基于小電阻接地配電網(wǎng)斷線保護的應(yīng)用分析

王楚雄

摘 ?要：小電阻接地配網(wǎng)出現(xiàn)斷線故障，當斷線偏離導電設(shè)備，常規(guī)保護則將由于無法測出高阻接地能力無法達到動作條件，也就難以排查故障，進而威脅配網(wǎng)系統(tǒng)安全。對此則需要深入剖析小電阻接地系統(tǒng)斷線模式下電壓與電流特點，并針對性地提出斷線保護對策和措施。

關(guān)鍵詞：小電阻接地配網(wǎng)系統(tǒng);斷線保護;應(yīng)用

中圖分類號：TM862 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）35-0172-02

Abstract： When the wire break fault occurs in the low resistance grounding distribution network， when the wire break deviates from the conductive equipment， the conventional protection will be unable to measure the high resistance grounding capacity and can not reach the operating conditions， so it will be difficult to troubleshoot the fault， thus threatening the safety of the distribution network system. Therefore， it is necessary to analyze the characteristics of voltage and current in the wire-breaking mode of the small resistance grounding system， and put forward the countermeasures and measures of wire-breaking protection.

Keywords： low resistance grounding distribution system; wire break protection; application

引言

現(xiàn)階段，小電阻接地最常被運用于10kV系統(tǒng)，零序過流保護實際整定數(shù)值過程中都只對于過渡電阻小于100？贅的接地故障，從而引發(fā)了更多的問題和困惑。如果架空線路遭受雷電襲擊，則可能由于斷線落于導電性能不是很強的物體上，導致大于100？贅的過渡電阻接地，因為無法達到零序過流保護的整定值，長期難以切斷電流，使得行人遭受電壓的襲擊，帶來更多的安全問題。

1 基于小電阻接地配網(wǎng)斷線故障特征分析

1.1 斷線故障電流特征

小電阻接地系統(tǒng)主體接線有著自己的方式，如下圖1所示：

中性點接地電阻：Rt對于10kV系統(tǒng)來說，通常取值10？贅，觀察上圖可以看出，線路5在4的下一級，線路4中出現(xiàn)了A相斷開事故，斷電后繼發(fā)經(jīng)過渡性電阻Rg接地。如果供電電源于母線出現(xiàn)了三個電勢，具體為：Ea，Eb，Ec，可以首先初步分析出現(xiàn)斷線事故的狀態(tài)，繼發(fā)過渡電阻接地的狀態(tài)則可以隨后分析。假設(shè)：線路4所流經(jīng)的三相負荷電流各自為：Iaload，Ibload，Icload對于10kV配網(wǎng)的小電阻接地系統(tǒng)只需一個中性點進行接地。所以，10kV端的負荷變壓器的標準配設(shè)通常為三角形接線。參照相關(guān)原理，這三相負荷的電流相加結(jié)果為零，所以，此線路中的A相如果斷開或斷裂，則將出現(xiàn)以下關(guān)系式：

Ibload=-Icload

如果B相的負荷電流達到：Iphload，那么C相則達到-Iphload，如果三相對地電容電流各自為：jEaωC、jEbωC、jEcωC，當A相斷開，如果其斷線點出現(xiàn)于和線路電源有一定間距的X位置，此處的電容為Cx，如果線路4和下一級線路的長度一共達到l，將導致l-x長度線路無法獲得充足的對地電容電流，假設(shè)其對地電容：Cl-x，則能夠得出：Cx+Cl-x=C，一旦出現(xiàn)斷線現(xiàn)象，對應(yīng)的三相電流可以用一下關(guān)系式表示：

Ia=jEaωCx=jEaωC-jEaωC1-x

Ib=Iphload+jEbωC

Ic=-Iphload+jEcωC

將上式的不同序電流分別帶入對稱分量法公式內(nèi)，能夠算得：正負序電流I1和I2，而且算得二者的比值I2/I1。

通常來說，負荷電流值要遠遠超過對地電容電流值，后者可以不去分析，也能獲得斷線事故條件下負序電流和正序電流之間的比例特征，具體如下：

|I2/I1|≈1

從上面的理論分析能看出，如果小電阻接地系統(tǒng)出現(xiàn)斷線事故，其對應(yīng)的線路就會十分清晰地呈現(xiàn)出負序電流，其數(shù)值和正序電流值也大致相當。結(jié)合上面的式子，負荷電流如果超出一定的數(shù)值，也就是說負荷超出特定數(shù)值，對地電容電流所占比例也偏小，|I2/I1|的數(shù)值則靠近1，相反，負荷較輕，對地電容電流比例則變大，|I2/I1|的數(shù)值小于1。

如果出現(xiàn)相間故障，例如：當BC相出現(xiàn)故障，兩相故障電流數(shù)值一樣，方向則完全反向，這種情況下也能達到上式子的特點，要想控制相間故障條件下，錯誤辨認成斷線故障，則需要細致進行區(qū)別，斷線故障出現(xiàn)后，發(fā)生斷線相的電流則將變?yōu)?，非故障相電流依然不變。如果相間出現(xiàn)故障，則電流會急劇升高，憑借此規(guī)律增設(shè)電流限值條件來加以區(qū)分，也就是當相電流低于特定臨界值時，就可以判斷為斷線故障，實際的臨界值則需要參照最大負荷電流來決定，電流限值條件為下列公式：

Imax

Imax-三相電流最大值，Kkload-可靠系數(shù)=1.2，Imaxload-最大負荷相電流

結(jié)合以上公式則能夠判斷出斷線故障，也可以和相間故障做出具體的區(qū)分，然而，當發(fā)生斷線故障時，上下級的線路都將呈現(xiàn)出以上類似的電流特征，當上級線路斷線，下級以及次下方的線路也都會出現(xiàn)類似的特點，如果僅僅依賴電流作為判斷依據(jù)，難以十分明確地斷定本級線路有無斷線故障。同時，如果變壓器存在斷線現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)配網(wǎng)線路跌落在地的風險，也無需線路4發(fā)生跳閘故障，要想精準地判斷本級線路有無斷裂故障，就需要結(jié)合電壓特點來做出深入地判斷。

1.2 斷線故障電壓特點

主要電壓是指負序電壓和零序電壓，從這兩大方面特征入手加以分析，配網(wǎng)斷線以后可能造成失去線路對地電容電流，故障線路的三相電流相加也將帶來持續(xù)的電流，從而造成電壓中性點偏移問題。如果接地變壓器中性點零序電壓：U0，對應(yīng)的三相電壓各自為：Ea+U0，Eb+U0，Ec+U0采取類似的分析方法，可以把三項電壓的數(shù)值直接帶到負序分量計算公式，此時U2=0。如果三項電路的A相出現(xiàn)斷線，會發(fā)現(xiàn)負荷變壓器接線為三角狀。當相關(guān)電氣參數(shù)呈現(xiàn)為對稱數(shù)值，A相電壓=其他兩相電壓數(shù)值的平均數(shù)。

2 小電阻接地配電網(wǎng)斷線保護

2.1 斷線保護判據(jù)

通過分析上面的小電阻接地系統(tǒng)斷線故障特點，能夠算得負序電流與正序電流的比值，可以將其當作判據(jù)，電流限值條件則可次要參考，因為配網(wǎng)系統(tǒng)保護通常只能收集到來自于保護安裝位置的電壓值、電流值。對此不妨選擇以單端電氣量為基礎(chǔ)的保護判據(jù)，也就是只是參考使用保護安裝位置的電壓、電流、零序分量等來輔助判斷，無需借助線路對側(cè)的電壓值。

根據(jù)上面公式，負序電流/正序電流可以當作判斷依據(jù)，現(xiàn)實運用中，要分析避開TA單相斷線現(xiàn)象，出現(xiàn)此問題時，保護則不會誤動。在這種條件下保護設(shè)備所算出的電流比值=0.5，如果選擇1.2倍的可靠系數(shù)，對應(yīng)二者比值則>0.6，可以將電流限值條件當作區(qū)分相間故障作為另一個判據(jù)，可靠系數(shù)可以取值1.2。假設(shè)10kV小電阻接地系統(tǒng)中性點電阻=10？贅，得出U0<0.11Unph，參照零序電壓限值條件屬于欠量條件，如果零序電壓較小，無需測量值十分精準，自然也不受測量精度的干擾。從而得到斷線保護的完整判據(jù)公式，如下：

|I2/I1|>0.6

Imax<1.2Imaxload

U0<0.11Unfh

2.2 靈敏度分析

因為選擇了負序電流、正序電流的比值作為主要判斷依據(jù)，這兩大電流都將跟隨負荷電流的大小等來對應(yīng)發(fā)生改變。所以，不會跟隨負荷的調(diào)整來對應(yīng)調(diào)節(jié)臨界值，具有超強的適應(yīng)性。

如果負荷失去平衡，因為單相斷線，結(jié)合相關(guān)的原理，完善兩相的負荷電流都將達到上述公式，無需參考斷線前負荷平衡情況。

結(jié)合上面的公式，負荷較重時，負荷電流會占據(jù)較大比重，對地電容電流也不會帶來太大的干擾，這是負序、正序電流之比靠近1，相反，負荷變小時，對地電容電流則將帶來更大的影響，比值則降低，特殊條件下，如果負荷電流=0，比值不大于0.6，也就難以測試出單相斷線故障，需要待負荷上升以后才能動作。

常規(guī)模式下出現(xiàn)斷線，上級線路則將有負荷不平衡現(xiàn)象，通常來說難以達到比值大于0.6的條件，也不會發(fā)出動作，然而，如果上級線路的負荷很輕，上級線路的負荷，同發(fā)生斷線事故的線路的總負荷比例過小，斷線相的電流也將急劇下降，會造成極大的不平衡，這樣就達到了比值大于0.6的條件，此時則將出現(xiàn)誤動現(xiàn)象。要想有效控制此誤動，則需要對斷線保護實施階梯時間整定，從而預(yù)防上級線路由于輕負荷發(fā)生錯誤動作問題。

3 結(jié)束語

小電阻接地配網(wǎng)實際運行中經(jīng)常出現(xiàn)高阻接地失靈的現(xiàn)象，特別是對于斷線故障，線路跌落在絕緣體時，可能帶來更多的潛在隱患與危機，對此結(jié)合其電流與電壓特點來采取科學的斷線保護措施，則可以清晰、精準地辨認斷線故障類型以及位置，從而及時采取措施來隔離故障。

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