小电流接地系统故障选线与定位方法分析

2022-12-28辽宁拓新电力电子有限公司

电力设备管理 2022年18期

辽宁拓新电力电子有限公司黄钢

一旦在中压配网运行过程中出现了非有效接触的形式，很容易发展成为单相接地故障，故障电流相对较小，其可以分为中性不接地和中性点经消弧线圈接地系统。当前，电网在实际运行过程中，发生单相接地故障频率相对较高。通常情况下故障电流相对较小，对电力系统运行产生的危害相对较小，能够保证单相接地系统连续运行一段时间，为开展故障定位工作，争取到更多的时间，在我国中低压配电网中的应用越来越多。

但随着时代的不断发展，线路的复杂程度不断增加，人们对供电可靠性提出了更高的要求，需要更快定位故障、隔离、恢复系统运行。随着馈电系统的不断增多，电容电流会不断增大，如果系统长时间处于单相接地的状态。容易导致弧光接地问题，导致系统多点接地故障的发生，对系统的安全运行会带来较大的威胁，需要及时采取有效的方法来定位故障线路，并进行隔离处理。国外一些发达国家在谐振接地系统基础上，研究出一种消弧线圈自动谐振技术，该技术能够在一定程度上减少故障点电力，让电弧更加容易熄灭，降低短路电流，避免故障线路出现更加明显的特征，为开展故障定位和选线工作，创造更好的条件。

1 小电流接地系统故障分析

如果中性点不接地系统发生了单相接地的故障，在忽略线路电阻情况下，故障电压会直接下降为零，非故障电压就会直接上升。通过对电压监测技术的使用，能够更加及时发现单相接地故障，系统可以直接进行报警提升。故障电流大小通常是线路对地电容电流之和，故障线路中零序电流通常是各种非故障元件容性电流大小之和。经过上述分析可知，在中性点不接地系统当中，故障零序电流和非故障线路电流的流动方向完全相反，只有掌握零序电流的实际情况，才能为后续开展选线工作，创造更好的条件。

谐振接地系统。谐振系统与中性点不接地系统的一个主要区别是，在中性点系统中使用到的消弧线圈，并由此产生了相对大的感性电流，能够在一定程度上减少各种容性电流，最大限度避免出现过电压的问题。通过对消弧线圈合理进行使用，可以对线路进行全补偿、欠补偿和过补偿。在电力系统运行过程中，电感补偿电流是各种接地电容电流之和，对于谐振系统可以直接采用过补偿的形式，通常补偿度会集中在5%左右。

在采用过补偿的过程中，电感产生的补偿电流通常是接地电容电流之和，其可以在一定程度上补偿电流电感，方向与非故障零序电流之和，可以根据电流流动方向来判断零序电流的实际情况，通过合理对补偿剩余电流进行设置，可以在一定程度上弥补非故障线路的零序电流，还可以通过对比较幅值法的应用，来得到更好的选线效果。

2 小电流接地系统故障选线方法

2.1 零序电流幅值比较法

在中性点不接地系统当中，故障电流一般是各种非故障元件容性电流之和，但故障线路的零序电流幅值相对较大。在实际开展故障判决工作中，可以通过电压幅值来判断故障线路，然后通过比较零序电流的幅值，来直接找到各种故障线路，该方法被称为群体比幅。在信息技术不断发展的今天，已经可以做到对零序电流的实时采集，然后通过开展分析工作，来实现故障快速定位，保证故障判断灵敏度。零序电流幅值比较法在各种中性点不接地系统中的应用越来越多，通过对消弧线圈的合理使用，来保证补偿电流的幅值小于各种非故障线路，能够得到相对较好的判决结果。

2.2 零序电流相位比较法

在实际使用零序电流比较法的中，需要利用故障线路电路方向与母线方向相反的规律，来开展故障线路选线工作。在对零序电流进行计算的过程中，需要认真做好零序电压和零序电流的次工作，然后在利用相关参数来计算得到无功功率。在实际使用比较法中，可以直接利用传感器来收集各种线路运行参数，并将群体比相法应用其中。此外，还可以直接使用相位法和幅值法，如果线路数量较多，可以通过零序电流幅值的比较来判断故障发生的可能性。一旦发生比较严重的间歇接地问题，很容易导致电流畸变情况的发生，难以保证检测的灵敏性。另外，一旦相位法在谐振系统难以得到良好的应用效果，消弧线圈补偿电路超过了其他故障元件对地电容电流之和，可以利用非故障线路零序电流方向与非故障线路相反来进行区分。

2.3 负序电流法

在电力系统实际运行过程中，如果出现了负序电流或者零序电流接地故障，其故障特征基本保持一致，通过采用负序电流分析法来开展故障选线工作。由于负序电源阻抗相对较低，避免了非故障线路零序过大现象的发生，但负序电流计算难度相对较高，实际应用中的问题也较多，很难保证应用效果。

2.4 谐波法

对于高次谐波，其电抗值通常会大于电网的对地容抗值，消除线圈的电感值通常是基波频率向下计算得到的，对高次谐波的补偿能力相对较弱，分析谐振系统与分析中性不接地系统是非常类似的，能够在一定程度上克服谐振系统的影响。一般情况下，通过各种高次谐波并采用分量平方和比较的方式，就可得到零序电流比较法比较类似的结果。但随着高次谐波次数的不断增加，其含量通常会呈不断下降的趋势，配网中5次谐波，其含量也不足10%。通过采用谐波法虽然可以能够在一定程度上减少消弧线圈的影响，但也会造成自身灵敏度不足的问题。此外，在该方法实际应用过程中，谐波的提取和检测难度相对比较高，难以保证谐波提取和检测效果。

2.5 有功分量法

与传统零序电流比较法相比，通过使用有功分量法，可以开展零序电压和零序电流的计算工作。在实际测量电流相位中，需要使用零序无功分量，而在有功分量法使用过程中，却需要使用到零序功率分量。因此需要充分做好有功分量的计算工作。

2.6 扰动法

在扰动法实际应用过程中，需要对消弧线圈电感值合理进行计算，将谐振脱谐度控制在合理的范围之内，从而在一定程度上增加故障线路的零序电流或者零序导纳，让故障线路的特征变得更加显著。在实际使用该方法的过程中，需要首先采集得到零序电流幅值，但其值容易受到线路参数变化的影响。为最大限度避免该问题，需要监测零序电压的变化量，并认真做好零序电流变化量的折算工作。此外，还有一种m 参数法，其需要对比调节前后导纳的变化量，从而进一步放大故障特征，更加容易发现故障。扰动法在实际开展小电流故障选线中能够得到非常不错的应用效果，非常适合在消弧线圈系统中进行使用，但并不适合在脱谐度不可调系统中进行使用。

3 小电流接地系统故障定位方法

3.1 阻抗法

在阻抗法实际应用过程中，需要利用故障点与测量点之间的距离与故障回路阻抗成正比的关系，来有效计算故障回路的阻抗值，从而分析得到故障点到测量点之间的距离，从而实现快速故障定位。阻抗法实际应用相对比较简单，工程投资相对较少，但应用效果容易受到系统运行方式的影响[1]。如果线路距离相对较短，根据阻抗计算得到的距离误差相对较大，通常在多分段、多联络复杂配电网中进行使用。

3.2 行波法

一旦电网发生故障，故障点线路两端就会直接传播暂态行波信号，通过对行波信号进行检测和分析，就能够得到故障点信息。行波法通常可以分为单端法和双端法，在单端法实际应用过程中，需要计算行波在故障点与母线之间往返时间来确定[2]。单端法使用相对简单，但对反射波识别能力相对较差。双端法识别可靠性高，但需要保证时间精准同步，并需要设置合理的数据传输通道，使用成本相对较高。在行波法实际使用过程中，波形识别难度相对较高。另外，由于投资的限制，行波法不适合在复杂网络结构中进行使用。因此，虽然行波法在高压输电线路中应用越来越呢多，但由于网络相对复杂，各种分支线路相对多，应用成功的案例还相对较少。

3.3 信号注入法

在信号注入法实际应用过程中，需要在三相互感器当中注入一定特定频率的电流信号，由于在单相接地故障发生时，只能在故障线路中形成回路，因此在开展线路检测作业中，注入信号为强烈的故障线路。在实际注入信号的过程中，信号不会直接受到消弧线圈的影响，可以直接避免安装电流互感器，可以非常方便通过判断信号强弱来开展故障电位工作，实际应用效果突出。

为了避免电压互感器产生非常不良的影响，对注入信号的质量通常有着较高的要求，应该避免出现注入信号频率过高现象的发生，信号强度也不能过低，否则容易受到分布电容和消弧线圈的影响，进一步造成信号检测难度相对较高，难以满足高阻接地的基本要求。在当前实际工程当中，经常会利用系统的谐振来注入信号，为开展接地电阻计算工作，提供必要的套件，提升对电阻的辨识准确率，但其对信号辨识装置的使用，提出了更高的要求。

3.4 零序导纳法

零序导纳法是在有功分量法基础上发展起来的，其直接利用了零序电压与电流零序导纳之间的关系，还可以利用零序导纳在平面的分布来实际选择故障线路，故障线路零序导纳的幅值会相对更大一些。在各种实际工程中，可以将线路测量导纳作为基准值，然后计算得到补偿导纳值，一旦发现补偿导纳值为负数，就表示线路当中确实出现了一定的故障，其中会使用有功分量幅值来进行判断，能够在一定程度上保证判断的裕度。

另外，部分工程人员还利用故障点上下游导纳差异，并通过做差来得到区段的零序导纳，并使用配电自动化系统来开子涵故障定位工作。在使用零序导纳法过程中，测量结果容易受到消弧线圈的影响，一旦线路参数分配不够平衡，就难以保证实际使用效果，通常与其他方法结合进行使用。

伴随着科学技术的不断发展，我国在开展小电流接地故障选线和定位方面，已经取得了不少的研究成果，并取得了非常不错的应用成果。为进一步保证电网运行的安全性，避免电网在故障情况下出现弧光过电压的问题，对加装消弧线圈的谐振系统使用越来越多，单一稳定特征法使用越来越少。在故障定位中，故障定位策略会不断向着各种方法融合应用的方向发展。

4 小电流接地系统故障选线发展趋势

在计算机技术不断发展的今天，智能技术和数学算法结合在电力系统应用情况会不断增加，能够在一定程度对工故障特征进行过滤，并可以和各种故障特征有效融合起来。与一般的单一选线法相比，智能技术与数学算法相结合的方法应用不断增加，其主要包括粗糙集理论、模糊集理论、神经网络、蚁群算法等。但目前一些研究工作正处于起步阶段，需要在工作过程中使用大量的资金训练选线装置。由于配电系统相对复杂，故障边界定位具有随机、多变的特点，如果使用单一的故障判定方法，往往各种局限性较多，有必要将智能技术与数学算法结合进行应用。另外，在开展小电流接地系统故障判断过程中，需要认真做好故障原因分析工作，并认真做好数据仿真工作，能够对故障多变性和随机性综合进行考虑[3]。另外，还需要不断提升装置检测精度，保证选线正确率，对方案合理性充分进行评估，将理论和实践可以结合起来。