10kV配电线路单相接地故障及对策分析

单帝安

广州供电局有限公司增城供电局 511330

摘要：在10kV配电系统中，发生单相接地故障的机率很大，接地故障的发生，严重影响了电网的安全、经济运行。因此，电力系统的技术人员在新时期必须努力加强对单相接地故障的研究，以采取有效策略对其加以防治。本文结合一起实际案例，详细分析消弧选线装置选线失效的原因，并提出了有效的改进措施。

关键词：小电流接地；消弧选线；选线失效

0 前言

某电站曾经多次发生10kV线路单相接地故障，而消弧选线装置无法准确选出接地线路的事件，调度只能采取轮切的方式查找故障线路，显然不利于故障的及时发现与隔离。根据《交流电气装置的过电压和绝缘配合》的要求，3～10 kV架空线路构成的系统，当单相接地故障电流大于10 A时，以及3～10 kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30 A时，中性点应装设消弧线圈[1]。对于中性点装设消弧线圈的10kV电网，当发生单相接地时，消弧线圈产生的感性电流补偿了故障点的电容电流，从而使故障点的残流变小以达到自然熄弧的目的。

目前，对于10 kV系统当发生单相接地时，保护通常是不动作于跳闸的，而是根据消弧装置的选线结果人工切除故障线路，当选线失效无法选出故障线路时，调度就只能采取逐条线路轮切的方式来确定故障线路，有时需要较长时间，而且对于非环网线路，直接切除正常运行的线路会造成负荷损失，降低了供电可靠性。此外，每一次开关的分合闸操作都会对电网造成冲击，也会缩减开关的使用寿命。因此有必要对消弧线圈的选线失效做出分析，并提出可行的措施。

1 消弧选线装置原理

以智光电气消弧选线装置为例，说明其选线原理，其选线判据有零序电流的大小和方向两个，具体如下。

（1）10大小判别。因为接地时候故障线路的故障零序电流为全系统的电容电流之和减去本线路电容电流，而非故障线路的零序电流为本线路之电容电流，故由零序电流的大小，选取全部线路中零序电流最大的几条线路作为接地线路选择的对象。

（2）Io方向判断。故障线路零序电流的相位滞后于零序电压约90°；非故障线路零序电流的相超前于零序电压约90°。选线装置以零序无功功率方向的方式判断：对接地线路（零序电流滞后于零序电压约90°）：Qo>0，选出该线路；未接地线路（零序电流领先于零序电压约90°）：Qo<0；如果所有（零序电流均领先于零序电压约90°）Qo<0，则判别为母线接地。

2 故障简述

某日06时49分，某110kV变电站10kV 713线路发生单相接地，后台监控机和调度只收到“#2接地故障”信号，但未收到具体接地线路信息，运行人员到站检查后发现选线装置报母线接地，并按从小到大的顺序列出5条线路的接地电流，其中713线路的接地电流最大，将情况告知调度后，调度将713线路切除，接地故障消失，当调度合上713线路之后过段时间在此发生线路接地，此时选线装置能正确选出713线路。

3 现场检查情况

3.1 消弧系统装置参数

消弧线圈接地系统为KD-XH型配电网智能化快速消弧系统，配套DDS-02型高性能小电流接地选线装置。

3.2 后台监控机的报文情况

06时49分，在首次接地故障的时候，所有连接在#2M母线上的线路都发接地报警信号，#2主变变低552A、552B发零序过电压报警信号。说明消弧装置没能正确识别出故障接地线路。07时58分，调度切除713，接地告警信号返回，7时59分，调度合上713开关，故障消失，8时53分，再次发生接地故障，此时消弧选线装置正确选出故障线路。

4 接地选线装置试验情况

利用继保测试仪对接地选线装置进行了加量试验，选取发生接地故障的10kV713线路间隔进行试验，模拟故障时刻的零序电流、电压，选线装置在故障量明显时能正确选出故障线路，说明选线装置本身是良好的。

5 原因分析

智光电气生产的DDS-01型接地选线装置与KD-XH型配电网智能化快速消弧系统配合使用。消弧系统在投入补偿后造出一个小扰动，并通知选线装置进行选线，选线装置根据小扰动前后零序电流的变化量的大小，即小扰动值，并综合功率方向等判据进行选线，小扰动门槛值为30mA，发生接地线路的扰动量是最大的。初次故障时消弧选线装置未能正确选出713线路，装置报母线接地，其数据如表2。

第二次故障时，消弧选线装置能正常选出713线路接地，装置报713接地。

根据接地选线装置的记录信息，发现初次故障时713线路的扰动量为10mA，小于消弧装置正确选线的门槛值30mA，同时零序电流超前零序电压，即Qo<0，所以接地选线装置无法选出713线路接地，故报母线接地。当第二次故障时，713扰动量为137mA，大于消弧装置正确选线的门槛值30mA，且零序电流滞后零序电压，即Qo>0，所以消弧装置能正确将713线路选出，第二次故障时能正確选线说明消弧装置不存在问题。第一次713线路接地时，消弧装置没有正确选出接地线路的原因在于此处故障特征量不明显，未达到消弧选线装置的门槛值。

6 改进措施及建议

中山局目前使用的消弧选线装置厂家多为广州智光电气和上海思源电气，两个厂家的设备都曾出现选线失效现象。智光电气采用的接地选线和消弧线圈一体化配合法――在消弧系统投入补偿时先造出一个小扰动，根据消弧线圈补偿先后各线路的零序电流变化进行判断，但是故障线路零序电流变化量的大小与接地点的过渡电阻大小有关。过渡电阻越大，则残流增量越小，因此它对于高阻接地的判别还是比较困难的。思源电气采用的五次谐波法，理论上认为消弧线圈所提供的零序五次谐波电流远小于线路电容电流的五次谐波，因此采用零序五次谐波的幅值和相位进行比较，将零序五次谐波电流幅值最大，相位与其它线路相位相反的判别为故障线路。但是在电力系统中，由于铁芯设备非线性的影响，必然包含一系列高次谐波分量，主要为五次谐波，此外零序五次谐波电流的幅值很小，易受干扰，因此存在选线失效的情况[3]。

建议采用消弧线圈并联中电阻的接地方式。并联中电阻选线法是采用接地时在消弧线圈两端瞬间投切并联电阻的方法，瞬时向接地点注入电流有功分量，使接地点的电流幅值和相位都有很明显的变化，采用独特的DK选线法，可以克服残流增量法接地后调整消弧线圈以及对高阻接地选线不准的缺点，能对金属接地、高阻接地和母线接地进行准确选线，选线准确性达到100%[4]。

7、结束语

单相接地故障是一个急待解决的问题。相关的负责人员应该在实践过程中总结经验，尽早的研究出有效的解决方法，并且在平常要认真做好相关的防护工作。本文分析消弧选线装置选线失效的原因，并提出了有效的改进措施。希望对电网的安全运行有一定的帮助意义。

参考文献：

[1]交流电气装置的过电压和绝缘配合 DL/T 620-1997[S].中华人民共和国电力行业标，1997：6-7.

[2]广州智光电气有限公司.DDS-02E型配电网接地故障智能检测装置技术说明书[M].2003：6-7.

[3]消弧线圈自动调谐及接地选线的原理与分析[J].水利水电工程，2014，36（04）：99-103.

[4]上海思源电气股份有限公司.XHK-II-ZP型消弧选线自动调谐及成套装置使用说明书[M].2007：14-15.