基于并联中值电阻的小电流接地故障选线技术

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(1.国网龙岩供电公司，福建 龙岩 364000；2.国网泉州供电公司，福建 泉州 362000)

基于并联中值电阻的小电流接地故障选线技术

翁伟琳1,黄云程2

(1.国网龙岩供电公司，福建 龙岩 364000；2.国网泉州供电公司，福建 泉州 362000)

小电流接地故障，电力系统尤其发生间歇性弧光接地故障时，线路过电压会引起电力设备出现新的接地点，导致接地故障恶化，因此线路发生故障后迅速找出故障线路对系统安全占有重要地位。本文首先详细分析了在中性点处增加电阻对小电流接地系统的影响规律；其次，提出一种基于并联中值电阻的输电线路发生小电流接地故障的选线方法；最后，搭建了6kV小电流接地系统故障选线的三相仿真模型，通过仿真结果的对比，进一步说明了基于中性点并联中值电阻的小电流接地故障选线技术能够较为准确地确定故障线路。

小电流接地;中值电阻;故障选线;仿真分析

1 前言

目前，我国的中压配电网中性点大多采用谐振接地方式，在各个类型的配电网故障中，发生单相接地故障所占的成分最大，高达80%以上，而由于绝缘老化引起的故障约占70%[1]。根据对电网运行经济性、安全性、可靠性等各个方面要求的不同，国内外配电网对中性点是否接地及以何种方式接地的选择也不同。目前主要有以下几种方式：直接接地、经消弧线圈接地和不接地等。后三种属于中性点非直接接地系统，即我国早期规定的小电流接地系统，前三种属于中性点直接接地系统，即传统意义上的大电流接地系统[2]。

电力网络发生小电流接地故障，其故障电流较小，此时，允许电力网络带故障继续运行一段时间，因此，线路采用小电流接地方式，不仅能够大大地提高电力系统可靠性，而且极大地提升了电力设备和工作人员的安全性，并普遍减少了的电磁干扰。但长时间带故障运行，尤其是出现间歇性弧光接地故障，过电压极易造成电力系统出现新接地点，导致接地故障进一步蔓延；此外，接地故障产生的电流有机率烧毁故障点，终将导致电力系统短路故障。因此线路发生故障后迅速找出故障线路对系统安全占有重要地位[4]。

由于故障电流微弱、故障电弧不稳定等原因，小电流接地系统的单相接地故障检测比较困难。近年来，国内外学者虽已提出并研制了许多故障检测方法及保护装置，但在实际工程应用运行效果并不能得到满意，在现场实际应用中，许多电站仍在用人工拉路的方法查找故障线路[5]。鉴于上述的不足，本文致力于中性点为小电流接地方式的配电网单相接地故障检测(故障选线)系统分析及现场应用的研究，提出了基于并联中值电阻的小电流接地故障选线技术。

2 增加小电流接地故障电阻的电流分析

2.1 中性点接地系统增加故障电阻的电流分析

为了增加中性点不接地系统单相接地时的电阻(有功)电流，我们考虑在中性点与地之间接入一个电阻R，目的就是减小零序回路的阻抗值，达到增加零序电阻电流的目的。在发生非金属性接地故障，我们根据接地的严重程度(系统零序电压大小，即：过渡电阻的大小)选择投入不同阻值的电阻R，在选线结束后再把电阻从中性点切除，如图1所示。

图1 中性点接地系统增加故障电阻接线图

(1)

(2)

在投入电阻R之后，流过过渡电阻Rf的电流：

(3)

由上述分析可知，在单相接地的情况下，要想使流过接地点的电阻(有功)电流能够为接地选线装置进行有效的进行识别，准确的选出故障线路，只需调节中性点投入的电阻R的大小就可以解决这一问题。也就是说，在中性点不接地系统的中性点处增加电阻，人为的增加流过单相接地故障点的方案是可行的。

2.2 经消弧线圈接地系统增加故障电阻的电流分析

将一电阻R经过一接触器相串联后并联在消弧线圈的两端，其并联如图2所示。在发生单相接地故障时，我们同样根据接地的严重程度(系统零序电压大小，即：过渡电阻的大小)选择投入不同阻值的电阻R，在选线结束后再把电阻从消弧线圈两边切除。

图2 经消弧线圈接地系统增加故障电阻接线图

当电阻R没有并联到消弧线圈两侧时，流过接地点电阻Rf的故障电流为：

(4)

(5)

因此，并联电阻R后，系统零序电压减小了，即：其他非故障相的电压也有所减小。即：在并联上电阻R后，流过接地点电阻的电流增加了而系统零序电压减小所以我们在选线过可以根据调节并联电阻R的大小来调节流过接地点过渡电阻Rf的电流的大小，来实现准确的选线。

3 基于并联中值电阻的小电流故障选线

众所周知，中性点经消弧线圈接地故障选线问题一直都在困扰电力行业，经过多年实际运行结果可说明：现有的各种形形色色小电流接地选线装置，都存在一定程度的不足和欠缺，直接影响到系统选线的可靠性和准确性。为此，本文提出的基于并联中值的小电流接地故障选线装置，采用的是基于并联中值电阻的选线方法，即在系统线路接地时，通过短时投入并联电阻(其中投入时间不超过1s)，由于系统存在有功分量，造成接地线路的电流幅值和相位与之前的完全不同，且与原来直接接地具有明显的差别，与正常线路的区别更加显著。基于并联中值的小电流接地故障选线

方法对金属接地、高阻接地和母线接地这几种接地故障，均能准确、快速地找出接地线路，相比于其他的小电流选线方法，本节所提的选线方法在选线时，检测到流入接地点的电流幅值较大且相位变化明显，选线成功率可达99%。

系统发生单相接地故障后，系统等效电路如图3所示，根据理论计算可计算出各回出线线路系数K和电阻投切有关的系统系数δ，最后根据计算得到的系统系数δ来判定接地线路是母线还是非母线，而通过各回出线的线路系数K可准确地确定接地故障的线路。

图3 装设并联中值电阻后的选线原理图

其中系统系数计算公式如下:

(6)

式中:ΔIi指第i条线路并联电阻投切前后的零序电流的变化量，同理，ΔIj指第j条线路并联电阻投切前后的零序电流的变化量。

线路系数K计算公式为：

(7)

式中：gd、g0、x和K分别指接地导纳、并联电阻导纳、对地总电容导纳-消弧线圈导纳和故障线路和正常线路零序电流之比。

结合系统电容电流的实际大小，g0的取值应在线路发生单相接地时，保证故障线路的零序电流比正常线路明显增大。若系统为母线接地故障，各条出线的线路零序电流增加的比率均为同一个值，此时K值接近100%。

当电力系统发生单相接地故障时，若中性点装设有消弧线圈，经消弧线圈补偿之后的接地点残流正常情况应小于5A，且出线回路的零序CT二次侧电流很小，容易影响选线的正确性。因此，本文提出在中性线处并联电阻，使系统零序电流的有功分量增大，在选用特殊的DK选线方法来提高选线的正确性和准确率，其中DK选线方法克服了残流增量法的不足，不仅适用于金属接地、和母线接地故障选线，同时也适用于高阻接地故障选线，且无需精确地诊断零序CT的极性，故对于某些线路零序CT极性难以精确判断的出线也能正确的选线，选线结果的正确度可达到100%。基于并联中值电阻的输电线路故障选线技术，不仅有中性点谐振接地、电阻接地两种接地方式的优点，还具有电阻接地准确选线的优点，且接地点残流较小，弧光接地过电压的值不会偏大，保证10kV系统出现单相接地故障之后，能继续运行2小时以上。

在模拟各种线路出现接地故障试验时，装设有并联中值电阻的选线系统相比于没有装设的能显著检测到故障线路零序电流的增大，且根据试验结果表明该方法的选线正确率为100%，比其他同时参加试验的线路故障选线装置的选线结果更精确。基于并联中值电阻的输电线路故障选线装置的选线性能优越，同时可降低中性点电压幅值，且不影响系统设备的安全运行。

4 农村电网无功电源布点的方法

本文通搭建仿真模型，对并联接地电阻选线技术进行仿真实验，通过仿真结果来验证本文提出的选线方法在小电流接地故障中的成效。本文以中性点经消弧线圈发生金属性接地故障的6kV小电流接地系统为背景进行故障选线技术的三相仿真模型搭建及分析，其系统接线图如图4所示。

中性点不接地系统在正常运行下，接地过渡电阻应为Rf=0Ω，中性点未并联接地电阻即R=0Ω时，通过仿真可得仿真图形如图5所示。

图4 6kV小电流接地系统接线图

图5 各线路零序电流

图6 系统各相对地电压和零序电压仿真图

由图5～6我们可以得出以下结论：

(1)系统发生单相接地故障后，各回线路流过零序电流，当时间为故障之前的0.05s时，各回路的零序电流等于零；发生单相接地故障时，各回线路零序电流的大小取决于线路长度，即线路长度长的，流过线路的零序电流大，且发生接地故障的线路的零序电流是其余非接地故障线路的零序电流总和，两者的零序电流方向相反。发生接地故障瞬间，零序电流出现一个振荡的过程。

(2)系统发生单相接地故障后，各回线路的对地电压均与正常运行时的电压不同(正常时相电压峰值为4890V)，系统接地故障相电压趋近等于零，变化幅度很大，且非故障相电压升高至线电压(线电压峰值为8473V)，这两个变化均十分明显；系统零序电压在发生线路接地故障瞬间升至1.3倍的相电压，整个系统的零序电压也由零逐渐增加到相电压(峰值为4890V)，其中零序电压与接地相电压的方向相反。

5 结论

根据对电网运行经济性、安全性、可靠性等各个方面要求的不同，国内外配电网对中性点是否接地及以何种方式接地的选择也不同。由于故障电流微弱、故障电弧不稳定等原因，小电流接地系统的单相接地故障检测比较困难。近年来，国内外学者虽已提出并研制了许多故障检测方法及保护装置，但在实际工程应用运行效果并不能得到满意。本文在中性点为小电流接地方式的配电网单相接地故障选线系统分析及现场应用等方面进行了一定深度的研究，结论如下：

(1)探讨在中性点接入一电阻人为增加小电流接地系统单相接地时的电阻电流，详细分析了增加电阻后的小电流接地系统单相故障的电流特性。

(2)提出采用基于并联中值电阻的小电流接地故障选线的方法，该方法大大地提高了选线的正确率和速度。

(3)搭建了6kV小电流接地系统故障选线的三相仿真模型，对小电流接地系统分别在发生金属性接地时，中性点并联中值电阻前后的故障选线进行仿真。

[1] 杨健翔，常仲学，豆敏娜，等.一种配网单相接地选线的频带自适应获取方法[J].电力系统保护与控制，2015(15)：60-66.

[2] 巩俊强，邓浩，黄炜昭,等.小电流接地选线装置现场试验[J].电气自动化，2013，35(1)：67-68，73.

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[5] 柏杨，张绍仙.配电网单相接地选线技术综述[J].电气开关，2012，50(6)：5-7.

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[7] 方柳，刘贤.小电流接地系统接地选线技术综述[J].电气开关，2012，50(2)：1-2，6.

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SmallCurrentGroundingFaultLineSelectionBasedonParalleledMediumResistancer

WENGWei-lin1,HUANGYun-cheng2

(1.State Grid Longyan Power Supply Corporation,Longyan 364000,China;2.State Grid Quanzhou Power Supply Corporation,Quanzhou 362000,China)

Small current grounding fault,power system occurs especially intermittent arc earth fault,the line over-voltage electrical equipment can cause the emergence of new ground,resulting in the deterioration of the earth fault,thus quickly identify the fault line of the security system plays an important role after the line failure.This paper analyzes the increased resistance at the neutral point of the influence of small current grounding system;Secondly,line selection method based on paralleled medium resistancer in parallel with the transmission line has a small current ground fault;and finally,build a small 6kV Three-phase simulation model grounded fault line Selection.By comparing the simulation results further illustrate can accurately determine the fault line based on paralleled medium resistancer in parallel with the neutral point of the small current grounding fault line selection.

small current grounding;paralleled medium resistancer;fault line;simulation analysis

1004-289X(2017)02-0037-05

TM71

B

2016-03-04

翁伟琳(1987-)，男，福建省莆田市人，本科，助理工程师，主要从事供电企业变电检修工作；黄云程(1990-)，男，福建省漳平市人，硕士，主要从事电气设备故障诊断、电力系统运行检修工作。