小电流接地系统单相接地故障分析

小电流接地系统单相接地故障分析 期刊门户-中国期刊网2010-2-6来源:《中小企业管理与科技》2010年1月下旬供稿文/孙志强[导读]复杂局域网尤其是经消弧线圈接地的电网，在接地情况下，如何准确及时选出故障线路对于配电自动化的实现有着重要的意义

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孙志强 （山西国阳发供电分公司）
摘要：本文主要针对经消弧线圈接地的多级35kV局域网(以阳煤矿区局域网为例)，分析阐述小接地电流系统单相接地故障危害性、消弧线圈性能以及运行部门查找处理故障的要点等，确保系统安全、稳定、可靠运行。
关键词：小电流接地系统 故障选线
1 小电流接地系统简介
1.1 小接地电流系统的概念
中性点非直接接地方式即中性点不接地系统，包括中性点经消弧线圈接地方式系统，接地故障电流往往比负荷电流小得多，故亦称其为小接地电流系统。标准规定X0/X1＞4～5的系统属于小接地电流系统。供电可靠性高，对绝缘要求较高。而在电压等级较高的系统中，绝缘费用在设备总价格中占相当大比重，降低绝缘水平带来的经济效益非常显著，一般就采用中性点直接接地方式，以其它措施提高供电可靠性。在电压等级较低的系统中，一般就采用中性点不接地方式以提高供电可靠性，笔者所在地区没有60kV电压等级，因此35kV及以下系统采用小接地电流系统。
1.2 小接地电流系统的供电可靠性和优点
小接地电流系统供电可靠性高。单相接地故障时，因暂不构成短路回路，接地相电流不大，往往比负荷电流小得多，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电暂没有影响，系统仍可继续运行1～2小时，不必立即切除接地相，断路器不必立即跳闸，并不立即对设备造成损坏，从而保证了对用户的不间断连续供电，提高了供电可靠性。
1.3 小接地电流系统的缺点
它的主要缺点是在发生单相接地故障时无法迅速确认问题出在那一条线路上。由于这种故障引起的相电压升高对系统性能构成很大威胁，必须迅速查出故障线路并加以排除。复杂局域网尤其是经消弧线圈接地的电网，在接地情况下，如何准确及时选出故障线路对于配电自动化的实现有着重要的意义。
1.4 阳煤矿区35kV电网简介
阳煤集团阳泉矿区电网始建于1984年。25年来随着煤矿生产能力的不断提高，供电网络逐年拓展，已形成了一个规模庞大、结构复杂的电力系统。目前阳煤矿区电网已经形成一个以矿区110kV变电站为唯一电源，接带局域内24个35/6kV用户变电站，两个自备热电厂和三个煤层气

发电站。当局部区域因接地造成系统隐患时，如果不能及时排除故障接地线路，将严重威胁到矿井的安全生产。
2 小电流接地系统故障选线
2.1 故障选线的不同原理及其应用
2.1.1 80年代后期研制出的全国第一代选线装置。由于理论和技术上的局限，灵敏度和准确率都不高，90年代后都相继退出了运行。
2.1.2 20世纪初涌现出了以KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置为代表的新一代选线装置。克服了第一代小电流选线产品存在的诸多影响选线准确率的问题，将各种选线判据有机地集成充分的判据，并与多种数据处理算法和各种选线方法融为一体。构成了各种判据有效域优势互补，能适应变化多端的单项接地故障形态的多层次的全方位的智能化选线系统。KA2003系列89选线装置实时采集系统故障信号，应用多种选线方法进行综合选线，具体包括：智能群体比幅比相法。谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法、零序电流突变法。装置通过确定各种选线方法的有效域，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线方法融合到一起，最大限度的保证各种选线方法之间实现优势互补。我想重点介绍一下比幅比相法和谐波法：
智能型比幅比相方法的基本原理是：对于中性点不接地系统，比较母线的零序电压的幅值和相位，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90°并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线故障。
谐波方法的基本原理是：对于中性点经消弧线圈接地系统，对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态，如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分，则比较所有线路零序电流分量的幅值与相位，故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流电流同相，则为母线故障。
2.1.3 90%以上的小电流接地系统仅安装有两相CT。对这种仅装两相CT小电流接地系统, 至今尚没有理想的接地选线和故障定位方法，仍不得不沿用原始落后的拉路法进行接地选线。两相CT接线的小电流接地系统的单相接地选线与故障定位问题，成为技术难题。山东山大桑教授关于“S 注入法”的提出，是继零序电流法之后，在小电流接地系统单相接地选线及定位方面又一突破，它解决了困扰电力系统几十年的两相CT架空馈线的单相接地选线问题；进一步完善了小电流接地系统两相CT接线体制，避免了为单相接地选线加装B相CT和拉传输零序电流的电缆，从而简化了变电所的一、二次设备，起到了很

好的经济效益和社会效益。
此装置由主机和信号探测器两部分组成，主机通过五芯电缆接于PT二次侧（A、B、C、N、L），实时监控三相四线PT的相电压和零序电压运行情况，判断是否有接地故障发生。当发生接地故障时，主机通过PT二次侧向接地相注入一种特殊的电流信号，如图1(1)，该电流信号耦合到PT的一次侧，将沿接地线路的接地相流动并经接地点入地，与大地形成电流环，如图1(2)。信号探测器为该特殊信号电流的接收装置，采用高灵敏度无线传感器，对探测到的信号电流经高精度A/D转换后进行滤波，取出注入信号电流并找出故障线路。它只反映注入信号电流而不反映工频及其他各次谐波和零序电流。用于具有配电网自动化系统中时，故障启动后，各个分段开关处的信号探测器利用通讯网络将信号传送到主机，根据故障馈线上各个分段开关传送的对特殊信号电流的探测结果，自动判别故障线路并上传调度中心。
2.2 小电流接地系统发生接地故障时如何快速定位
对于小电流接地系统，如何快速查找单相接地故障，我给大家介绍一些简单可行的方法。
2.2.1 人工查找方法 如果变电站内没有安装接地选线装置，线路上也没有安装接地故障指示器或者短路接地二合一故障指示器，也没有很好的接地故障探测仪，那就只好采用人工查找的笨办法了。查找步骤如下：
①通过人工（或调度，以下同）依次拉闸，可知道变电站哪条出线接地，通过调度知道哪相接地。
②接下来有两种方法来查找故障点：一是将线路逐级分段，或者将经常有故障的线路拉开，用2.5kV摇表测接地相对地绝缘，绝缘电阻小的那段为故障段，以此缩小查找范围（当然，在变电站出线侧一定要做好挂接地线等安全保护措施）；二是将线路尽可能分段，然后逐级试合送电，与调度互动配合，有零序电压报警时该段为故障区段。
人工查找方法操作很麻烦，如果线路长、分支多、开关分段又少，那就不好操作了，再加上天色和天气不佳，那就更不好处理了。建议还是采用一些设备投资少的科技手段来配合人工查找，可取得事半功倍的效果，既提供了供电可靠性和社会效益，也创造了经济效益。
2.2.2 利用接地选线装置和故障指示器来查找
变电站一般都安装了接地选线装置，虽然有时不准，但可以为人工拉闸提供技术参考。然后在线路上安装一些接地故障指示器（或者短路接地二合一故障指示器），以此指示接地故障途径。目前比较可靠的接地故障检测方法是采用信号源法，比较灵敏的的接地故障检测方法是采用首半波法

或者直流暂态分析法。建议采用两种接地故障指示器相结合的方法来查找接地故障比较好，以信号源法为主，以首半波法或者直流暂态分析法为辅。
2.2.3 改变中性点接地方式来查找
配电系统采用中性点不接地或者经过消弧线圈接地方式，有利也有弊。针对故障查找困难的“弊端”和由此带来的一些人身财产安全问题，用户自己也在做进一步的思考，思考出来的方案主要有两种：
①将中性点改为经小电阻接地。改造以后，利用出口断路器的零序两段保护功能和短路故障指示器，基本上可以解决掉70%左右的接地故障查找问题，但还有30%左右的中阻和高阻接地故障不好查找，可能还存在与线路熔断器的保护配合问题。针对这种系统，目前比较好的解决方法是利用数字化的故障指示器，将线路零序电流（电缆）、线路总电流（架空）、对地绝缘电压（架空）等指示器的测量数据通过通讯网络发送到调度系统，经综合分析变电站实时和历史信息，可判断接地点位置。
②中性点改为小电阻+断路器或者中电阻+高压接触器的模式。断路器或高压接触器平时处于分位，只有当检测到系统零序电压抬高以后才延时合闸，短时变为小电阻或者中电阻接地，然后通过以小电阻接地方式下的检测方法来查找故障。另外，由于中性点电阻的通断可以灵活控制，则可以在消弧线圈动作以后，再以一定的合分时序来控制电阻的通断，以便让保护装置动作或者让接地故障指示器识别该信号并指示出接地电流途径。
2.2.4 复杂35kV电网(以我们阳煤矿区35kV电网为例)接地下的综合查找
阳煤110kV枢纽站及其一级35kV站安装了“S注入法”及KA2003两套独立的小电流接地选线系统，且在调度安装分析软件，通过光纤网将数据传回调度，经统计约70%的接地选线比较正确（两套系统判断统一），能及时将接地线路和设备隔离。约30%的情况判断不准确（两套系统判断不统一），此时通过执行接地处置预案，将两套接地选线选出两个区域利用枢纽站母联与非选线区域分成两个相对独立的35kV子系统，经统计接地点多在小电流选线选出的两个区域，此时继续通过枢纽站将其中一个区域倒至另一区域，可确定接地区域，从而进一步通过接地区域的选线装置逐步缩小范围，最终将接地点隔离，实践证明，此种综合查找接地的方法快速、准确、效果明显，特别适合复杂35kV电网接地的查找。
参考文献：
[1]BA2008小电流选线装置说明书.
[2]TY-03微机小电流接地选线装置说明书.
作者简介：
孙志强（1972-），男，山西省阳泉市人，电气工程师，现国阳新能股份有

限公司发供电分公司供电工区主任