小电流接地系统中消弧线圈作用及功能分析

小电流接地系统中消弧线圈作用及功能分析

王鹤统

国网山东省电力公司聊城供电公司山东聊城252000

摘要：现如今，我国是科技发展的新时期，小电流接地系统主要应用在我国6～66kV中压电网中，该系统具有可瞬时接地、供电可靠性高、接地电流小等优点，但发生单相接地故障时，对故障线准确及时选出提出了较高的要求。

关键词：小电流接地系统；单相接地故障；选线问题

引言

小电流接地系统是指中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的系统。小电流接地系统发生单相金属性接地故障时，非故障相的相电压上升为线电压，线电压大小和相位不变且对称，系统的相间绝缘能够满足运行要求，且接地点仅流过其他出线总的电容电流，所以，当小电流接地系统发生单相接地故障时，系统通常可以运行一段时间，不会跳闸。

1研究（项目）背景概述

小电流接地选线是长期困扰配网运行的一个世界性难题，其中，中性点不接地系统的选线技术经过国内科技人员长期不懈的努力，目前已取得了较大进展，国内使用较好的选线装置选线准确率可以达到90%以上，基本满足电力运行人员的最低要求，但随着城市化的发展，电缆化率要求的提高，消弧线圈系统的应用越来越多，据国网公司16年统计，目前中性点不接地方式的变电站占68.5%，采用消弧线圈接地方式的占28.2%，低电阻方式占3.3%，不接地方式的站主要是农村偏远地区，而城市除了几个超大城市核心区采用低电阻接地方式外，大多主要采用消弧线圈接地方式或准备改造成消弧线圈接地方式，我们知道，接地选线的基本原理是发生单相接地后，接地线路的电容电流等于非接地线路的电容电流的总和，其方向则与非接地线路相反，依据这样的基本原理，人们发明了各种各样的选线方法，对于中性点不接地系统的选线取得了一定效果。然而上述原理却不能用于消弧线圈接地系统，因为消弧线圈的电感电流不仅补偿掉了接地线路的电容电流使其幅值变得较小，而且，过补偿状态造成方向也发生了变化，原来基于幅值和方向的方法完全失灵了，因此消弧线圈系统的选线成为了难上加难的难题。针对这个难题，科技人员一直在不断努力，如这几年比较流行的暂态法，利用接地一瞬间接地线路和非接地线路的波形不同来识别接地线路，但该方法也受到接地状态的影响，有时特征并不明显造成识别错误，因此暂态法虽然比原来的选线效果有了明显提升，但离用户要求还有较大差距。

2小电流接地系统单相接地故障选线方法

1）5次谐波发NES系统在设立之初主要考量基波频率，最重要的是电网对地基波总容抗几乎等于基波电抗。高次谐波回路类似于中性点不接地系统，相对于电网对地容抗值，电抗值更高，这就导致高次谐波电流补偿需要无法被消弧线圈满足。在这种情况下，配电网中5次谐波的含量最为丰富，根据谐波电流比幅比相原理，我们可以选择5次谐波发进行小电流接地系统单相接地故障选线。这也是实际工作应用中应用最大的方法。尽管5次谐波发的应用在我国非常广泛，但其效果还是不能满足实际的需求。原因如下：①受接地过程中产生谐波的分量太大，导致不易检测；②在电网中，相对于基波分量，谐波分量很小，甚至很难提取和检测，尤其在线路较短或高阻接地的情况下更是如此；③缺陷不易改善。以上是5次谐波发选线的主要问题，对其应用造成了很大的局限性。2）有功分量法及相关改进在NES系统中，“幅值最大，相位相反”是接地线路零序电流有功分量呈现的主要现象，导致这一想象的内在因素是线路电导、消弧线圈电阻等有功分量的补偿需要无法被消弧线圈的电感满足。根据这一原理，我们可以比较同相分量的相位、幅值来进行选线，其中最具有代表性的是：检测各出线零序电流并分解为2个分量，保证分量和中性点零序电压正交且相同。该方法的主要问题是①接地电流易受人为因素的影响，接地电流增大，接地电弧重燃几率升高；②对有功分量的要求较高，否则会产生很大的误差；③对于较小的零序电流，相位分解困难、误差大以上选线问题，限制了NES优势功能的发挥。根据相关文献，结合以下思路能提高方法1的准确度：增大零序电流的有功分量可以使得选线更加准确，零序电流的有功分量的增加是通过在永久性接地时短时投入电阻实现的，而消弧线圈与电阻串、并联的中性点接地方式能更好地实现短时电阻的投入。然而有功能量计算方法有多种，比如把零序电压和零序电流相乘，和方法1相比，具有以下优势：不必对小的零序电流相位进行分解，避免出现分解困难、错差大的问题，更易于施行。有功能量选线方法的判据是接地线路的有功能量的相位与非接地线路是否相反且幅值最大。尽管有功能量选线方法非常方便选线，但实际的运行中还是存有一定的问题的：①对于检测装置精度要求较高，特别是在消弧线圈和线路的情况下，零序电流的有功分量越小越不易检测，误选的几率增大；②容易受到三相电流互感器的干扰。

3整改措施

3.1加装消弧线圈

该变电站属于电缆话程度较高的小电流接地系统，当系统发生单相接地故障时，会出现较大的电容电流，可在该变电站加装消弧线圈，以降低单相接地故障时的电容电流，从而防止保护装置误起动。目前很多围绕智能消弧线圈的方法已普遍应用于小电流接地系统中。

3.2落实作业流程监管

投运前的电缆等相关设备，应根据相关规章规定，进行全面的试验检测，相关单位部门应加强作业流程监管，彻底落实标准化作业，杜绝出现电缆未进行耐压试验就投运的情况，彻底保证再运设备设施已经过全部检测试验，符合相关技术标准、工艺标准等。

3.3安装选线设备

对于小电流接地系统来说，为了防止其单相故障跳闸，目前有基于小波分析、BP神经网络等各种各样先选方法的选线和故障定位装置，可以选择稳定可靠、经济性高的装置安装在变电站内，提前定位单相故障点，防止跳闸事故。

4应用前景分析

近年来，由于10KV配电线路断线或接地故障造成的人身伤亡事故时有发生，尤其是2018年多地暴雨造成内涝发生电死电伤人的情况，在社会上造成了严重不良影响，迅速解决目前小电流接地选线准确率不高的问题刻不容缓。目前，仅国网系统就拥有8297座变电站采用消弧线圈接地方式，而包括南网、地方电网及企业变电站在内的数量就更多，这些站大多分布在城市中心区和部分城市化较好的中心镇或工业区，都是经济发达和人员稠密的地方，这些地方一旦发生电相接地故障而不能及时查找和隔离故障，将给人民群众的生命及财产安全带来严重威胁，而目前由于接地选线技术水平不高，使运行人员不能相信自动选线的结果，依旧靠人工试拉的方式选线，不仅操作麻烦效率不高，而且造成故障隐患长时间存在，无法满足新的《配电网技术导则》对小电流接地故障处理时间一般10S内的要求，因此好的选线装置不仅避免了非故障线路试拉造成的供电损失，更重要的是能及时消除故障隐患，保证了人民群众生命及财产安全，提高供电公司的社会形象，我们希望通过我们的多方努力能更好地解决好小电流接地选线尤其是针对消弧线圈系统的小电流接地装置准确率不高的问题，为我国的电力自动化技术的发展贡献我们的力量。

结语

本文分析了小电流接地系统单相接地故障选线方法，并对各个方法存在问题进行了论述。由于篇幅和笔者的学识所限，本文确定还存在偏颇和不足之处，只希望能对大家相关课题的研究有所帮助，实现准确及时选出故障线路的目标。

参考文献

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