邱翡翠

摘 要：以變電站統(tǒng)計(jì)的低壓配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的數(shù)據(jù)為研究背景，分析單相接地時(shí)電流和電壓的變化以及當(dāng)前站內(nèi)接地裝置的選線(xiàn)方式，從而解析小電流接地故障選線(xiàn)率偏低的原因。同時(shí)，在停電改造期間對(duì)選線(xiàn)方式進(jìn)行改進(jìn)，將原有的補(bǔ)償方式改為采用并聯(lián)中電阻進(jìn)行選線(xiàn)，通過(guò)模擬故障試驗(yàn)，與實(shí)際運(yùn)行的接地選線(xiàn)正確性進(jìn)行對(duì)比、分析，得出相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：小電流接地方式；消弧線(xiàn)圈；單相接地故障；中電阻

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）20-0029-02

1 傳統(tǒng)選線(xiàn)存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)低壓配網(wǎng)系統(tǒng)大部分都采用小電流接地方式，而單相接地故障是小電流接地方式最為常見(jiàn)的一種故障。但是，隨著對(duì)配網(wǎng)供電可靠性的重視，供電質(zhì)量要求不斷提高，小電流接地故障的正確定位和合理的選線(xiàn)方式成為供電可靠性的關(guān)鍵因素。國(guó)內(nèi)各種小電流選線(xiàn)裝置所采用的原理一般都是利用單相接地發(fā)生故障時(shí)線(xiàn)路零序電流的異常增大，通過(guò)采集各條線(xiàn)路上零序電流的基波或高次諧波分量，對(duì)比電流特征量的變化來(lái)進(jìn)行選線(xiàn)的。這種選線(xiàn)原理在系統(tǒng)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)地電容電流差異較大以及測(cè)量裝置精度誤差和相移等因素的影響下，選線(xiàn)效果并不理想。

當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地后，由于消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償作用，故障線(xiàn)路的零序電流趨近于零，與非故障線(xiàn)路的電流特征無(wú)明顯差異，導(dǎo)致這些依據(jù)傳統(tǒng)選線(xiàn)理論的裝置失去了基本的選線(xiàn)條件，選線(xiàn)結(jié)果呈現(xiàn)非常不正確的狀況。以河源供電局為例，截至9月，2014年度共發(fā)生在投入接地選線(xiàn)裝置變電站10 kV線(xiàn)路上91條次，與SCADA系統(tǒng)歷史接地告警信息進(jìn)行對(duì)比，接地選線(xiàn)系統(tǒng)正確作出接地告警判斷的情況占75.82%，發(fā)出接地告警并選擇出一條或多條線(xiàn)路接地的情況占40.66%，發(fā)出告警信號(hào)且僅選對(duì)接地線(xiàn)路的情況占29.67%. 對(duì)全局的110 kV變電站進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于中性點(diǎn)安裝了消弧線(xiàn)圈系統(tǒng)，傳統(tǒng)選線(xiàn)裝置的正確率都比較低，基本上處于閑置狀態(tài)，因此，如何解決消弧線(xiàn)圈系統(tǒng)的選線(xiàn)問(wèn)題是一個(gè)亟待解決的難題。

2 單相接地故障選線(xiàn)方法的原理

要進(jìn)行小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的正確選線(xiàn)和正確定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系統(tǒng)原理如圖1所示。

從系統(tǒng)原理圖可以看出，該控制裝置為“一控二模式”，消弧線(xiàn)圈控制器根據(jù)分段開(kāi)關(guān)的變換，通過(guò)可調(diào)開(kāi)關(guān)的控制，調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的電抗大小，達(dá)到補(bǔ)償效果。當(dāng)10 kV線(xiàn)路發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)母線(xiàn)電壓TV1、TV2開(kāi)口三角電壓的變化，1TV、2TV零序電壓和1TA、2TA零序電流的大小來(lái)選擇補(bǔ)償容量，根據(jù)饋線(xiàn)穿心CT流過(guò)的容性電流來(lái)選擇故障線(xiàn)路的條件。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，故障線(xiàn)路上的零序電流為各條非故障線(xiàn)路的電容電流之和，出線(xiàn)越多，電纜和架空線(xiàn)路越長(zhǎng)，故障線(xiàn)路的電容電流就越大。如果電容電流過(guò)大，故障點(diǎn)電弧不易熄滅，中性點(diǎn)必須采用經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式。單相接地故障的電流分布如圖2所示。

從圖2可以看出，當(dāng)線(xiàn)路N發(fā)生A相接地故障時(shí)，非故障相流過(guò)穿心CT的電流為：

很明顯，故障相流過(guò)穿心CT各條饋線(xiàn)的電容電流之和不為零，即：

消弧系統(tǒng)就是通過(guò)采集每條饋線(xiàn)的穿心CT電流，根據(jù)比較非故障相和故障相穿心CT電流的大小來(lái)選擇故障相的。但是這種選線(xiàn)方式?jīng)]有外加條件，當(dāng)系統(tǒng)中可能存在饋線(xiàn)的線(xiàn)路比較長(zhǎng)時(shí)，電容電流會(huì)大于其他所有線(xiàn)路的電容電流之和，這樣就會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)；同時(shí)，線(xiàn)路的長(zhǎng)短、系統(tǒng)的運(yùn)行方式、過(guò)渡電阻的大小都會(huì)影響到選線(xiàn)方式，從而很容易出現(xiàn)誤選、漏選現(xiàn)象。

從圖1所示的系統(tǒng)原理圖可看出，通過(guò)在消弧線(xiàn)圈兩端并聯(lián)中電阻，中電阻的投入通過(guò)永久接地故障時(shí)延時(shí)1 s投入。并聯(lián)中電阻選線(xiàn)的基本原理是通過(guò)對(duì)并聯(lián)電阻的投退控制，短時(shí)且有限地增加零序電流的有功分量，使得故障線(xiàn)路與非故障線(xiàn)路上的零序電流出現(xiàn)明顯的特征差異，然后通過(guò)獨(dú)特的計(jì)算方法，準(zhǔn)確識(shí)別故障線(xiàn)路，達(dá)到選線(xiàn)的目的。經(jīng)過(guò)理論和大量實(shí)踐的驗(yàn)證，這種選線(xiàn)方法正確率極高，同時(shí)可以抑制中性點(diǎn)電壓，無(wú)需正確判斷零序CT的極性，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

3 并聯(lián)電阻選線(xiàn)

裝設(shè)消弧線(xiàn)圈后的單相接地選線(xiàn)問(wèn)題一直是困擾企業(yè)工作人員的一大難題。傳統(tǒng)的選線(xiàn)裝置普遍存在誤選、漏選現(xiàn)象，傳統(tǒng)選線(xiàn)原理的局限性在此得到了充分的體現(xiàn)。無(wú)論采用的是首半波法、五次諧波法，還是注入法，都存在選線(xiàn)信號(hào)采樣困難、判據(jù)不明顯等缺陷，所以有必要對(duì)選線(xiàn)原理進(jìn)行重新分析，找出一種全新的選線(xiàn)原理。為此，采用投并聯(lián)中電阻的方式，使接地點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)阻性分量電流，再將這個(gè)阻性分量電流作為選線(xiàn)的依據(jù)。根據(jù)圖1所示的中電阻選線(xiàn)系統(tǒng)原理圖，在發(fā)生單相接地時(shí)的等值零序電路如圖3所示。

圖3中，C為系統(tǒng)對(duì)地電容，U0為接地點(diǎn)的零序電壓。單相接地一定時(shí)間后，1K閉合投入接地電阻ZR，發(fā)揮故障的選線(xiàn)功能。故障點(diǎn)電流矢量如圖4所示。從矢量圖可以看出：

當(dāng)單相接地時(shí)，流過(guò)穿心CT的零序電流比傳統(tǒng)的未采用中電阻選線(xiàn)要大很多，更加突出故障線(xiàn)路與其他線(xiàn)路的區(qū)別。由于中電阻只是在有故障時(shí)投入，并且快速返回，所以相比傳統(tǒng)的選線(xiàn)方式，該種接線(xiàn)方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間小于10 ms；②沒(méi)有過(guò)電壓，投入電阻只會(huì)降低系統(tǒng)的過(guò)電壓；③故障回路零序電流變化大，非故障回路變化??；④投入電阻的時(shí)間可以控制，一般為0.5～1 s。

4 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

2013-06，在110 kV新投運(yùn)義合站和思源電氣共同協(xié)作下，驗(yàn)證了并聯(lián)中電阻選線(xiàn)的正確率，分別進(jìn)行了金屬接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地對(duì)線(xiàn)路6進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)選擇傳統(tǒng)選線(xiàn)選擇的線(xiàn)路零序電流和并聯(lián)電阻選線(xiàn)選擇的線(xiàn)路零序電流進(jìn)行對(duì)比。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M705開(kāi)關(guān)線(xiàn)路（義合北線(xiàn)）單相接地故障。結(jié)果顯示，選線(xiàn)結(jié)果全部正確。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

從表格1可以看出，投入中電阻選線(xiàn)方式的動(dòng)作正確率達(dá)到100%，并且零序電流的變化大，更有利于區(qū)分故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的錄波圖如圖5所示。

從調(diào)試錄波圖可以看出，并聯(lián)中電阻投入過(guò)程中，中性點(diǎn)電壓下降，故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路電流特征差異明顯。并聯(lián)中電阻的投入在1 s內(nèi)完成，滿(mǎn)足技術(shù)要求，中性點(diǎn)電壓降低過(guò)程無(wú)沖擊現(xiàn)象，裝置選線(xiàn)正確。

5 結(jié)論

從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)可以看出，小電流接地方式系統(tǒng)采用并聯(lián)中電阻的選線(xiàn)方式，既保持了電阻接地可以正確選線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，又可以減少接地點(diǎn)的殘流，限制了弧光接地過(guò)電壓，合理補(bǔ)償電容電流，確保系統(tǒng)單相接地之后帶故障運(yùn)行2 h以上。這種并聯(lián)中電阻選線(xiàn)方式綜合了諧振接地和電阻接地兩種接地方式的優(yōu)點(diǎn)，成本低、效果顯著，對(duì)提高電力系統(tǒng)供電可靠性、提高供電電能質(zhì)量，具有很好的參考價(jià)值和推廣、應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李吉旭.小電流接地故障選線(xiàn)方法與定位關(guān)鍵技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，2011.

[2]劉連鑫.基于DSP2812小電流接地系統(tǒng)選線(xiàn)裝置的設(shè)計(jì)研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線(xiàn)和測(cè)距的研究[J].繼電器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龍華.零序電流有功分量方向接地選線(xiàn)保護(hù)原理[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23（09）：60-62.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：以變電站統(tǒng)計(jì)的低壓配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的數(shù)據(jù)為研究背景，分析單相接地時(shí)電流和電壓的變化以及當(dāng)前站內(nèi)接地裝置的選線(xiàn)方式，從而解析小電流接地故障選線(xiàn)率偏低的原因。同時(shí)，在停電改造期間對(duì)選線(xiàn)方式進(jìn)行改進(jìn)，將原有的補(bǔ)償方式改為采用并聯(lián)中電阻進(jìn)行選線(xiàn)，通過(guò)模擬故障試驗(yàn)，與實(shí)際運(yùn)行的接地選線(xiàn)正確性進(jìn)行對(duì)比、分析，得出相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：小電流接地方式；消弧線(xiàn)圈；單相接地故障；中電阻

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）20-0029-02

1 傳統(tǒng)選線(xiàn)存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)低壓配網(wǎng)系統(tǒng)大部分都采用小電流接地方式，而單相接地故障是小電流接地方式最為常見(jiàn)的一種故障。但是，隨著對(duì)配網(wǎng)供電可靠性的重視，供電質(zhì)量要求不斷提高，小電流接地故障的正確定位和合理的選線(xiàn)方式成為供電可靠性的關(guān)鍵因素。國(guó)內(nèi)各種小電流選線(xiàn)裝置所采用的原理一般都是利用單相接地發(fā)生故障時(shí)線(xiàn)路零序電流的異常增大，通過(guò)采集各條線(xiàn)路上零序電流的基波或高次諧波分量，對(duì)比電流特征量的變化來(lái)進(jìn)行選線(xiàn)的。這種選線(xiàn)原理在系統(tǒng)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)地電容電流差異較大以及測(cè)量裝置精度誤差和相移等因素的影響下，選線(xiàn)效果并不理想。

當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地后，由于消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償作用，故障線(xiàn)路的零序電流趨近于零，與非故障線(xiàn)路的電流特征無(wú)明顯差異，導(dǎo)致這些依據(jù)傳統(tǒng)選線(xiàn)理論的裝置失去了基本的選線(xiàn)條件，選線(xiàn)結(jié)果呈現(xiàn)非常不正確的狀況。以河源供電局為例，截至9月，2014年度共發(fā)生在投入接地選線(xiàn)裝置變電站10 kV線(xiàn)路上91條次，與SCADA系統(tǒng)歷史接地告警信息進(jìn)行對(duì)比，接地選線(xiàn)系統(tǒng)正確作出接地告警判斷的情況占75.82%，發(fā)出接地告警并選擇出一條或多條線(xiàn)路接地的情況占40.66%，發(fā)出告警信號(hào)且僅選對(duì)接地線(xiàn)路的情況占29.67%. 對(duì)全局的110 kV變電站進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于中性點(diǎn)安裝了消弧線(xiàn)圈系統(tǒng)，傳統(tǒng)選線(xiàn)裝置的正確率都比較低，基本上處于閑置狀態(tài)，因此，如何解決消弧線(xiàn)圈系統(tǒng)的選線(xiàn)問(wèn)題是一個(gè)亟待解決的難題。

2 單相接地故障選線(xiàn)方法的原理

要進(jìn)行小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的正確選線(xiàn)和正確定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系統(tǒng)原理如圖1所示。

從系統(tǒng)原理圖可以看出，該控制裝置為“一控二模式”，消弧線(xiàn)圈控制器根據(jù)分段開(kāi)關(guān)的變換，通過(guò)可調(diào)開(kāi)關(guān)的控制，調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的電抗大小，達(dá)到補(bǔ)償效果。當(dāng)10 kV線(xiàn)路發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)母線(xiàn)電壓TV1、TV2開(kāi)口三角電壓的變化，1TV、2TV零序電壓和1TA、2TA零序電流的大小來(lái)選擇補(bǔ)償容量，根據(jù)饋線(xiàn)穿心CT流過(guò)的容性電流來(lái)選擇故障線(xiàn)路的條件。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，故障線(xiàn)路上的零序電流為各條非故障線(xiàn)路的電容電流之和，出線(xiàn)越多，電纜和架空線(xiàn)路越長(zhǎng)，故障線(xiàn)路的電容電流就越大。如果電容電流過(guò)大，故障點(diǎn)電弧不易熄滅，中性點(diǎn)必須采用經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式。單相接地故障的電流分布如圖2所示。

從圖2可以看出，當(dāng)線(xiàn)路N發(fā)生A相接地故障時(shí)，非故障相流過(guò)穿心CT的電流為：

很明顯，故障相流過(guò)穿心CT各條饋線(xiàn)的電容電流之和不為零，即：

消弧系統(tǒng)就是通過(guò)采集每條饋線(xiàn)的穿心CT電流，根據(jù)比較非故障相和故障相穿心CT電流的大小來(lái)選擇故障相的。但是這種選線(xiàn)方式?jīng)]有外加條件，當(dāng)系統(tǒng)中可能存在饋線(xiàn)的線(xiàn)路比較長(zhǎng)時(shí)，電容電流會(huì)大于其他所有線(xiàn)路的電容電流之和，這樣就會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)；同時(shí)，線(xiàn)路的長(zhǎng)短、系統(tǒng)的運(yùn)行方式、過(guò)渡電阻的大小都會(huì)影響到選線(xiàn)方式，從而很容易出現(xiàn)誤選、漏選現(xiàn)象。

從圖1所示的系統(tǒng)原理圖可看出，通過(guò)在消弧線(xiàn)圈兩端并聯(lián)中電阻，中電阻的投入通過(guò)永久接地故障時(shí)延時(shí)1 s投入。并聯(lián)中電阻選線(xiàn)的基本原理是通過(guò)對(duì)并聯(lián)電阻的投退控制，短時(shí)且有限地增加零序電流的有功分量，使得故障線(xiàn)路與非故障線(xiàn)路上的零序電流出現(xiàn)明顯的特征差異，然后通過(guò)獨(dú)特的計(jì)算方法，準(zhǔn)確識(shí)別故障線(xiàn)路，達(dá)到選線(xiàn)的目的。經(jīng)過(guò)理論和大量實(shí)踐的驗(yàn)證，這種選線(xiàn)方法正確率極高，同時(shí)可以抑制中性點(diǎn)電壓，無(wú)需正確判斷零序CT的極性，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

3 并聯(lián)電阻選線(xiàn)

裝設(shè)消弧線(xiàn)圈后的單相接地選線(xiàn)問(wèn)題一直是困擾企業(yè)工作人員的一大難題。傳統(tǒng)的選線(xiàn)裝置普遍存在誤選、漏選現(xiàn)象，傳統(tǒng)選線(xiàn)原理的局限性在此得到了充分的體現(xiàn)。無(wú)論采用的是首半波法、五次諧波法，還是注入法，都存在選線(xiàn)信號(hào)采樣困難、判據(jù)不明顯等缺陷，所以有必要對(duì)選線(xiàn)原理進(jìn)行重新分析，找出一種全新的選線(xiàn)原理。為此，采用投并聯(lián)中電阻的方式，使接地點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)阻性分量電流，再將這個(gè)阻性分量電流作為選線(xiàn)的依據(jù)。根據(jù)圖1所示的中電阻選線(xiàn)系統(tǒng)原理圖，在發(fā)生單相接地時(shí)的等值零序電路如圖3所示。

圖3中，C為系統(tǒng)對(duì)地電容，U0為接地點(diǎn)的零序電壓。單相接地一定時(shí)間后，1K閉合投入接地電阻ZR，發(fā)揮故障的選線(xiàn)功能。故障點(diǎn)電流矢量如圖4所示。從矢量圖可以看出：

當(dāng)單相接地時(shí)，流過(guò)穿心CT的零序電流比傳統(tǒng)的未采用中電阻選線(xiàn)要大很多，更加突出故障線(xiàn)路與其他線(xiàn)路的區(qū)別。由于中電阻只是在有故障時(shí)投入，并且快速返回，所以相比傳統(tǒng)的選線(xiàn)方式，該種接線(xiàn)方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間小于10 ms；②沒(méi)有過(guò)電壓，投入電阻只會(huì)降低系統(tǒng)的過(guò)電壓；③故障回路零序電流變化大，非故障回路變化??；④投入電阻的時(shí)間可以控制，一般為0.5～1 s。

4 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

2013-06，在110 kV新投運(yùn)義合站和思源電氣共同協(xié)作下，驗(yàn)證了并聯(lián)中電阻選線(xiàn)的正確率，分別進(jìn)行了金屬接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地對(duì)線(xiàn)路6進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)選擇傳統(tǒng)選線(xiàn)選擇的線(xiàn)路零序電流和并聯(lián)電阻選線(xiàn)選擇的線(xiàn)路零序電流進(jìn)行對(duì)比。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M705開(kāi)關(guān)線(xiàn)路（義合北線(xiàn)）單相接地故障。結(jié)果顯示，選線(xiàn)結(jié)果全部正確。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

從表格1可以看出，投入中電阻選線(xiàn)方式的動(dòng)作正確率達(dá)到100%，并且零序電流的變化大，更有利于區(qū)分故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的錄波圖如圖5所示。

從調(diào)試錄波圖可以看出，并聯(lián)中電阻投入過(guò)程中，中性點(diǎn)電壓下降，故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路電流特征差異明顯。并聯(lián)中電阻的投入在1 s內(nèi)完成，滿(mǎn)足技術(shù)要求，中性點(diǎn)電壓降低過(guò)程無(wú)沖擊現(xiàn)象，裝置選線(xiàn)正確。

5 結(jié)論

從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)可以看出，小電流接地方式系統(tǒng)采用并聯(lián)中電阻的選線(xiàn)方式，既保持了電阻接地可以正確選線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，又可以減少接地點(diǎn)的殘流，限制了弧光接地過(guò)電壓，合理補(bǔ)償電容電流，確保系統(tǒng)單相接地之后帶故障運(yùn)行2 h以上。這種并聯(lián)中電阻選線(xiàn)方式綜合了諧振接地和電阻接地兩種接地方式的優(yōu)點(diǎn)，成本低、效果顯著，對(duì)提高電力系統(tǒng)供電可靠性、提高供電電能質(zhì)量，具有很好的參考價(jià)值和推廣、應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李吉旭.小電流接地故障選線(xiàn)方法與定位關(guān)鍵技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，2011.

[2]劉連鑫.基于DSP2812小電流接地系統(tǒng)選線(xiàn)裝置的設(shè)計(jì)研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線(xiàn)和測(cè)距的研究[J].繼電器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龍華.零序電流有功分量方向接地選線(xiàn)保護(hù)原理[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23（09）：60-62.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：以變電站統(tǒng)計(jì)的低壓配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的數(shù)據(jù)為研究背景，分析單相接地時(shí)電流和電壓的變化以及當(dāng)前站內(nèi)接地裝置的選線(xiàn)方式，從而解析小電流接地故障選線(xiàn)率偏低的原因。同時(shí)，在停電改造期間對(duì)選線(xiàn)方式進(jìn)行改進(jìn)，將原有的補(bǔ)償方式改為采用并聯(lián)中電阻進(jìn)行選線(xiàn)，通過(guò)模擬故障試驗(yàn)，與實(shí)際運(yùn)行的接地選線(xiàn)正確性進(jìn)行對(duì)比、分析，得出相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：小電流接地方式；消弧線(xiàn)圈；單相接地故障；中電阻

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）20-0029-02

1 傳統(tǒng)選線(xiàn)存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)低壓配網(wǎng)系統(tǒng)大部分都采用小電流接地方式，而單相接地故障是小電流接地方式最為常見(jiàn)的一種故障。但是，隨著對(duì)配網(wǎng)供電可靠性的重視，供電質(zhì)量要求不斷提高，小電流接地故障的正確定位和合理的選線(xiàn)方式成為供電可靠性的關(guān)鍵因素。國(guó)內(nèi)各種小電流選線(xiàn)裝置所采用的原理一般都是利用單相接地發(fā)生故障時(shí)線(xiàn)路零序電流的異常增大，通過(guò)采集各條線(xiàn)路上零序電流的基波或高次諧波分量，對(duì)比電流特征量的變化來(lái)進(jìn)行選線(xiàn)的。這種選線(xiàn)原理在系統(tǒng)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)地電容電流差異較大以及測(cè)量裝置精度誤差和相移等因素的影響下，選線(xiàn)效果并不理想。

當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地后，由于消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償作用，故障線(xiàn)路的零序電流趨近于零，與非故障線(xiàn)路的電流特征無(wú)明顯差異，導(dǎo)致這些依據(jù)傳統(tǒng)選線(xiàn)理論的裝置失去了基本的選線(xiàn)條件，選線(xiàn)結(jié)果呈現(xiàn)非常不正確的狀況。以河源供電局為例，截至9月，2014年度共發(fā)生在投入接地選線(xiàn)裝置變電站10 kV線(xiàn)路上91條次，與SCADA系統(tǒng)歷史接地告警信息進(jìn)行對(duì)比，接地選線(xiàn)系統(tǒng)正確作出接地告警判斷的情況占75.82%，發(fā)出接地告警并選擇出一條或多條線(xiàn)路接地的情況占40.66%，發(fā)出告警信號(hào)且僅選對(duì)接地線(xiàn)路的情況占29.67%. 對(duì)全局的110 kV變電站進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于中性點(diǎn)安裝了消弧線(xiàn)圈系統(tǒng)，傳統(tǒng)選線(xiàn)裝置的正確率都比較低，基本上處于閑置狀態(tài)，因此，如何解決消弧線(xiàn)圈系統(tǒng)的選線(xiàn)問(wèn)題是一個(gè)亟待解決的難題。

2 單相接地故障選線(xiàn)方法的原理

要進(jìn)行小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的正確選線(xiàn)和正確定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系統(tǒng)原理如圖1所示。

從系統(tǒng)原理圖可以看出，該控制裝置為“一控二模式”，消弧線(xiàn)圈控制器根據(jù)分段開(kāi)關(guān)的變換，通過(guò)可調(diào)開(kāi)關(guān)的控制，調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的電抗大小，達(dá)到補(bǔ)償效果。當(dāng)10 kV線(xiàn)路發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)母線(xiàn)電壓TV1、TV2開(kāi)口三角電壓的變化，1TV、2TV零序電壓和1TA、2TA零序電流的大小來(lái)選擇補(bǔ)償容量，根據(jù)饋線(xiàn)穿心CT流過(guò)的容性電流來(lái)選擇故障線(xiàn)路的條件。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，故障線(xiàn)路上的零序電流為各條非故障線(xiàn)路的電容電流之和，出線(xiàn)越多，電纜和架空線(xiàn)路越長(zhǎng)，故障線(xiàn)路的電容電流就越大。如果電容電流過(guò)大，故障點(diǎn)電弧不易熄滅，中性點(diǎn)必須采用經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式。單相接地故障的電流分布如圖2所示。

從圖2可以看出，當(dāng)線(xiàn)路N發(fā)生A相接地故障時(shí)，非故障相流過(guò)穿心CT的電流為：

很明顯，故障相流過(guò)穿心CT各條饋線(xiàn)的電容電流之和不為零，即：

消弧系統(tǒng)就是通過(guò)采集每條饋線(xiàn)的穿心CT電流，根據(jù)比較非故障相和故障相穿心CT電流的大小來(lái)選擇故障相的。但是這種選線(xiàn)方式?jīng)]有外加條件，當(dāng)系統(tǒng)中可能存在饋線(xiàn)的線(xiàn)路比較長(zhǎng)時(shí)，電容電流會(huì)大于其他所有線(xiàn)路的電容電流之和，這樣就會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)；同時(shí)，線(xiàn)路的長(zhǎng)短、系統(tǒng)的運(yùn)行方式、過(guò)渡電阻的大小都會(huì)影響到選線(xiàn)方式，從而很容易出現(xiàn)誤選、漏選現(xiàn)象。

從圖1所示的系統(tǒng)原理圖可看出，通過(guò)在消弧線(xiàn)圈兩端并聯(lián)中電阻，中電阻的投入通過(guò)永久接地故障時(shí)延時(shí)1 s投入。并聯(lián)中電阻選線(xiàn)的基本原理是通過(guò)對(duì)并聯(lián)電阻的投退控制，短時(shí)且有限地增加零序電流的有功分量，使得故障線(xiàn)路與非故障線(xiàn)路上的零序電流出現(xiàn)明顯的特征差異，然后通過(guò)獨(dú)特的計(jì)算方法，準(zhǔn)確識(shí)別故障線(xiàn)路，達(dá)到選線(xiàn)的目的。經(jīng)過(guò)理論和大量實(shí)踐的驗(yàn)證，這種選線(xiàn)方法正確率極高，同時(shí)可以抑制中性點(diǎn)電壓，無(wú)需正確判斷零序CT的極性，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

3 并聯(lián)電阻選線(xiàn)

裝設(shè)消弧線(xiàn)圈后的單相接地選線(xiàn)問(wèn)題一直是困擾企業(yè)工作人員的一大難題。傳統(tǒng)的選線(xiàn)裝置普遍存在誤選、漏選現(xiàn)象，傳統(tǒng)選線(xiàn)原理的局限性在此得到了充分的體現(xiàn)。無(wú)論采用的是首半波法、五次諧波法，還是注入法，都存在選線(xiàn)信號(hào)采樣困難、判據(jù)不明顯等缺陷，所以有必要對(duì)選線(xiàn)原理進(jìn)行重新分析，找出一種全新的選線(xiàn)原理。為此，采用投并聯(lián)中電阻的方式，使接地點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)阻性分量電流，再將這個(gè)阻性分量電流作為選線(xiàn)的依據(jù)。根據(jù)圖1所示的中電阻選線(xiàn)系統(tǒng)原理圖，在發(fā)生單相接地時(shí)的等值零序電路如圖3所示。

圖3中，C為系統(tǒng)對(duì)地電容，U0為接地點(diǎn)的零序電壓。單相接地一定時(shí)間后，1K閉合投入接地電阻ZR，發(fā)揮故障的選線(xiàn)功能。故障點(diǎn)電流矢量如圖4所示。從矢量圖可以看出：

當(dāng)單相接地時(shí)，流過(guò)穿心CT的零序電流比傳統(tǒng)的未采用中電阻選線(xiàn)要大很多，更加突出故障線(xiàn)路與其他線(xiàn)路的區(qū)別。由于中電阻只是在有故障時(shí)投入，并且快速返回，所以相比傳統(tǒng)的選線(xiàn)方式，該種接線(xiàn)方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間小于10 ms；②沒(méi)有過(guò)電壓，投入電阻只會(huì)降低系統(tǒng)的過(guò)電壓；③故障回路零序電流變化大，非故障回路變化??；④投入電阻的時(shí)間可以控制，一般為0.5～1 s。

4 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

2013-06，在110 kV新投運(yùn)義合站和思源電氣共同協(xié)作下，驗(yàn)證了并聯(lián)中電阻選線(xiàn)的正確率，分別進(jìn)行了金屬接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地對(duì)線(xiàn)路6進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)選擇傳統(tǒng)選線(xiàn)選擇的線(xiàn)路零序電流和并聯(lián)電阻選線(xiàn)選擇的線(xiàn)路零序電流進(jìn)行對(duì)比。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M705開(kāi)關(guān)線(xiàn)路（義合北線(xiàn)）單相接地故障。結(jié)果顯示，選線(xiàn)結(jié)果全部正確。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

從表格1可以看出，投入中電阻選線(xiàn)方式的動(dòng)作正確率達(dá)到100%，并且零序電流的變化大，更有利于區(qū)分故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的錄波圖如圖5所示。

從調(diào)試錄波圖可以看出，并聯(lián)中電阻投入過(guò)程中，中性點(diǎn)電壓下降，故障線(xiàn)路和非故障線(xiàn)路電流特征差異明顯。并聯(lián)中電阻的投入在1 s內(nèi)完成，滿(mǎn)足技術(shù)要求，中性點(diǎn)電壓降低過(guò)程無(wú)沖擊現(xiàn)象，裝置選線(xiàn)正確。

5 結(jié)論

從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)可以看出，小電流接地方式系統(tǒng)采用并聯(lián)中電阻的選線(xiàn)方式，既保持了電阻接地可以正確選線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，又可以減少接地點(diǎn)的殘流，限制了弧光接地過(guò)電壓，合理補(bǔ)償電容電流，確保系統(tǒng)單相接地之后帶故障運(yùn)行2 h以上。這種并聯(lián)中電阻選線(xiàn)方式綜合了諧振接地和電阻接地兩種接地方式的優(yōu)點(diǎn)，成本低、效果顯著，對(duì)提高電力系統(tǒng)供電可靠性、提高供電電能質(zhì)量，具有很好的參考價(jià)值和推廣、應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李吉旭.小電流接地故障選線(xiàn)方法與定位關(guān)鍵技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，2011.

[2]劉連鑫.基于DSP2812小電流接地系統(tǒng)選線(xiàn)裝置的設(shè)計(jì)研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線(xiàn)和測(cè)距的研究[J].繼電器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龍華.零序電流有功分量方向接地選線(xiàn)保護(hù)原理[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23（09）：60-62.

〔編輯：劉曉芳〕