配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和完善與發(fā)達國家相比，尚且存在較大的差距。鑒于此，本文主要結(jié)合配電網(wǎng)接地故障的基本情況，分析了配電網(wǎng)接地故障，旨在促進電力系統(tǒng)的發(fā)展。

配電網(wǎng)；接地故障；判斷

配電網(wǎng)系統(tǒng)作為我國電力系統(tǒng)的重要組成部分，對電力的正常供應(yīng)具有重要的影響。我國在配電網(wǎng)選線的方式上制作出了很多的方案，但是這些方案在應(yīng)用過程中，都表現(xiàn)出來了一些弊端，特別是配電網(wǎng)接地故障成為配電網(wǎng)系統(tǒng)的重要問題。切實解決好配電網(wǎng)存在的接地故障，能夠及時判斷故障產(chǎn)生的原因，有利于保證配電網(wǎng)絡(luò)的順利運行，確保電力系統(tǒng)的正常運行。

1 配電網(wǎng)接地故障概述

1.1 配電網(wǎng)接地故障

我國的配電網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍非常廣，擁有的配電線路眾多，所以配電網(wǎng)接地出現(xiàn)故障使在所難免的，一旦配電網(wǎng)接地線路出現(xiàn)故障以后，工作人員能夠迅速做出反應(yīng)，找出故障產(chǎn)生的原因并判斷故障發(fā)生的位置，實現(xiàn)故障的解決和迅速供電，有利于保證供電的穩(wěn)定性。我國配電網(wǎng)中性點接地的方式主要包括兩種，分別是有效接地方式和非有效接地方式，并且非有效接地方式包括中性點不接地方式、中性點經(jīng)消弧線圈接地方式以及中性點經(jīng)高阻抗接地方式。此外，依據(jù)中性點接地方式還可以分成大電流接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)。

配電網(wǎng)接地通常采用的方式是中性點非有效接方式，所以如果配電網(wǎng)接地線路出現(xiàn)故障時，特別是單相電接地出現(xiàn)故障以后，故障部位的接地網(wǎng)電流很小，所以還可以繼續(xù)運行幾個小時，但是如果長時間工作，不僅會損壞設(shè)備，同時還會對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生了不良影響。在配電網(wǎng)中，單相接地故障發(fā)生的概率較大。經(jīng)過研究和調(diào)查可知，在配電網(wǎng)接地故障中，大約有80%的故障時單相接地導(dǎo)致的故障，由于單相接地故障的電流穩(wěn)態(tài)較小，但是繼電保護裝置在發(fā)生故障時發(fā)出信號才能被發(fā)現(xiàn)，因而單相配電接地故障不易被發(fā)現(xiàn)。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在20世紀初期階段，國外就已經(jīng)對小電流的接地系統(tǒng)選線進行了廣泛研究。原蘇聯(lián)小電流的接地系統(tǒng)較為普遍，該國家重視接地保護和選線工作的研究與開發(fā)，并且研究出幾代用于選線的裝置；日本的配電網(wǎng)系統(tǒng)使用中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，第一種系統(tǒng)使用無功方向的保護裝置，第二種系統(tǒng)使用零序過電流保護裝置；德國的配電網(wǎng)主要使用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，目前德國用于單相接地故障選線的方法是便攜式接地報警裝置。在20世紀90年代開始，國外就已經(jīng)出現(xiàn)了利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行配電網(wǎng)接地故障的選線。

我國對配電網(wǎng)接地故障的研究是從20世紀50年代末開始，多種單相接地保護法和故障選線裝置被研究出來，總體來說保護裝置從零序電流保護發(fā)展到了無功功率保護，從普通的繼電器保護到微機保護。從90年代到現(xiàn)在來看，我國的研究學(xué)者進行了大量的研究和分析，從而提出了選線方法和原理，包括群體比幅比相方法、模糊理論選線方法、數(shù)學(xué)形態(tài)普原理選線方法、粗糙集原理選線方法等內(nèi)容，同時也研發(fā)出了對應(yīng)的選線裝置。

1.3 配電網(wǎng)接地故障分類

組成配電網(wǎng)的主要是進行配電的變壓器、電纜線路、隔離開關(guān)、桿塔等部分，從而進行電力網(wǎng)絡(luò)的分配工作，并且在配電網(wǎng)進行工作時，出現(xiàn)配電網(wǎng)接地短路是一種常見的故障，短路故障可以分成三種類型，分別是單相接地故障、兩相短路接地故障和三相接地故障，其中前兩種是非對稱故障，三相短路是對稱故障。當(dāng)發(fā)生配電網(wǎng)接地故障時，導(dǎo)致穩(wěn)定電氣分量的數(shù)值降低，也就是所說的單相接地故障導(dǎo)致的暫態(tài)電氣。暫態(tài)電氣包括包含零序電容電流的暫態(tài)、接地電流的暫態(tài)和補償電流的暫態(tài)，總體來說當(dāng)配電網(wǎng)接地發(fā)生故障以后，暫態(tài)接地電流不僅會快速減少零序電容電流，并且還能夠放緩補償電流的減少速度。

1.4 配電網(wǎng)接地故障選線方法

在電力系統(tǒng)的發(fā)展過程中，近些年來研究配電網(wǎng)接地故障成為熱點話題，目前已經(jīng)有多種故障選線方法被提出，但是大體上可以分為兩種類型：①利用故障信號的特點進行選線；②不利用故障信號的特點進行故障選線。

利用故障信號特點進行選線。①零序電流比幅法。如果配電網(wǎng)接地故障發(fā)生時，那么出現(xiàn)故障線路的零序電流與未出現(xiàn)故障的線路零序電流是不同的，其標志是故障線路的零序電流數(shù)值大；②負序電流選線法。當(dāng)發(fā)生單相接地故障以后，不僅會出現(xiàn)零序電流，而且還會出現(xiàn)負序電流，負序電流在配電網(wǎng)線路中的分布與零序電流有相同的性質(zhì)，所以可以根據(jù)這一特征判斷線路。

不利用故障信號的特點進行選線。①逐條拉線法。這種方法的運用原理是如果配電系統(tǒng)中的一條線路出現(xiàn)單相接地故障時，那么就會產(chǎn)生零序電壓，如果拉開這條線路后，零序電壓就會消失，所以可以判斷是否存在接地故障；②注入變頻信號法。這種方法是通過注入諧振頻率來判斷故障線路。

2 配電網(wǎng)接地故障與判斷

2.1 基于廣域信息的配電網(wǎng)接地故障分析

進行廣域網(wǎng)信息的配電網(wǎng)接地故障分析與判斷，主要是根據(jù)放射性的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征和廣域的信息進行的，利用這種方法可有效判斷是否發(fā)生單相配電網(wǎng)接地故障，并且還能判斷是否出現(xiàn)對稱接地故障，這一判斷分析方法也是突破了傳統(tǒng)判斷配電網(wǎng)接地首端與末端故障分析方法，實現(xiàn)了配電網(wǎng)接地故障判斷的創(chuàng)新與發(fā)展。

2.2 基于暫態(tài)零模量電流的配電網(wǎng)接地故障分析

在電力系統(tǒng)的配電系統(tǒng)中，發(fā)生不對稱故障的概率要遠遠高于對稱故障發(fā)生的概率，并且該方法對暫態(tài)零模量電流的接地故障判斷方法十分重要。這一方法可以根據(jù)電流的處理方式分為暫態(tài)零模量電容判斷和暫態(tài)零模量電流差分比故障判斷。

其中一種判斷方式主要是在故障出現(xiàn)時，利用暫態(tài)電容電流判斷故障電流的基本性質(zhì)，主要體現(xiàn)在發(fā)生這一故障的放電電容電流衰減的速度相對較快，且振動頻率高，如果配電系統(tǒng)的一條線路出現(xiàn)單相接地故障后，暫態(tài)電容電流持續(xù)時間比較短，并且為了實現(xiàn)對暫態(tài)電氣特征量的有效控，提取特征量也只是在配電網(wǎng)接地故障發(fā)生后的暫態(tài)周期中。無論是在故障線路還是非故障線路中，暫態(tài)零模量的電壓具有相同的作用，再加上暫態(tài)零模量的電流會決定暫態(tài)抗阻的大小，而決定暫態(tài)抗阻值的根本因素是接地電容的大小，所以當(dāng)配電網(wǎng)接地故障發(fā)生時，暫態(tài)零模量的電流數(shù)值是未發(fā)生配電網(wǎng)接地故障的暫態(tài)零模量數(shù)值的總和，而未發(fā)生配電網(wǎng)接地故障的線路暫態(tài)零模量的電流數(shù)值就是自身暫態(tài)零模量的電流數(shù)值，所以可以依據(jù)這一特征對線路是否發(fā)生配電網(wǎng)接地故障進行判斷。當(dāng)暫態(tài)零模量的電容數(shù)值與電容大小總和一致時，由此可以判定此時的配電網(wǎng)接地故障是單相接地故障，這一位置的電容大小如果與本地接電線路的接地電容相等，那么便能判斷為未發(fā)生配電網(wǎng)接地故障。

另外一種配電網(wǎng)接地故障判斷與分析可以依據(jù)差動保護原理進行故障判斷，利用暫態(tài)零模量電流的差分比進行配電網(wǎng)接地線路的選擇，在具體的配電網(wǎng)接地故障線路選擇時，還需依據(jù)具體的電路情況進行判斷與比較，由此判斷是否發(fā)生配電網(wǎng)接地故障，確定科學(xué)有效的方法予以解決。

3 結(jié)語

綜上所述，電力系統(tǒng)作為我國的基礎(chǔ)設(shè)施，對人民的生活和經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的作用，配電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，對電力的正常供應(yīng)具有不可忽視的影響。在配電系統(tǒng)運行的過程中，配電網(wǎng)接地故障的判斷與分析是目前研究的熱點問題，通過對配電網(wǎng)接地故障判斷的研究，有利于找出科學(xué)的選線方法和裝置，及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的線路，加快配電網(wǎng)接地故障的處理效率，是電力持續(xù)供應(yīng)的可靠保障。

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2016-7-10