小电流接地故障管理系统及其应用

王勇 邢柳

摘 要：随着经济和科技水平的快速发展，为维持供电系统的可靠性，大都采用中性点经消弧线圈或高电阻接地的形式，这种接地方式称之为小电流接地。在小电流接地形式下，若发生单相接地，系统线电压仍然可以三相对称运行而不影响下侧用户各设备的正常工作，其供电方式的可靠性优于中性点直接接地供电系统，但这种非直接接地的方式也会给系统的安全运行带来一定的威胁。为此，以下笔者据多年从事电气运行和检修维护作业的经验，谈谈小电流接地系统的常见故障、故障处理以及其固有缺陷，并对小电流接地故障管理系统及其应用简介。

关键词：小电流接地;常见故障;固有缺陷;单相接地故障管理系统

引言

小电流接地系统单相接地故障处理技术早已备受广大学者关注，近年来其技术发展快速。首先论述了小电流接地系统发生单相接地故障问题及其快速处理的必要性。为了研究小电流接地系统单相接地故障的选线问题，本文提出了基于暂态量的小波分析法。故障电流中暂态信息量可被利用的有效成分较多，利用小波变换对信号的精确分析，通过比较各条线路故障零序电流经小波变换后信号的模极大值大小以及极性来实现故障选线。

1小电流接地系统常见故障

1）发生一相（如A相）完全接地，接地相电压降至0，正常相电压升高，电压互感器开口三角处出现100V的电压值，选线系统发出报警信号，实际生产中这种情况较为少见。绝大部分接地为不完全接地（如高电阻、电弧等），若发生这类接地故障，故障相电压值会据接地情况不同而发生变化，非故障相电压也会依据情况而变，此时系统中消弧线圈会产生容性电流进行补偿，若电缆绝缘不能恢复，则会被再次击穿，如此反复，甚至引起相间短路，导致事故扩大化。2）测量元件故障所引起的接地故障，多见于电压互感器断线或熔断件熔断等，此时故障相电压有所降低，其他相的电压为相电压，电压互感器三角处会有一个35V的电压值去启动继电器，发出接地报警，此时只要对测量用互感器进行检修或更换熔断件即可处理。3）温度高环境温度过高导致小电流故障定位装置过热，造成故障定位功能失败，装置无法定位出故障区段。为保险起见，小组对装置在现有最高温度下进行小电流故障定位功能验证。试验温度取35℃，使装置XHK-II与XJ-200在此温度下连续运行72h，验证小电流接地故障能否正确动作。每台装置进行25次试验，随机选取5个通流间隔，每个间隔接连进行5次重复，促使小电流接地故障定位的装置发热。经试验，高温环境下，小电流故障定位的装置可正常识别故障间隔，故障定位正确。因此，小组确认环境温度过高为非要因。

2小电流接地故障的处理

2.1利用接地选线装置自动选线技术

该技术的基本原理是在变电站高压配电网母线侧安装专门的小电流接地选线装置，出线侧配置零序TA，当配电网线路发生单相接地故障时，小电流接地选线装置利用判别算法检测故障信息，一般情况下只发出单相接地故障信号，不会跳闸;选出接地线路后由调控值班员通知运维人员查线排除故障。理论上讲，若小电流接地选线装置能100%准确选出接地线路，那么采用此项技术处理单相接地故障准确率也是100%，而且具有对用户不停电的特点。当前接地选线技术的发展主要集中在单相接地故障检测方法研究上。基于单相接地时故障的稳态、暂态信号特征，选线算法可分为稳态选线法、暂态选线法，随着先进技术的发展，近些年来又出現了综合选线法等，稳态选线法主要有：零序电流幅值比较法、零序电流方向法、谐波法、零序电流有功方向法、负序电流法、注入信号法;暂态信号法主要有：暂态零模电流幅值与极性比较法、暂态零模电流方向法、暂态行波法、小波法、暂态能量法等。受接地方式及单相接地故障类型的影响，各种选线技术均具有各自特点。①由于行业缺乏相应的检测规程及有关运维规范标准，导致市场上选线装置生产厂家参差不齐，产品质量难以得到有效保障。②零序TA选型、极性错误，电缆屏蔽线未穿过零序TA等安装调试过程中存在的问题。③供电部门对选线装置重视程度及运维管理缺乏重视性，以至于选线装置成为了变电站“设备摆设”。指出小电流接地故障选线问题目前从技术上已经得到了解决，中电阻法与暂态法的故障选线成功率能达到90%甚至95%以上，能满足现场实际要求，但仍有许多工作要做。

2.2小波的奇异性检测原理与选线判据

小电流接地系统发生单相故障时，故障电流会突然发生改变，故障电流的突变应成为奇异性。对于突变的信号，小波变换能敏锐的捕捉到信号剧烈变化的特征信息，将信号中的奇异点投影在小波域中，经分析变换得小波变换系数的模极值点。因此，原始信号的突变的强弱程度也能根据模极大值的大小反应出来，即在奇异点处系数拥有模极大值，就暂态故障分析而言，故障发生的时间点处就是该极大值出现的时间。小波变换的模极大值点与原始信号突变点相对应，本文选线的基本原理就是基于此。故障发生瞬间电流会突然发生改变，此时所有非故障线路暂态零序电流突变的极性相同且与故障线路相反。利用小波奇异性检测理论对各条线路故障信号进行小波变换，然后将经小波变换后信号的模极大值大小和极性进行比较和分析。

2.3单相接地故障管理系统的特点及功能

MXJD单相接地故障管理系统综合了中性点不接地系统和中性点有效接地系统两者的优点，既具备中性点不接地系统的用电可靠性，又解决了弧光过电压对系统带来的安全隐患。另外，MXJD单相接地故障管理系统主控制器采用DSP技术，反应速度可提至20ms以内，可控硅的导通时间仅为工频的半个周波，采用的相控原理对供电系统毫无影响，且其使用简单、安全可靠性高，可以从站内直流系统直接接220V、110V、48V、24V电源使用;对于不同用户，可以采取不同的工作方式，让触点消弧和消弧线圈互相配合，有效提高供电质量;另外，由于其能瞬时放大接地电流信号，其自身准确率也得到大幅提升，且在系统有故障发生时可以对电压值进行全过程监测。MXJD单相接地故障管理系统可实现的功能较为全面，其主要功能有金属接地告警、弧光接地动作、低电压告警、过电压告警、电压不平衡告警、PT断线自诊断、控制器异常管理等;此外，其自身具有的记录追忆功能还可以保存32个动作、32个事件、16个录波，并不会因掉电或复位而消失，从而可很好地满足用户定位查找事故原因的需要。

结语

如果能找到一种中性点接地方式，既能发挥中性点不接地方式和谐振接地的优势，又能解决弧光接地过电压和单相接地故障选线技术带来的难题，这大大有利于提高配电网运行的安全性和可靠性。因此，以开关投切控制系统中性点不接地和中性点经消弧线圈接地之间的切换为基础，对系统在灵活接地方式下的运行性能和单相接地故障处理及控制方法进行研究和探讨。选线方法准确性高，实现简便，成本可控，实用性好，不影响现场运行的可靠性和安全性;接入消弧线圈后能够充分发挥消弧线圈的补偿效果，减少接地故障电流，熄灭接地弧光。通过对小电流灵活接地系统进行仿真和分析，结果表明，基于小电流灵活接地的单相接地故障处理方法是切实可行的。

参考文献：

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