零序过流保护在单相接地故障选线中的应用探讨

吴青军，黄驾驾，刘东红

（国网浙江义乌市供电公司，浙江 义乌 322000）

零序过流保护在单相接地故障选线中的应用探讨

吴青军，黄驾驾，刘东红

（国网浙江义乌市供电公司，浙江 义乌 322000）

10 kV系统为小电流接地系统，线路单相接地是最常见的故障及停电诱因，其存在的危害和风险较大。目前电网运行实际中各类故障线路选判方式准确性不高，通过分析故障情况下故障线路电流的特点，提出利用零序过流保护进行较准确的选判方案，并通过对实际应用情况进行跟踪，确认了方案的实用性。

配电网；单相接地；选线；零序电流

0 引言

小电流接地系统中，80%以上的线路故障是单相接地故障或由其引发的。由于单相接地时，线电压仍对称，理论上对用户供电不造成影响，规程规定可继续运行2 h。变电站虽然配置了接地选线装置，但根据运行经验，选线准确性都不高，最终多采用人工试拉选判。据小范围统计，每次试拉线路在5条左右，导致因试拉增加了数量众多用户的短时停电。随着10 kV出线电缆的增多，单相接地故障电流明显增大，极易发展成相间接地短路故障，影响电网安全；同时，若处置不及时，甚至可能导致人员伤亡事件。因此，迅速、准确地判定故障线路，及时排除单相接地故障是电网运行监控的重要一环。

1 单相接地故障时零序电流的分布

带有35 kV及以下线路的变电站多配有单相接地选线装置，有单独设置选线装置的，或综合在自动化系统的站级层系统中。常用的有零序电流比幅法、5次谐波法、有功分量法、电流突变法、首半波法、小波法等众多选判法，计算模型存在差异，但其原理多是利用故障时线路零序电流分量进行选判，以往的运行经验也验证了其选判原则的实用性。但随着电缆线路及消弧线圈在配电网中的广泛应用，接地故障电流被消弧线圈补偿，目前的接地选线无法准确选判，多又恢复为通过人工试拉选判。

如A相接地故障，无消弧线圈补偿时，在非故障线路上，零序电流等于正常运行时线路对地电容电流，方向从母线指向线路；在故障线路上，零序电流等于所有非故障线路电容电流之和，它大于任一条非故障线路的零序电流，依据零序电流分量就可以准确判断出故障线路。图1为非接地系统单相接地故障电容电流的分布示意。在经消弧线圈接地的系统中发生单相接地短路时，消弧线圈补偿前，其故障电流分布相同。

图1 消弧线圈补偿前故障电流

投入消弧线圈后，若出现接地故障，消弧线圈控制装置进行判断，并调整运行方式（短接阻尼电阻R，调节电感量L）进行电流补偿。非故障线路的零序电流仍等于原有线路电容电流，故障线路的零序电流大小等于残余电流与本线路接地电容电流矢量和，数值小，甚至低于正常线路，因此利用故障后稳态零序电流进行选判的比幅法等无法准确判断。利用暂态分量的半波法、小波法等选线装置根据零序电压判断为接地故障后，启动选线程序，采集线路零序电流分量，由于暂态量的快速衰减，导致采集到的暂态量因延时而变小，影响了选判的准确性。图2为某试验室提供的单相接地故障时故障线路、正常线路零序电流录波图。

图2 单相接地故障时故障线路、正常线路零序电流波形

2 零序电流保护故障选线方案

2.1 零序电流保护选线的原理

消弧线圈补偿前，故障线路与非故障线路的零序电流值存在较大的差值，且还有暂态电流存在，幅值可达到稳态电流的数倍到十几倍，同时不受消弧线圈的影响，当故障点间歇性击穿，会不断地产生暂态电流使其差值更大。由于消弧装置补偿不能实现无时差补偿，因此利用补偿前的零序电流值可以实现故障准确选判。

目前，变电站内10 kV出线均配置了多段式零序过流保护，但基本未投入。由于线路保护装置实时对线路的零序电流进行采样计算，不存在延时，加上保护用电流互感器采用P级，能实时采集到暂态故障电流及补偿前的零序电流，为准确选判提供依据。

2.2 零序电流保护选线与现有方法的对比

零序电流保护选线利用各线路本身的保护装置，实时采集零序电流值，减少了现有独立选线装置（或系统）的判断、启动采集选判程序等过程的延时，较准确采集了补偿前时刻的零序电流，也减少了暂态量衰减的影响，实现准确选判。图3为零序电流选线与目前常规选线装置的选判过程对比。

图3 不同2种选线原则的选判过程示意对比

零序电流保护选线无需额外增加系统及设备，仅需通过调整线路零序电流保护的整定值，并将报警信号上传至调度自动化系统即可实现。

变电站发母线接地信号，同时出现零序保护动作信号的线路判断为接地故障线路，通过2个信息的综合，避免了瞬间干扰电流引起线路零序保护频繁发信导致误判，实现了在系统发生永久性接地故障时准确判断。

3 应用效果

收集10 kV线路长度参数，经分析发现各线路（含下属分支）的长度不超过同一段母线上主线路长度之和，故以主线路长度总和为系统电容电流整定测算基准值，可以躲过本线路自身电容电流，避免误选。参照设计手册中电容电流估算公式，以及相关论文中电容电流计算方法，得到电容电流估算值，适当考虑灵敏性，确定零序电流整定值。考虑到接地故障电气量变化过程的短暂性，采用短时限进行报警发信。以某变电站为例，具体整定原则为：

10 kVⅠ 段母线上各出线主线电缆长度为L1，架空线长度为L2，则按公式（1）计算得到电容电流IC：

式中：S为电缆的截面积；Ue为线路额定线电压。

计算出该段母线上主线自产电容电流，考虑动作的灵敏度：I0=IC/Klm，其中Klm取1.5～3，根据出线数量进行选择。零序序保护动作发信时间为0 s。

在目前投入10 kV线路零序电流保护的3个110 kV变电站中，对发生的接地故障统计情况显示，单相故障时零序保护均正确选出了故障线路，成功率达到100%。同时，还额外发现了因用户设备故障导致的线路瞬间故障。几次故障及零序保护动作情况见表1。

表1 几次故障及零序保护动作情况

4 结论

在现有的硬件设备基础上，无需额外增加设备，通过调整线路保护整定值，利用10 kV线路保护装置的零序电流保护瞬时发信功能，配合母线接地信号，可以准确地选判出故障线路，也不会由于瞬间干扰性信息导致误判，确保了电网设备与人身安全，也避免了不必要的线路拉停，提高了供电可靠性。

[1]水利电力西北电力设计院.电力工程电气设计手册（电气一次部分）[M].北京：中国电力出版社，1989.

[2]DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].北京：中国电力出版社，1997.

[3]要焕年.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2009.

[4]刘万顺.电力系统故障分析教材[M].北京：中国电力出版社，2010.

[5]郭为金，蔡源.发电机消弧线圈的补偿方式[J].华东电力，2003，31（10）∶87-88.

[6]肖白，束洪春，高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述[J].继电器，2001，29（4）∶16-20.

（本文编辑：杨 勇）

Discussion on the Application of Zero Sequence Overcurrent Protection in Fault Line Selection for Single-phase-to-earth Faults

WU Qingjun，HUANG Jiajia，LIU Donghong
（State Grid Yiwu Power Supply Company，Yiwu Zhejiang 322000，China）

The 10 kV power system is a smal1 current earthing system，and the single-phase-to-earth of the power line is the commonest fault and power outage reason，which is quite risky and dangerous.At present，fault line selection modes in power grid operation are not accurate enough.By analyzing characteristics of fault line current in a fault condition，the paper suggests adopting zero sequence overcurrent protection for line selection more accurately；moreover，it tracks the practical application，which confirms the practicality of the scheme.

distribution system；single-phase-to-earth；line selection；zero sequence current

TM862

：B

：1007-1881（2016）01-0047-03

2015-12-16

吴青军（1966），男，工程师，从事配电网运行管理工作。