10 kV配电网单相接地故障特征分析及选线方法

董轩 徐铭铭 王鹏 陈明

摘 要：单相接地故障一直是影响配电网安全稳定运行的巨大隐患，如何快速准确地实现故障隔离是相关研究的重点。本文总结了中性点经消弧线圈接地系统和不接地系统发生单相接地故障时的故障特征，并进一步介绍了两种故障选线方法，即零序电流比较法和首半波法，最后通过试验验证了两种方法的准确性。

关键词：配电网;单相接地故障;故障特征;故障选线

中图分类号：TM711;TM769文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）34-0142-02

Characteristic Analysis and Line Selection Method of

Single-phase Grounding Fault in 10 kV Distribution Network

DONG Xuan XU Mingming WANG Peng CHEN Ming

（State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Single-phase grounding faults have always been a huge threat affecting the safe and stable operation of distribution networks. How to realize fault isolation quickly and accurately is the focus of related researches. This paper summarized the fault characteristics of single-phase grounding fault in neutral grounding system and ungrounded system through arc suppression coil， and further introduced two fault line selection methods， namely zero sequence current comparison method and first half wave method. Finally， the accuracy of the two methods was verified by experiments.

Keywords： distribution network;single-phase grounding fault;fault characteristics;fault line selection

配电网处于电网末端，直接面对用户，其运行情况直接影响用户的用电体验。单相接地故障是指线路中某点由于内部或外部原因，如绝缘损坏、树木搭接等，与大地相接而形成接地，是配电网系统中较为常见的故障[1]。我国10 kV配电网多为小电流接地方式，包括中性点经消弧线圈接地和中性点不接地。小电流接地方式下，配网10 kV侧发生单相接地故障后，系统线电压幅值和相位差仍维持不变，低压侧的用电设备可以正常运行，有利于保障配电网的运行可靠性。但是，部分接地故障导致的跨步电压、电弧、弧光接地过电压等易引发相间短路、电气火灾，甚至是人身伤亡事故[2-4]，因此发生单相接地故障后，需要快速进行故障选线和隔离。

为了提高配电网运行安全性，有必要对小电流接地系统单相接地故障的特征进行深入分析，并探索相应的故障选线方法。

1 小电流系统单相接地故障特征

1.1 中性點不接地系统

中性点不接地系统发生单相接地时，故障相电容短接，线路中其他地方的所有分布电容都经接地点形成回路，所以故障点接地电流为系统中所有电容电流之和。此时，故障线路零序电流最大;故障线路零序电流和非故障线路零序电流方向相反;如果发生金属性接地，则故障相电压降为零，非故障相电压升高为线电压，10 kV侧线电压保持对称，不影响对低压侧供电。

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中，发生单相接地故障时，中性点电压升高并在消弧线圈上产生感性电流，该感性电流经接地点形成回流通路，可以补偿流过接地点的电容电流，促使接地电流减小，从而实现故障熄弧。如果消弧线圈处于过补偿状态，则故障线路、正常线路零序电流的相位相同，且故障线路的零序电流不一定是所有线路中最大的，这就导致原来的选线方法不再适用，选线难度增加。但是，消弧线圈不影响暂态电流，也无法补偿接地电流中的谐波分量和阻性分量，可以从这些物理量入手实现故障选线。

2 接地故障选线方法

小电流接地故障选线方法较多，其中稳态量法包括零序电流比较法、零序无功方向法、零序导纳法等，暂态量法包括首半波法、参数识别法、行波特征法等，此外还有特征信号注入法、残流增量法等方法。每种方法都有各自的适用场景和局限性。本文仅就稳态法中的零序电流比较法和暂态法中的首半波法进行分别介绍。

2.1 零序电流比较法

零序电流比较法对于中性点不接地系统基本满足要求，但不适用于消弧线圈接地系统。由上文可知，发生单相接地故障时，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流极性相反，且故障线路零序电流等于非故障线路零序电流之和。根据该条稳态特征，可以实现不接地系统的故障选线。

图1是单相接地试验时的实测波形图。系统运行环境和试验条件为：系统中性点不接地，线路电容电流约为10 A，系统三相对称;试验时，在线路2的C相发生单相经250 Ω电阻接地故障。从图1可知，线路2的零序电流与其他线路零序电流方向相反，故可以判定接地点在线路2上。

2.2 首半波法

单相接地往往发生于相电压接近最大值的瞬间，此时故障线路的分布电容因电压降低而放电，非故障线路的分布电容因电压升高而充电，因此可以认为单相接地瞬间故障线路和非故障线路其各自的暂态零序电容电流第一个周波的首半波极性相反。因暂态电流值不受消弧线圈的影响，故首半波法适用于消弧线圈接地系统。具体地，在消弧线圈接地系统发生单相接地的暂态过程中，故障线路暂态零序电压与暂态零序电流首半波方向相反，非故障线路暂态零序电压与暂态零序电流首半波方向相同，据此可以实现消弧线圈系统的接地故障选线[5]。

图2是单相接地试验时的实测波形图。系统运行环境和试验条件为：系统中性点经消弧线圈接地，线路电容电流约为65 A，消弧线圈补偿74.7 A，系统三相对称;试验时，在线路2的C相发生单相经250 Ω电阻接地故障。从图2可知，线路2的零序电流的首半波与零序电压首半波方向相反，其他线路零序电流首半波与零序电压首半波方向相同，据此可以判定接地点在线路2上。

3 结语

10 kV配电网单相接地故障选线技术一直是配网研究热点，本文介绍的零序电流比较法和首半波法分别是应用较多的稳态和暂态识别方法。但是，由于配电网现场工况较为复杂，应用了这些算法的一二次融合设备实际误报率依然很高，因此，应进一步加深对提高选线方法实用化水平的研究。

参考文献：

[1]杨以涵，齐郑.中压配电网单相接地故障选线及定位技术[M].北京：中国电力出版社，2014：232-235.

[2]王飞.小电流接地系统弧光接地模型及仿真研究[D].济南：山东大学，2016：13-17.

[3]殷一洲，周力.配电网单相弧光接地过电压事故分析及其一例[J].科技资讯，2018（30）：51-53.

[4]吴思成，曹云轩，曹诗雅，等.一起间歇电弧接地过电压事故分析[J].电气应用，2017（6）：76-80.

[5]殷培峰，刘石红.基于谐波与首半波结合的单相接地选线分析与研究[J].自动化与仪器仪表，2013（4）：19-21，225.