配电线路单相接地故障信号特征探究

配电线路单相接地故障信号特征探究
摘要：配电网是向用户输送电能的重要环节，配电网络对整个系统供电可靠性息息相关，目前，我国用户停电大部分是由配电网引起的。

国内外中压配电网大都采用中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式，即小电流接地方式，我国主要以小电流接地方式为主。

在发生小电流接地故障时，系统三相之间的线电压基本保持不变，系统可以带故障运行两小时，以便于提高供电可靠性。

尽管单相接地故障可以继续运行，但会造成非故障相对地电压升高，特别是间歇性弧光接地时或者再叠加雷击、操作等过电压，容易使非故障线路绝缘薄弱点击穿，引发相间短路故障，使事故范围和危害程度扩大。

为了保障系统安全和供电可靠性，有必要对故障点采取处理措施或者提前预判线路的对地绝缘状态。

目前，小电流接地选线、定位技术已基本成熟，但配电线路对地绝缘状态监测技术很少有研究。

本文分析了配电线路单相接地故障信号特征。

关键词：配电网；对地绝缘；单向接地故障；
1.
引言
配电线路是电能向用户输送的重要环节，也是决定用户供电质量和供电可靠性的重要环节，目前我国用户停电绝大部分是由配电网引起的。

中压配电网发生故障的概率要远大于高压输电网，其中单相接地故障最多，约占配电网故障总数的80%。

在中压配电网采用非有效接地运行方式时，系统发生故障，不会形成短路回路，接地故障电流仅由分布电容产生，此种情况被称为小电流接故障。

在发生小电流接地故障时，系统三相之间的线电压基本保持不变，系统可以带故障运行两小时，以便于提高供电可靠性。

尽管单相接地故障可以继续运行，但会造成非故障相对地电压升高，特别是间歇性弧光接地时或者再叠加雷击、操作等过电压，容易使非故障线路绝缘薄弱点击穿，引发相间短路故障，使事故范围和危害程度扩大。

对于电缆线路，接地电弧长时间存在，会加重对故障点的破坏，严重时也会引发相间短路故障。

如果故障点周围存在易燃物质如干草、枯叶等，弧光
接地释放的火花将会引发火灾，造成巨大的财产损失和环境破坏。

因此，中压配
电网需要避免长时间带接地故障运行，以免使故障范围扩大和增加用户停电时间，从而避免给用户造成重大经济损失，同时避免危及人身安全。

无论对于架空线路
网络、架空电缆混合线路网络还是纯电缆网络，如果能够捕捉、记录瞬时性接地
故障信号，就可以分析判断线路的绝缘状况，当绝缘下降到一定程度时，适时给
出报警信号，提前采取处理措施消除故障隐患，使永久故障发生的概率降到最小，避免因永久故障造成停电事故。

1.
配电网中性点接地方式
2.1中性点不接地方式
中性点不接地方式，即配电网不存在中性点或所有中性点对地悬空的接地方式。

其结构简单，运行方便，且比较经济，不需附加设备，投资省。

由于单相接
地故障电流小，所以保护装置不会动作跳闸，很多情况下故障能自动熄弧，系统
重新恢复到正常运行状态。

在中性点不接地配电网发生单相接地故障时，虽然三
相对地电压会发生变化，但三相之间的线电压基本保持不变，对负荷供电不会产
生影响。

由于接地电流数值较小，对电力设备、通信和人身遭成的危害也较小。

因此配电网采用中性点不接地方式时，系统发生单相接地可持续运行一段时间，
在这段时间内运行人员可采取措施消除接地故障。

在这种接地方式下，当发生接
地故障时，非故障相会出现过电压现象，配电线路发生金属性接地故障时，非故
障相电压升高至线电压，即升高1.73倍，当配电线路发生弧光接地时，非故障
相电压甚至达到相电压的3.5倍。

配网在此种情况下长时间运行可引起非故障相
的绝缘击穿，甚至引起两相短路，造成事故扩大。

2.2中性点经消弧线圈接地方式
中性点经消弧线圈接地方式，即在中性点和大地之间安装一个电感消弧线圈
的方式无消弧线圈时，发生单相接地故障时，接地相中只存在一个容性电流，在
接入消弧线圈后，发生单相接地故障时，系统增加了一条回路，此回路中增加了
一个感性电流分量，这样接地相电流中含有两个电流分量，由于感性电流分量和
装设消弧线圈前的电容电流分量相位相反，故障点电流为两个相量电流的相量和，因此减小了接地点的电流，使电弧易于自行熄灭，使电网恢复正常，能够有效防
止故障点处发生着火、爆炸等次生灾害。

但是消弧线圈会引起中性点位移电压过高，对于预调式消弧线圈，如果阻尼电阻选择不合适，投入电网后距离谐振点很近，中性点位移电压就会长时间过高。

3.配电线路单相接地故障稳态特征分析
3.1中性点不接地系统分析
中性点不接地配网发生单相接地故障时，其接地故障稳态信号特征如下：
（1）故障相对地电压为零，非故障相电压变为系统的线电压，系统三相线
电压仍对称；与此同时，系统出现零序电压，零序电压与故障前的电压近似相等，但相位相反；
（2）非故障线路零序电流为线路本身的对地电容电流，其方向由母线流向
线路；故障线路零序电流数值等于所有非故障元件的对地电容电流之总和，其方
向由线路流向母线，与非故障线路相反。

3.2经消弧线圈接地故障分析
当采用过补偿方式时，流过故障点的电感电流大于系统对地电容电流，补偿
后的残余电流呈感性。

这时，母线处故障线路的零序电流本身是本身对地电容电
流与接地点残余电流之和，其方向由母线流向线路，和非故障线路的一致，因此，难以根据电流方向来判别故障线路。

由于过补偿度不大，残余电流比较小，故障
线路幅值与中性点不接地情况大为减少，甚至会小于非故障线路的零序电流，所以，很难根据零序电流幅值来判别故障线路。

4.配电线路单相接地故障暂态特征分析
关由电力系统的正常状态过渡到非故障状态，电力系统会产生大量的暂态信号，与稳态的故障信号相比，其信号更加丰富、强烈。

在稳定性接地故障中，在
故障时刻会产生持续2-3ms的故障暂态过程和暂态信号。

在如弧光接地的非稳定
性接地故障中，故障暂态过程和暂态信号将连续或断续的出现，无法提取稳态故
障信号。

现有研究成果表明，小电流接地故障的暂态故障主要包含了若干等效电感和
等效电容串联谐振和并联谐振过程。

与之对应，可认为暂态过程中的暂态电流包
含了按指数衰减的正弦分量和直流分量。

在各分量中，一般把频率最低、最接近
工频的分量称为暂态主振分量，剩余分量称之为次谐振分量。

主谐振分量中包含的丰富故障信息可以准确反应接地故障的暂态特征，对各
暂态分量的分析中主要以主谐振的分析为主。

为了分析暂态过程，需要建立小电
流接地故障的暂态等值电路。

5.结束语
配电线路单相接地故障是指线路中某点由于内部或者外部原因,如绝缘损坏、树木搭接等，与大地相接而形成接地故障，是电网系统最常见的故障。

单相接地
故障可能会产生过电压、烧坏设备，影响供电可靠性，甚至会引发人身触电伤亡
事故。

本文分析了现有配网中性点接地方式特点，分析了配网接地故障的稳态特
征和暂态特征。

为今后的的暂态特征分析提供了理论支持。

参考文献
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