配電網(wǎng)電纜線路小電流接地故障識(shí)別研究

江志釗

摘? ?要：近年來(lái)，隨著目前社會(huì)用電需求量的逐漸增加，配電網(wǎng)在電能分配中的作用日益顯著，并且與整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率緊密相關(guān)。中性點(diǎn)接地方式是電力系統(tǒng)中的綜合性技術(shù)問(wèn)題。接地方式的不同與電力系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行的可靠性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性均具有至關(guān)重要的作用。文章主要針對(duì)配電網(wǎng)電纜線路在小電流接地時(shí)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，從而進(jìn)行具體的識(shí)別以及定位。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);小電流接地;故障識(shí)別

在我國(guó)的電力行業(yè)中，配電網(wǎng)絡(luò)的輻射范圍相對(duì)較廣，線路的數(shù)量也相對(duì)較多，極易出現(xiàn)電路故障情況。當(dāng)線路出現(xiàn)接地故障時(shí)，通過(guò)迅速檢查能夠?qū)⒐收嫌行谐?，并迅速恢?fù)供電，有助于提升供電的可靠性，同時(shí)也能夠滿足廣大用戶的供電需求[1]。供電的可靠性與電網(wǎng)系統(tǒng)的接地方式緊密相連，單相短路電流對(duì)于繼電保護(hù)裝置的功能、設(shè)備本身以及通信與信號(hào)系統(tǒng)等均具有重要影響。

1? ? 中性點(diǎn)接地方式

在我國(guó)目前的電力系統(tǒng)中，較為常見(jiàn)的兩種類型主要為中性點(diǎn)非有效接地方式與中性點(diǎn)有效接地方式。其中，前者是在配電系統(tǒng)中主要采用的接地方式，而后者主要用于110 kV及以上電壓的等級(jí)電網(wǎng)中。中性點(diǎn)非有效的接地方式主要分為3類：（1）中性點(diǎn)不接地方式，該方式在目前的配電系統(tǒng)中較為常見(jiàn)。（2）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。（3）中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地方式，該方式在目前的應(yīng)用中并不常見(jiàn)。當(dāng)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)對(duì)地為完全的絕緣狀態(tài)時(shí)，此時(shí)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式則為不接地方式。在中性點(diǎn)不接地方式中由于對(duì)于接地電力設(shè)施的經(jīng)濟(jì)投入比例相對(duì)較少，因此該接地方式造價(jià)的成本相對(duì)較低，從而在我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的10 kV配電網(wǎng)中較為常用。在該種方式下，當(dāng)線路出現(xiàn)單相接地故障發(fā)生時(shí)，故障電流不能形成有效的流通回路，此刻的故障電流也相對(duì)較小，而與未發(fā)生故障前比較，線路之間的線電壓未出現(xiàn)任何改變。因此，當(dāng)單相接地故障出現(xiàn)后，系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)，從而獲取較為充足的時(shí)間進(jìn)行故障排除。

在電力系統(tǒng)中電纜線路的應(yīng)用較為廣泛，與之前的對(duì)地電容比較系統(tǒng)中線路的對(duì)地電容顯著增加，致使出現(xiàn)單相接地故障后，接地電容的電流也會(huì)出現(xiàn)較大改變，以致較難熄滅產(chǎn)生的電弧，因此，采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式，也就是說(shuō)系統(tǒng)中與大地之間進(jìn)行電氣聯(lián)系的中性點(diǎn)是經(jīng)電抗器進(jìn)行鏈接的一種方式[2]。當(dāng)單相接地的故障發(fā)生后，故障發(fā)生處的電流相對(duì)較大，因此大多需要采用電抗器中的電感電流對(duì)發(fā)生故障的電容電流進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，經(jīng)補(bǔ)償后故障電容的電流顯著降低，進(jìn)而能夠有效促進(jìn)電弧熄滅。該類接地方式有助于電弧進(jìn)行自動(dòng)熄滅的同時(shí)，能有效避免單相接地故障向相間短路的惡化。大多數(shù)情況下消弧線圈主要包含3種補(bǔ)償方式，分別為全補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償以及欠補(bǔ)償。當(dāng)與線路中對(duì)地電容電流比較消弧線圈中補(bǔ)償?shù)母行噪娏飨鄬?duì)較小的情況下，故障發(fā)生處的電流則為容性電流，該方式則為欠補(bǔ)償。而當(dāng)消弧線圈中的補(bǔ)償感性電流大于線路中對(duì)地電容電流時(shí)，該情況下故障點(diǎn)的電流則為感性電流，該方式被稱為過(guò)補(bǔ)償。但若該補(bǔ)償?shù)母行噪娏髡门c線路中的對(duì)地電容電流相等，則此時(shí)故障處的電流也恰好為零，該方式則被稱為全補(bǔ)償。當(dāng)系統(tǒng)處于欠補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)，出于某種原因?qū)Φ仉娙蓦娏飨鄬?duì)較小，則會(huì)由欠補(bǔ)償運(yùn)行過(guò)度為全補(bǔ)償運(yùn)行，并且在全補(bǔ)償運(yùn)行下出現(xiàn)串聯(lián)諧振的情況，將會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定[3]。因此，大多采用過(guò)補(bǔ)償?shù)姆绞阶鳛閷?shí)際的運(yùn)行的補(bǔ)償方式。對(duì)弧光電壓的發(fā)生情況進(jìn)行有效抑制是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的主要特點(diǎn)，但該接地方式同樣存在一定的不足，例如對(duì)于傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的選線要求相對(duì)較高以及不能對(duì)過(guò)電壓情況進(jìn)行有效抑制等。

當(dāng)大地與中性點(diǎn)之間的電氣聯(lián)系是經(jīng)由定值電阻進(jìn)行連接時(shí)，該方式則為中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地方式。當(dāng)在該方式中出現(xiàn)單相接地的情況時(shí)，該定值電阻能夠與線路的對(duì)地電容形成并聯(lián)的放電通道，促使容性電流的情況顯著減小。電阻是能耗型元件的一種，該接地方式能夠?qū)」膺^(guò)電壓以及諧振過(guò)電壓等的發(fā)生情況進(jìn)行有效預(yù)防。中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地的主要優(yōu)勢(shì)在與對(duì)于繼電保護(hù)的快速動(dòng)作不會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)能夠促使操作過(guò)電壓以及工頻過(guò)電壓等顯著降低。該方式同時(shí)也存在一定的缺點(diǎn)：當(dāng)線路出現(xiàn)過(guò)渡電阻接地的故障情況時(shí)，受過(guò)渡電阻的影響，與金屬接地時(shí)的故障電流比較，也出現(xiàn)了一定情況的變化，進(jìn)而對(duì)于滿足傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的選線要求具有一定的難度。在對(duì)中性點(diǎn)接地電阻大小進(jìn)行選擇的過(guò)程中主要根據(jù)兩方面的內(nèi)容：（1）實(shí)際用電的安全方面。（2）故障電流對(duì)于電力設(shè)備的沖擊程度。在進(jìn)行中性點(diǎn)接地電阻選擇的過(guò)程中應(yīng)促使故障電流顯著降低，因此，進(jìn)行阻值大小的選取時(shí)應(yīng)保持偏大較為合適。

2? ? 小電流接地故障的定位分析

在配電系統(tǒng)故障中較為常見(jiàn)的主要為線路單相接地故障，例如風(fēng)吹樹枝觸碰導(dǎo)線、電纜某相的絕緣或者老化、雷擊后對(duì)地出現(xiàn)電弧接地以及電纜被破壞等原因?qū)е碌慕拥氐取?duì)于經(jīng)消弧線圈接地以及配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地等方式而言，單相短路故障具有故障電流幅值相對(duì)較小且不明顯等的特征，因此對(duì)于故障情況較難識(shí)別。

2.1? 零序電流比較法

對(duì)零序電流進(jìn)行比較的主要方法為零序電流故障分量幅值以及相位綜合的比較判定方法，對(duì)故障路線的定位主要是依據(jù)故障點(diǎn)零序電流的方向以及幅值不同進(jìn)行定位。在中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)線路L2出現(xiàn)單相接地短路的故障之后（見(jiàn)圖1），故障A相對(duì)于地電壓則為0，此時(shí)電容電流也為0;與此同時(shí)線路L1中具有零序電流出現(xiàn)，方向主要是指母線指向的線路。在故障線路L2：其故障出現(xiàn)點(diǎn)的上游檢測(cè)點(diǎn)位置的零序電流Io2則為未出現(xiàn)故障線路（L1）對(duì)地分布電容電流Io1與該檢測(cè)點(diǎn)至母線區(qū)段的分布電容電流之和。滯后零序電壓的方向?yàn)?0°。通過(guò)上述研究顯示，當(dāng)線路內(nèi)的某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)單相接地短路的故障情況時(shí)，故障點(diǎn)的同側(cè)零序電流幅值并未出現(xiàn)太大變化，但其兩側(cè)零序電流的方向則正好相反，說(shuō)明故障區(qū)主要位于零序電流幅值最大檢測(cè)點(diǎn)的下游位置。采用零序電流進(jìn)行比較的成本相對(duì)較低，從而較為容易實(shí)現(xiàn)，但能夠受中性點(diǎn)接線方式的限制，因此僅限在中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中適用。

2.2? 次電流諧波法

通過(guò)進(jìn)行以上分析顯示，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)出現(xiàn)線路故障的情況時(shí)，其零序電流為系統(tǒng)內(nèi)未存在其他故障線路的零序電流總和，而方向則為線路指向的母線。但對(duì)于在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地系統(tǒng)中，當(dāng)其出現(xiàn)單相接地的故障情況時(shí)，主要是由于消弧線圈的作用故障電流的分布情況出現(xiàn)了變化。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在配電系統(tǒng)中當(dāng)出現(xiàn)小電流單相接地短路的情況時(shí)，零序電流的幅值相對(duì)較小，通過(guò)采用傳統(tǒng)的選線方法以及零序過(guò)流故障識(shí)別不能夠?qū)收铣霈F(xiàn)的情況進(jìn)行有效定位。本文通過(guò)識(shí)別故障以及分析定位情況，采用零序電流幅值以及相位比的綜合比較方法，依據(jù)10 kV配電網(wǎng)進(jìn)行舉例說(shuō)明，表明采用上述方法能夠?qū)π‰娏鞴收线M(jìn)行有效識(shí)別，從而為小電流接地系統(tǒng)保護(hù)工程的運(yùn)用提供合理、有效的理論依據(jù)。

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