消弧線圈并聯(lián)電阻的小電流接地故障選線對策

張　原（國網(wǎng)四川省電力公司德陽供電公司，四川德陽618000）

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消弧線圈并聯(lián)電阻的小電流接地故障選線對策

張?jiān)▏W(wǎng)四川省電力公司德陽供電公司，四川德陽618000）

本文主要介紹了經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中普遍使用的接地選線方式的優(yōu)缺點(diǎn)和原理，從而提出經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，采用瞬時(shí)投放并聯(lián)中電阻選線的新方案。通過實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算分析表明，這種線路選擇模式可以大大提高所選擇的單相、永久接地故障選線的準(zhǔn)確性。

消弧線圈；并聯(lián)電阻；小電流接地系統(tǒng)；接地選線對策

引言

我國大部分配電網(wǎng)使用的都是中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)的短路電流非常小，所以又可以把它稱之為小電流接地系統(tǒng)。它包括中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場的操作經(jīng)驗(yàn)，單相接地故障在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生故障的幾率最高，大約90%左右，系統(tǒng)可以保持線電壓的對稱性，不影響連續(xù)供電至負(fù)載，并且故障電流很小，沒有必要立即跳閘，規(guī)程規(guī)定能夠繼續(xù)使用1～2h，從而大大提高了供電的可靠性。但是隨著電纜線路的增多和電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)對地電容電流增加，電弧難以熄滅，單相接地后流過故障點(diǎn)的電流比較大，在接地點(diǎn)出現(xiàn)間歇性電弧，導(dǎo)致過電壓，引起非故障相對地的電壓急劇增大。在過電壓的電弧接地的作用下，可能會(huì)損壞絕緣體，導(dǎo)致兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的短路。同時(shí)容易讓電磁式電壓互感器的鐵芯達(dá)到飽和，從而引起鐵磁諧振過電壓，導(dǎo)致跳閘，事故率明顯上升。所以，準(zhǔn)確找出故障電路，提高供電的可靠性，具有十分重要的意義。

1　中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的選線方法

當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障的時(shí)候，假設(shè)A相為發(fā)生接地，如圖1所示。

經(jīng)過對圖1的分析可以得出以下結(jié)論：①中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障后，A、B、C三相的電壓分別為Ua、Ub、Uc。因此，故障相A對地的電壓為0，其余兩點(diǎn)的對地電壓比正常的電壓高根號三倍，與正常電網(wǎng)運(yùn)行電壓相等，線電壓可以保持對稱。②非故障線路和故障線路出現(xiàn)零序電流。③故障線路的電流比零序電壓小90度，非故障線路的零序電流比零序電壓大90度，所以二者相差180度。④接地故障的地方的電流是其余所有電路的電流之和，并且超過90度。

綜上所述，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)經(jīng)常使用目標(biāo)電流與零序電流的比幅來進(jìn)行選線。先把目標(biāo)與零序電流相比較，挑選幅值較大的作為候選線路，如果某條線路的相位與其他線路的明顯不同，則為故障線路；如果所有線路相位相同，就說明是母線出現(xiàn)故障。值得注意的是，該方法不適用出現(xiàn)數(shù)過少、線路長短相差懸殊的線路。除此之外，還可以使用注入諧波法、有功功率法、首半波比相等方法進(jìn)行選線。

2　中性點(diǎn)經(jīng)過消弧線圈接地系統(tǒng)的選線方法

當(dāng)單相接地故障在中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，假設(shè)A相為發(fā)生接地，如圖2所示。

圖1　

圖2　

經(jīng)過對圖2的分析可以得知：消弧線圈的電流會(huì)在流經(jīng)故障相之后折回，接地點(diǎn)的電流會(huì)增加。由于電容電流與電感電流相位相反，所以二者發(fā)生抵消作用，使得經(jīng)過接地點(diǎn)的電流為零，從而使電弧自然熄滅。一般都會(huì)使用過補(bǔ)償?shù)姆椒?，此時(shí)流經(jīng)故障點(diǎn)的電感電流比電容電流大，補(bǔ)償后的殘余電流呈感性。此時(shí)的母線處故障零序電流是接地點(diǎn)殘余電流和本身對地電容電流總和，它的方向是經(jīng)過母線流向其他線路，與正常線路電流的方向相同，因此不能據(jù)此判斷故障線路。由于補(bǔ)償幅度不大，只有5～10%，所以導(dǎo)致殘余電流數(shù)值非常小，故障線路的零序電流會(huì)小于非故障的線路的電流，因此也難以根據(jù)零序電流來判斷故障線路。此時(shí)就可以使用五次諧波法進(jìn)行線路的選擇。單相接地時(shí)，故障線路五次諧波的零序電流是所有正常線路五次諧波的零序電流的總和，而正常線路五次諧波的零序電流與之恰恰相反。換言之，借此可以做出判斷。

使用五次諧波的方法選線雖然可以消除消弧線圈的影響，但是實(shí)際使用效果并不是很理想，主要是因?yàn)榘l(fā)生單相接地的時(shí)候，零序電流常常很小，但是非正常線路電流中的五次諧波的含量比零序電流的含量還要?。ǘ鄶?shù)小于10%），并且接地情況十分復(fù)雜，使得小電流接地系統(tǒng)中諧波的污染日益嚴(yán)重，經(jīng)過數(shù)字濾波方法得到的五次諧波的相位、大小非常不穩(wěn)定，所以誤判率十分高，尤其是在高額電阻接地時(shí)更加嚴(yán)重。因此，選線裝置經(jīng)常出現(xiàn)選線不正確的現(xiàn)象在安裝中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中屢見不鮮。

3　并聯(lián)電路中值電阻選線的方法

如今，并聯(lián)電路值電阻選線法是上海松江供電分公司在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中使用最多的方法。這種方法原理就是在消弧線圈旁使用開關(guān)連接一個(gè)并聯(lián)電阻，發(fā)生單相接地后，假若是瞬時(shí)性的接地，消弧線圈會(huì)對電容電流快速反應(yīng)并進(jìn)行補(bǔ)償，將殘余電流控制在一定的安全范圍之內(nèi)，讓電路通暢，故障可以自行消除。假若是永久性的接地故障，必須子啊裝置安裝之后，經(jīng)過延時(shí)處理（通常設(shè)置為10s）之后，接入并聯(lián)中的電阻（接入的時(shí)間應(yīng)小于1s），根據(jù)零序電流測量的變化情況進(jìn)行選線，選線過程結(jié)束之后，快速跳開中值電阻。在單相接地消弧線圈中接入中值電阻的等效電路如圖3所示。

圖3　

通過對圖3分析可以得出：在先弧線圈中接入中值電阻的方法綜合電阻接地法和中性點(diǎn)消弧線圈接地法兩種不同方法的優(yōu)點(diǎn)。既能夠降低接地點(diǎn)的殘余電流，又可以保持電阻接地的方法能夠準(zhǔn)確進(jìn)行選擇線路的優(yōu)點(diǎn)，控制弧光接地的過電壓，對于提高供電的可靠性來說，句很非常高的實(shí)用價(jià)值。

4　使用小波分析法進(jìn)行選線

小波分析進(jìn)行選線的方法：單相接地時(shí)，故障電流和電壓的暫時(shí)狀態(tài)過程持續(xù)時(shí)間段，而且含有大量的特征量，并且穩(wěn)態(tài)的數(shù)值會(huì)變小。小波分析能夠?qū)收闲盘栠M(jìn)行準(zhǔn)確的分析，尤其是對文弱信號和暫時(shí)狀態(tài)突變信號的變化十分靈敏，可以有力的提取出故障的特點(diǎn)。使用小波變換技術(shù)可以把一個(gè)信號劃分為多種不同位置和尺度的小波的綜合，使用恰當(dāng)?shù)男〔ǖ幕ê瘮?shù)對于暫時(shí)狀態(tài)零序電流的代表分量實(shí)行小波變換之后，能夠清晰辨認(rèn)出故障線路上暫時(shí)狀態(tài)零序電流的波形相位的特點(diǎn)，與其他線路的故障特點(diǎn)值做比較，當(dāng)中故障特征最明顯的就是故障線路。使用小波變換技術(shù)分析單相接地故障的暫時(shí)狀態(tài)特征，能夠準(zhǔn)確找到故障線路，靈敏度十分高。屏幕上的小波分析法的分辨率并不是一成不變的，而是隨著頻率的變化而產(chǎn)生不同的變化，按照不同的接地方法選擇能量聚集的不同的頻率帶當(dāng)作選線頻帶；對于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電路，一定要選擇能量巨大的高頻率頻帶。使用模值比較和波形識別的故障選線的邏輯進(jìn)行判決，最后找出選線的序列。采用恰當(dāng)?shù)男〔ê瘮?shù)與小波對暫時(shí)狀態(tài)零序電流實(shí)行小波交換，依照故障線路上，暫時(shí)狀態(tài)零序電流的電流幅值絡(luò)線比健全線路高的特點(diǎn)而且兩者極性恰恰相反的關(guān)系選擇正確的故障線路。小波分析法選線的優(yōu)點(diǎn)：這種方法對中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)不接地的線路都使用；這種方法尤其使用于故障的波形雜亂、故障的狀況復(fù)雜的情況，這和穩(wěn)定狀態(tài)變量的選線方法形成的優(yōu)勢互補(bǔ)。因?yàn)樾〔ǚ治黾夹g(shù)使用的暫時(shí)狀態(tài)的信號受故障時(shí)刻、過度電阻等諸多因素的影響，使用暫時(shí)狀態(tài)的信號多呈非平穩(wěn)性、隨機(jī)性和局部性等特點(diǎn)，也有一定可能出現(xiàn)暫時(shí)狀態(tài)過程不清楚的狀況，并且極易受到感染信號的影響，所以小波分析法應(yīng)該與其他方法結(jié)合使用，才能達(dá)到效果的最優(yōu)化。

5　新型的暫態(tài)法

在故障發(fā)生前的穩(wěn)定狀態(tài)到故障發(fā)生后的穩(wěn)定狀態(tài)的過程中存在一個(gè)過渡過程，即暫態(tài)，使用暫態(tài)信號進(jìn)行選線的方式稱之為暫態(tài)法。暫態(tài)的零序電流不受先弧線圈的影響、頻率高、抗干擾能力強(qiáng)、電流幅值大，常被用作選線的最佳選擇。

從中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或諧振接地系統(tǒng)，直到全部線路的第一次串聯(lián)的諧振頻率間，每一條出線才能夠使用集中參數(shù)電容來實(shí)現(xiàn)等同效果，相對應(yīng)的零序電流才會(huì)具備明顯的分布規(guī)律：故障線路極性、幅值最大和健全及流向線路恰巧相反。應(yīng)該消除干擾信號，并給出零序電流的特征、暫時(shí)狀態(tài)的零序電壓頻段內(nèi)暫時(shí)狀態(tài)電流極性、幅值比較和暫時(shí)狀態(tài)無功功率的指示等選線的方法。

對穩(wěn)定性的接地故障來說，暫時(shí)狀態(tài)過程的持續(xù)時(shí)間一般較短，大概在2ms以內(nèi)，對裝置的要求高，裝置必須要具備較快的反應(yīng)速度來做出反應(yīng)。而對于間歇性的弧光接地故障來說，暫態(tài)出現(xiàn)的頻率增加，這種方法可以利用的信息量也大幅增加。

6　結(jié)束語

本文針對消弧線圈并聯(lián)電阻的小電流接地的主要故障進(jìn)行了簡要分析，通過建立線路的仿真模型，設(shè)置相應(yīng)的線路的參數(shù)，仿真不同電阻情境下，非故障線路與故障線路的并聯(lián)電阻前后系統(tǒng)的零序電壓、零序電流的有功分量和零序電流的變化，重點(diǎn)介紹了幾種常用的解決措施，能夠極大的提高選擇線路方法的準(zhǔn)確性和提供電量的可靠性。

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張 原（1984-），男，漢族，助理工程師、技師，本科，主要從事變電檢修工作。

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2095-2066（2016）10-0012-02

2016-3-8