基于小电流灵活接地的单相接地处理

林 海，陈显富

(广西电网有限责任公司南宁供电局，广西 南宁 530000)

0 引言

35 kV 及以下中压配电网中性点接地方式以小电流接地方式为主，主要分为中性点不接地和中性点经消弧线圈接地。然而，两者各具优缺点。中性点不接地方式简单经济，易于查找故障线路，但存在易发生过电压的问题；而中性点经消弧线圈接地方式可以减少间歇性弧光接地过电压的发生概率，但谐振接地系统调谐困难和选线准确率不高等问题给人困扰。小电流接地方式的最大优点是当系统发生单相接地故障时，系统供电仍能保证线电压的对称性，且故障电流较小，不影响对负荷连续供电，故不必立即跳闸，规程规定可以继续运行1 ～2 h。但随着馈线的增多，电容电流也在增大，长时间运行就易使故障扩大成两点或多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，所以必须及时找到故障线路，在采取必要的负载转供措施之后将接地故障线路切除。

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。

1 基本思路及原理

中性点经消弧线圈接地的电力系统正常运行状态下其消弧线圈与中性点保持断开的状态，以保证系统中发生单相接地故障之初该系统的中性点是不接地的，小电流接地选线装置尽快采集此状态下系统的电信号，并准确的选线，然后测量系统电容电流，调整消弧线圈的电感值，最后恢复系统的中性点与消弧线圈的正常连接，补偿故障点的电容电流，达到选线与消弧的目的。

系统正常运行时，开关K 断开，消弧线圈不接入电网，系统为中性点不接地系统，此时系统的单相接地故障，如图1 所示。

图1 单相接地故障示意

图1 可简化得到零序等效电路，如图2 所示。U0为系统中性点的位移电压，Uψ为系统的相电压，Id为故障点的接地电流，Rd为过渡电阻，C为系统单相接地电容。ω为系统角频率，j为虚数单位。

由此可得此时中性点的位移电压为：

图2 单相接地消弧线圈未接入时的等效电路

设总共有n条线路，系统的单相接地故障发生在第n条线路。

1.1 消弧线圈投入前各线路的零序电流计算

非故障线路i(i≠n)首端的零序电流为本线路对地零序电容电流，方向为母线流向线路，其零序电流表达式为：

故障线路n首端的零序电流等于所有非故障线路首端的零序电流之和，方向为线路流向母线，其零序电流表达式为：

此时，故障线路的零序电流大小为非故障相零序电流之和，方向与非故障相零序电流相反。通过比幅比相法可实现较为准确的故障选线。

1.2 消弧线圈投入后各线路的零序电流计算

非故障线路i首端的零序电流为本线路对地零序电容电流，方向为母线流向线路，其零序电流表达式为：

故障线路n首端的零序电流等于所有非故障线路首端的零序电流与消弧线圈补偿的零序电感电流之和，方向为线路流向母线，其零序电流表达式为：

由此可见，消弧线圈接入后，由于感性电流与容性电流反相，所以对故障线路的电容电流有补偿作用，从而减少故障点的接地电流。

2 基本流程及实施过程

当系统正常运行时，中性点的位移电压U0的值小于系统相电压Uψ的15 %；当系统发生单相接地故障时，U0快速增大，当U0的值大于等于预订的阈值，则由(1)式可判定系统了发生单相接地故障。

由式(2)和式(3)可分别计算出非故障线路上的零序电流和故障线路上的零序电流，找出线路中幅值最大的三个零序电流，按照幅值大小顺序分别记为若其中一条线路电流的相位方向和其他两条线路方向相反则该线路发生故障，若3个电流同向则为母线故障。选线流程如图3。

图3 小电流灵活接地系统单相接地故障选线操作流程

3 仿真运行分析

根据图4 所示系统图，用Matlab 建立仿真模型。该模型总共有6 条线路，包括4 条电缆线路（长度依次分别为10 km，14 km，12 km，20 km)和1 条10 km 架空线，1 条6 km 架空和8 km 电缆组成的混合线路，依次分别记为L1 ～L6。假设系统在线路L4 离母线首端1 km 处发生A 相接地故障。下面根据某一具体配电网建立仿真模型作为实例，采用方法实现单相接地故障选线及消弧线圈的调谐功能。

图4 小电流灵活接地系统仿真模型

在线路4 首端模拟单相经电阻接地故障，故障发生于0.025 s，接地电阻100 Ω。故障后快速采集1 ～6 条线路首端零序电流信号，进行信号处理，分析得出各条线路的零序电流幅值与相位情况，选出故障线路。

通过信号处理与数据分析可得，线路4 的基波零序电流幅值为 11.584 5 A，为其余非故障线路基波零序电流幅值的4 ～6 倍；此外，线路4 的基波零序电流相位为-144.906 3°，均与其余线路基波零序电流反相。由比幅比相方法可以判断故障线路为线路4。

选出故障线路后，合上开关马上投入消弧线圈进行补偿，其仿真波形如图5 所示。

图5 消弧线圈投入前后的接地故障电流

可以看出，在0.105 s 时刻投入消弧线圈后使接地点残流幅值从16 A 减少至0.6 A 以下，调谐准确且补偿效果极佳。

4 结束语

通过开关灵活控制消弧线圈的接入时序，利用信号采样装置采集发生故障时电力系统中性点处于不接地状态下的电气量，再采用基波群体比幅比相法来选线，该选线方法准确性高，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。