小电流接地故障选线装置的原理及应用

辛佩宏

摘 要：介绍了小电流接地系统接地选线的意义，阐述了一种选线装置的原理及结构。总结了选线装置在实际应用中存在的问题。

关键词：小电流接地系统；选线原理；应用及故障分析

引言

小电流接地系统在国内66kV及以下电压等级的电网系统中应用非常广泛，而单相接地故障在小电流接地系统中故障率很高。随着近年来电网容量的加大，接地电流也不断增大，因单相接地故障造成的损失越来越严重。因单相接地时，非故障相对地电压升高，易产生系统谐振，对电网设备的绝缘产生破坏作用，损伤积累到一定程度会造成避雷器、PT爆炸或绝缘子闪络等情况发生。

通常选线的办法是利用变电所绝缘监察装置发出的接地信号，然后根据接地拉闸选择出接地出线柜。没有发生单相接地的线路，也需短时间停电，这对要求连续供电的企业会造成影响。所以研究应用快速、准确的小电流接地选线装置意义重大，可大大提高电力供应中的安全、经济型。

1 JDBH-10/1型小电流接地保护选线装置原理及性能

1.1 基本原理

JDBH-10/1小接地电流系统消弧、过压、感电保护装置（以下简称装置），是一种针对中性点不直接接地系统，发生单相接地故障时，实现快速熄灭故障点电弧，对人体和设备进行保护的装置。该装置以接地选相控制装置为核心设备，实时采集、计算母线电压及零序电压的变化，识别系统有无接地和接地的相别。如果系统某一相发生接地故障时，接地选相装置快速开出相应相别的真空开关合闸指令，将故障相与接地网直接连接。装置的接地电阻在0.5欧以下，远远小于接地故障点处的接地电阻，利用并联分流原理，可以很好的转移接地故障点处的入地电流，让接地相与大地强迫等电位，使接地故障点处的电弧不能维持而熄灭，从而对人身感电及间歇性接地引发过电压等故障起到保护作用。它根据装置动作前后，系统零序电流方向的变化和附加的零序阻抗选线法，来进行选线；有别于一般的选线装置，提高了选线的精度。克服了中性点不直接接地系统，单相接地时易飞弧、过电压扩大事故及人身感电不及时跳闸的缺点，实现了既提高供电可靠性，又快速保护的目的。

1.2 系统构成

1.2.1 一次设备

（1）单相操作真空开关：分相操作真空开关在接地选相控制装置控制下，快速将接地故障相与接地网直接连接，为装置对人身及设备的保护提供了保证。

（2）其他配套设备：包括断路器、电流互感器、零序电流互感器等。

1.2.2 二次设备

二次设备包括接地选相装置、接地选线装置、驱动闭锁单元、JDBH-10/1控制屏及其它附属设备。

1.3 装置特点

1.3.1 运用快速接地转移的思想，将接地相与接地网直接连接，转移接地故障点处接地电流，使故障点电流趋于零，故障电弧不能维持而熄灭，从而对接地故障点起到保护作用。接地保护动作时间小于50ms。

1.3.2 为了防止接地保护装置投入与退出系统运行时，引起系统对地电压的追加变化，采用断路器过零投切的控制技术。

1.3.3 装置利用零序阻抗变化识别接地回路方法，无论系统发生100%接地还是高阻接地，装置均可准确选出接地回路。

1.3.4 装置具有完善的防护闭锁功能。

1.4 实现功能

1.4.1 该装置根据小电流接地系统的运行特点，通过微机逻辑计算，有效实现了选相、选线、闭锁等功能。

1.4.2 通过接地电流与零序电压的关系，能有效的判别接地相别，其附加的零序电压增量起动可克服正常系统的不对称电压，对高阻接地也有较高的灵敏度。

1.4.3 通过线电压越线及零序电压角度双重闭锁，能保证在PT一二次断线、短路及各种异常运行状态下，闭锁装置，防止错误选相出口。

1.4.4 为了防止分相断路器同时合闸，造成母线故障，该装置出口回路进行了单一处理，并经断路器位置开关的双重闭锁，能确保分相断路器的相互闭锁，保证断路器不能同时合闸。

1.4.5 通过零序阻抗、零序电流及方向进行综合判断，具备完善的选线功能，能够准确的选出接地回路，并能区分线路、母线接地，并能储存、显示故障信息。

1.4.6 具有完善的面板操作、数据储存、录波等功能，可根据需要任意调整起动、保持的各项定值，方便系统需要。

1.5 动作说明

当系统依据第一越限定值判断出单相接地故障后，接地保护装置动作，接地保护时间为第一次保护时间（30s），达到时间后接地保护装置自动复归。

如在开关动作间隔时间后仍为同相接地故障，接地保护装置再次动作，接地保护时间为第二次保护时间（60s），达到时间后接地保护装置自动复归。

如在开关动作间隔时间后仍为同相接地故障，系统视为永久接地故障，如此时零序电压超过第二越限定值，接地保护装置动作，接地保护时间为第三保护时间；如零序电压超过第一越限定值并且低于第二越限定值，接地保护装置不动作，处于监视状態。其后动作均按照第三次动作执行。

如接地保护装置复归后，在故障消失时间内，不再出现同相接地故障，系统认为故障消失，系统自动恢复为按照第一越限定值判断，并按照第一次保护时间进行动作。

2 绥化供电公司小电流接地保护装置应用故障分析

2.1 故障现象

黑龙江省绥化供电公司桃林变于2010年6月投入运行1台JDBH10型小电流接地保护装置。2010年8月28日该保护装置在系统接地消失时，未开出接地故障相开关分闸，造成变电所持续接地故障报警。运行人员在确定没有线路接地后，退出JDBH10型接地保护装置，系统运行正常。

JDBH10型小电流接地保护装置判断系统满足接地保护动作条件后（零序电压），接地保护装置动作，将接地故障相合闸，接地保护装置进入保护阶段。当接地故障消失时，不再出现同相接地故障，系统认为故障消失，接地保护装置系统自动恢复为按照第一越限定值判断，并按照第一次保护时间进行动作，接地故障相开关分闸。但此次桃林变小电流接地保护装置在系统接地消失时，却未开出接地故障相开关分闸，造成变电所持续接地故障报警。

2.2 故障分析及改进方法

装置抗扰能力差，接地保护装置接地选相控制单元DSP控制板主要受外界干扰，接地保护装置程序逻辑上对保护装置动作进行了闭锁，防止接地保护装置开出勿动动作；因为接地保护装置动作开出了闭锁，所以在接地保护装置开出分闸操作时无法正常开出分闸信号，接地相开关不能分闸。现场运行人员在确定线路无接地故障后，退出接地保护装置后系统运行正常。

事情发生后技术人员现场检查更换DSP板，对DSP板上的参数存储单元进行了相应的改进，硬件上增加了写保护功能，可以很好的避免数据参数丢失的问题。另外对动作闭锁功能进行了改进，在接地保护装置异常的情况下，控制单元可以开出应急分闸操作（开关分闸）从而解决了像桃林变这种异常情况下不能分闸的问题。

3 结束语

小电流接地系统在我国配电网中应用比较广泛，也是最易发生单相接地的系统。在配电网中，发生的单相接地故障可占总故障的80%左右，因此如何及时检测和判别故障线路一直是配电网自动化研究的一个课题。近年来，随着微机在电力系统的应用，相继出现了一些微机型接地选线装置和适合微机实现的选线理论；到目前为止，基于不同选线理论已经推出了几代产品。但在实际应用中，现有的故障选线原理各有其局限性，其效果并不十分理想，所以该问题还有必要继续研究。

参考文献

[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理（第三版）[M].北京：水利电力出版社，1996.

[2]曾祥君，伊项根，张哲.配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理[J].中国电机工程学报，2001.