中心点非有效接地系统单相故障选线方法研究

高红梅　张海城　郝沛霖　佟振宁　张南

摘要：在我国，配电网一般都是采用中性点非有效接地系统，此种系统频繁地发生单相接地故障，这个问题一直成为焦点。本文就这些问题做一个总结，并研究出对策。

关键词：中性点非有效接地系统；系统问题；方法研究

我国的6千瓦到60千瓦中低压电网，所采用的方式为经消弧线圈的接地方式或者中性点不接地两种。在一般的小接地电流系统当中，百分之八十以上的故障为单相接地故障。一旦系统中发生了单相接地故障，需要尽最快速度解决定位和选线工作，从而能够及时从系统中把故障清除。本文将以下方面来说明故障特征：中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统。此外，还有对这两种接地方式进行必要的比较。

1 中性点非有效接地系统单相接地故障特征

1 . 1 中性点不接地系统

平常运行的状态下，电网中的三厢对地电压基本对称，中性点的对地电压基 本为零[1]。在三相对地等值电容相同的情况下，加上相电压的同时作用，各个相 电容的电流相等，而且比相应的相电压超前九十度。在这个时刻，木箱的零序电流基本上为零。

如果单相接地，接地相的对地电容就会被短接，那么，任意一条出线发生了 单相接地，就相当于整个电网单相接地。

总而言之，一旦中性点不接地，系统就会发生单相金属性的永久接地现象。

（1）当故障相对的低电压是零时，非故障的相对地电压就会升高3倍，中性点的电压就会升高为相电压，而线电压基本保持对称。

（2）一般，非故障的线路保护装置所通过的电流，是此线路的其本身对地的 零序電流，他的方向也是从母线通过线路。

（3）故障的线路保护装置，它流过的零序电流是众多非故障线路所对地电容电流的总和，它的方向由线路流向母线。

中性点不接地系统，在发生了单相永久性接地故障时，因为故障时产生的电 流较小，三个线电压都仍然保持着对称，不会对系统的稳定运行造成破坏，因此，不会要求做保护跳闸工作，而让系统在半个小时至两个小时之间继续运行，并在 这段时间之内，仅仅采取消除故障就可以解决。

1 . 2 中性点经消弧线圈接地系统

中性点经消弧线圈接地系统也叫做谐振接地系统[2]。一旦系统中性点和大地接入消弧线圈，发生单相接地故障的话，在接地处接地电流便会减少。消弧线圈，就是一个拥有铁芯的电流线圈，他的线圈电阻十分小，电抗却很大。在消弧线圈中的铁芯处留些间隙，用绝缘纸板进行填充，从而达到避免饱和的目的。一般说来，中性点经消弧线圈的线圈有分接头，可以用它进行调节，来改变电抗的大小。

1 . 3 两种接地方式的比较

中性点不接地系统，在发生单相接地的情况下，再接地处可以通过全系统的 所有对地电容的电流。若是电流很大，接地处点燃的电弧就无法自动进行熄灭，反复燃起的熄灭间隙性电弧就会致使弧光过电压，破坏非故障的相绝缘，从而导致了相间短路现象，增大事故。而中性点接入中性点经消弧线圈能够避免此种事 故。因为消弧线圈的接地方式，在发生单相接地时，线电压的对称关系没有遭到破坏。此外，还可以提高运行质量，提高供电的安全可靠性能。

2 不同注入信号下的故障特征仿真比较

2 . 1 仿真软件

本文所采用的仿真软件为 PSPICE软件，分析的主要对象为：所设计的模拟滤波器。在计算机软件中，可以对所有的要输入的信号进行处理。

2 . 2 仿真模型的建立

对所设计的模拟过滤器进行必要的仿真分析，建立仿真模拟模型。

2 . 3 仿真结果比较与分析

输入的信号就是构造各种电源信号的串联[3]，第一，要经过TT带阻滤波，然后再经过2级的TT反馈，进行选频放大电路，接着输出Vo到数字过滤器中。接下来，对这两组进行分析。

在实验中，构造原始信号X2，注入信号的值为1毫安，因此它的波形和X1基本上没有差别。仅仅只是经模拟后的信号变化，X1信号是谐波混合信号，而X2信号是叠加后又放大了的80赫兹信号，它的波形和信号X1明显不同，这就 说明了注入的信号经过模拟滤波之后，在混合信号中占较大比例，从而使模拟滤波衰减工频中放大注入信号的意图。经过另一个实验中可以得到，当系统的频率 发生很轻微的偏移时，模拟滤波产生的效果，跟没有发生偏移之前的差别不明显，具有了很好的抗频率偏移的能力。

3 基于阶跃响应的故障选线

所谓阶跃响应，即以激励为单位阶跃函数，电路发生的零状态响应称为单位 阶跃响应，普遍简称阶跃响应。它的基本定义为：单位阶跃函数的输入零状态反 应。

3 . 1 选线判据的定义

在电网的故障中，有百分之八十源自单相接地故障[3]。在这种故障中，小电流的接地电网的电压却很对称，没有影响对用户的供电，完全可以不用即刻分段 故障的电路。如此一来，便有利于提高我国供电的可靠性。因此，我国的中压电 网，在通常情况下，都会采用小电流的接地方式。可是，我国小电流接地电网的 单相接地故障较小，接地选线较为困难。在最近几年里，很多的学者专家都对此作了大范围的研究工作，并提出了很多的选线方法，比如：有功电流零序方向法，电流零序方向法，五次谐波电流零序不想比幅法，导纳零序法，首半波法，暂态 分量法等等。不仅如此，有很多的选线装置已经投入使用当中。由于选线的效果 不想或拒选的频率较高，或误选几率高。其中的缘由，便是选线原理的单一，仅 仅采用稳态选台原理、暂态选线原理。

对于各种故障路线，采取暂态原理并结合稳态原理的综合选线方法，找出路 线故障，就是中性点非有效接地系统故障定位的选线判据的来源。具体来说，选线判据的定义应如是：运用暂态原理检测稳态接地故障，同时运用稳态原理寻找 金属性接地故障和高阻接地故障，以此来回避故障，找到正确的选线位置和方法。

3 . 2 仿真结果

中性点的不接系统中，发生的单相金属性接地的故障时，10千瓦的配电网 电容压，便从故障之前的灵升高到相电压，所反映的完全和理论所描述的一样。

一般说来，在仿真的过程中，过度的电阻可以随意取不同的值，而最后的所得是：不同接地情况下系统的运行特征，来研究过渡电阻的大小值对系统的运行特征产生影响。

4 结语

注入法的小电流，在接地故障保护中所注入的信号很微弱。所以，在实际的应用中与对选线保护的准确性两方面带来一些负面影响。鉴于此种不利，在选线中就需要很好的信号检测技术，来对所注入的信号进行有效的提取。本文，为此设立出了很好的模拟滤波检测法，在仿真实验中得到了有效验证。

参考文献

[1] 李荣明，小电流接地系统单相接地故障选线[J].重庆：重庆大学电气工程学院，2009（10）12— 15.

[2] 王铭，小电流接地系统单相接地故障选线新方法的研究[J].保定：华北电 力大学电气与电子工程学院，2012（12）：12—45 .

[3] 齐郑，杨以涵，中性点非有效接地系统单相接地选线技术分析[J]. 2004， 28（14 ） ： 1 - 5 .

[4] 陈炯聪，齐郑，杨奇逊 ，基于模糊理论的小电流单相接地选线装置[J].电力系统自动化 ，2004，28（8）88-91.