10kV系统接地选线方法探析

10kV系统接地选线方法探析

林忠伟

福建省科丰电讯工程有限公司 福建福州 350000

摘要：随着我国国民经济的不断发展和电力系统的不断完善，电力系统的安全运行及供电的可靠性已显得越来越重要，而中性点接地方式的选择是直接影响以上两个指标的重要因素。

关键词：系统接地 选线

我国的配电网大多采用中性点不接地运行方式，这种运行方式由于在单相接地时允许短时间内带故障运行，因而大大提高了系统的供电可靠性。但随着城乡电网的扩大及电缆线路的增多，系统对地电容电流急剧增加，当单相接地故障电流大于10A时中性点应装设消弧线圈；3至10kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30A 时，中性点应装设消弧线圈。目前电网大多数变电站10kV系统中性点均安装了消弧线圈。

1.10kV系统单相接地故障分析

在中性点不接地系统中，若其中一条出线发生单相接地故障，全系统都会出现零序电压，在这个电压的作用下，系统中会出现零序电流。对于非故障线路而言，零序电流就是该线路的电容电流，方向从母线流向线路；对于故障线路而言， 中性点不接地系统中故障线路中的零序电流为非故障线路零序电流之和，方向从线路流向母线。10kV 中性点不接地系统，即小电流接地系统，具有如下特点：当一相发生金属性接地故障时，接地相对地电位为零，其它两相对地电位比接地前升高3倍，一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过故障点的短路电流仅为全部线路接地电容电流之和其值并不大。

2.10kV系统单相接地的危害

中性点不接地运行方式的最大好处就是出现单相接地障碍时不会造成系统电压对称性的破坏，而且出现故障时电流值小，系统仍可以运行1～2个小时，不会对用户的连续供电造成影响。这样就能够应付用户复杂、面广的局面。但是如果单相接地故障长期得不到排除，如产生如下几个方面的危害：出现故障的地方会产生电弧，烧坏相应的设备甚至可能会造成相间短路障碍；系统中存在的绝缘薄弱点就容易被击穿，最终造成短路；出现故障的地方产生间歇性电弧，在一定条件下就会产生谐振过电压，这对系统的绝缘危害性极大，从而影响供电的安全性；如果出现单相接地故障，不管出现故障的线路落于地面还是悬于空中都容易对人的人生安全造成威胁。

3.接地选线方法

为降低单相接地电容电流过大造成的各种危害，目前大部分配电网中，中性点均装设了消弧线圈。由消弧线圈的电感电流补偿单相接地电容电流。 当发生单相接地故障时，故障线路流过的零序电流是全系统的电容电流减去自身的电容电流，而非故障线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流。故障线路的零序电流是从线路流向母线，而非故障线路的零序电流是从母线流向线路， 两者方向相反，或者说两者反相。小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，数值甚小，经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小。这就使选线的难度加大，也催生了多种小电流接地选线方法。

3.1绝缘监督方法

最初对10kV单相接地故障进行处理的选线方法采用绝缘监督装置， 通过三相五柱式的电压互感器来对单相接地障碍发出警报，再通过逐条逐条的线路接线监视来判断障碍线路的所在。这种防范虽然具有高度正确性，接线简单、投资也比较小，维护和操作都比较方便，但是这种防范的速度很慢，会对非故障线路的连续供电造成影响，缺乏供电可靠性。

3.2突变量法

突变量法主要是消弧线圈自动调谐及接地选线成套装置，全套装置包括：接地变压器、有载消弧线圈、微机控制器、阻尼电阻箱、并联中电阻箱、中性点电压互感器、单极隔离开关和控制屏。其原理是在消弧线圈旁，增加并联电阻。发生单相接地后，若为瞬时性接地，消弧线圈可以立即对电容电流进行补偿，将残流控制在安全范围内，使故障得以自动消除；若是永久性接地故障，即投入并联电阻。只要该电阻取值合适，就可以使流过故障点的有功电流分量达到足够大，以明显区分于其他非故障线路；判断结束后，立即切除该并联电阻。这种方法兼有消弧线圈接地供电可靠性高和电阻接地永久故障准确选择的优点。具体组成如下：

一是接地变压器。接地变压器的作用是在系统为△型接线或Y型接线中性点无法引出时，引出中性点用于加接消弧线圈，该变压器采用Z型接线。接地变压器具有零序阻抗低、激磁阻抗大、功耗小等特征，接地变除可带消弧圈外，也可带二次负载，可代替所用变，从而节省投资费用。

二是有载消弧线圈。有载消弧线圈是一带铁芯的电感线圈，设有9档或更多档位分接头，通过电动机来调整分接头的位置改变消弧线圈的电感量。当系统发生单相接地时，流过消弧线圈的感性电流与流入接地点的容性电流相位相反，调整电感电流，就可以使接地残流达到最小值，从而消除接地过电压。消弧线圈为预补偿方式。

三是微机控制器。小电流接地选线模块配置在微机控制器内，使用工业控制计算机计算分析故障时的零序电压电流参数，判断接地线路。同时微机控制器采用人工智能、视在功率、零序阻抗变化、谐波变化、五次谐波等其它选线方式进行综合选线，选线准确率非常高。

四是阻尼电阻箱。当系统发生谐振时，保证中性点的位移电压小于15% 相电压，维持系统的正常运行，防止谐振过电压。当系统发生单相接地时，中性点流过很大的电流，当大于设定值时，迅速将阻尼电阻短接，当接地消失后，可控硅在过零时自动关断，恢复正常运行。

3.3小扰动法

它是在发生单相接地故障后，快速改变消弧线圈的电抗值，使消弧线圈的补偿电流发生变化。通过对比，找出零序电流变化最大的线路作为故障线路。如果消弧线圈调节前后的零序电压发生变化，需要将调节后的零序电流按调节前的零序电压进行归算。小扰动法选线必须和随调式消弧线圈配合使用。不足之处：进行选线时，系统波动大，暂态过程长；高阻接地时，准确率受影响； 失去交流电源时，随调式消弧线圈装置不能正确补偿及选线。

3.4零序电流暂态信号法

暂态信号主要包含高频分量，利用暂态电流进行故障选线，不受消弧线圈影响，同时适用于检测电弧不稳定的接地故障。但是暂态数据时间窗口以及暂态分量的选取的不同对选线结果影响较大。这些问题促使人们进行深入地研究，提出新的利用暂态信号的故障选线方法。在不接地系统中，特别是经消弧线圈接地的系统中当发生单相接地时，由于通常消弧线圈处于过补偿状态，故障线路与非故障线路的基波零序电流在数值和方向上都很难区分。在中性点经消弧线圈接地的电网中，不能利用稳态的基波零序电流的数值大小和方向实现单相接地故障选线。但故障线路发生故障瞬间，其零序电流的暂态信号与正常线路明显不同，所以正确利用暂态量成为故障选线的关键。

线路发生故障瞬时，由于故障相对地电压的突然降低，故障相电容会通过接地电阻放电，而另两相对地电压会突然升高。电容的充放电暂态过程中，暂态零序电流频率在300 ～3000 Hz之间，幅值是稳态电流的几倍到几十倍，持续时间为数 ms。这时选择接地母线上暂态零序电流幅值最大的线路，同时判断其暂态零序电流极性与其他线路是否相反来确定故障线路 。

4.总结

由于受电网结构、线路长短、故障点位置等方面的影响 ，目前为止仍然没有哪种接地选线方法能够十分准确的判断出接地故障线路，即使是在大量应用的消弧线圈控制装置，也常出现误判故障线路或根本不报警的情况。因此配电网的接地选线问题一直是众多专家学者研究的课题，也提出了不少分析新方法如行波选线、谐波选线、小波分析方法等，但均只处于理论研究阶段，希望在不久的将来能有一种有效可行的不接地系统选线方法得到应用，将有效的提高配电接地故障的排除速度，保证配电网的安全稳定运行。

参考文献：

[1] 洪启武.电力配网自动化运行优化分析[J].电子技术和软件工程,2013,（10）.

[2] 王萍.配网自动化系统现状及优化运行分析[A].山东电机工程学会第五届供电专业学术交流会论文集[C].2009.

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