暂态原理小电流接地故障检测技术
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41
保护原理
故障点上游的暂态零序电流方向相同，均流向母线的方向。 故障点下游暂态零序电流方向与故障点上游暂态零序电流相 反，均流向线路 检测分段开关处暂态零序电流的方向，即可判断故障点所在 区段。
42
实现方案
线路分段开关处部署接地方向保护（配电终端），接地方向为正时保 护起动保护。
动作时限根据开关所处的位置整定，末级配变接地保护的动作时限选 为2s，其他开关保护的动作时限均比下游保护最大动作时限大一个时 间级差（选为0.5s）。
如果用户配变没有配置接地保护，将分界开关接地保护作为末级保护对待。
瞬时性接地故障一般会在几个工频周期内自动熄弧，末级动作时限定为 2s 。
具备联络电源时，主干线路保护配置两套时间定值，根据潮流方向自
动启动。
3..5s
FTU
3s
FTU
2.5s
FTU
2s
FTU
2.5s
FTU
2.5s
FTU
43
小电流接地故障多级方向保护动作过程
暂态零序电流幅值法
按躲过负荷侧最大电容电流暂态峰值，暂态峰值一般大于 稳态电容电流幅值的8倍。 系统故障时，暂态零序电流峰值不大于整定值。 用户侧故障时，暂态零序电流峰值接近系统暂态电容电流 的峰值，远大于整定值。
33
谐振接地系统中稳态法为什么拒动？
消弧线圈使接地电流降低 在分界开关下游系统出现接地故障时，流过分界开关的零序 电流很小，故障量不突出，保护动作的灵敏度与可靠性没有 保证。 如果用户线路比较长、供电系统规模比较大时，用户系统对 地电容电流可能远大于补偿后的接地残流，导致用户系统出 现接地故障时，流过分界开关的零序电流甚至小于用户系统 对地电容电流，无法根据零序电流的大小判断接地故障的方 向，造成拒动。 暂态零序电流基本不受消弧线圈影响，因此可以可靠动作。
37
小电流接地故障暂态分界RTDS测试
弧光接地故障波形
金属性接地故障波形
间歇性接地故障波形
38
小电流接地故障暂态分界RTDS测试
RTDS测试结果
界内金 属性接 地可靠 动作率
100%
界内弧 光接地 可靠动 作率
100%
界内间 歇性接 地可靠 动作率
100%
耐接地 过渡电 阻能力 1000欧
界外接 地故障 可靠不 动作
绝缘预警提供依据。
18
成功率统计
19
小电流接地故障暂态定位技术
小电流接地故障暂态电流分布
故障点上下游非故障区段两侧的暂态 零序电流初始极性相同，波形相似。
故障 线路
线母向流路线由流电模零态暂游上点障故
故障点下游暂态零模电流由母线流向线路
故障点两侧的暂态零序电流初始 极性相反，波形有着明显的差异。
5
小电流接地故障暂态选线技术
6
暂态选线技术
小电流接地故障产生的暂态零序电流幅值远大于稳态零序电流值，而且 不受消弧线圈的影响，利用暂态量进行故障选线，灵敏度与可靠性有保 证。 上世纪50年代德国提出首半波法，中国70年代开发出产品，因可靠性差， 没有获得大范围推广应用。 计算机、微电子技术的发展，为开发暂态电气量选线新技术创造了条件。 上世纪90年代起，利用暂态电气量的选线定位方法又引起了人们的重视。 已开发出新型暂态法选线装置，实际故障选线效果良好。
10%左右的故障存在间歇性接地现象
高阻（电阻在1kΩ以上）故障比例高，5%左右。
既使采用小电阻接地也难以检测高阻故障
3
实际接地故障录波图
零序电压
故 故障线路零序电流 障
线 路 稳 态 接 地 电 非故障线路零序电流 流 十 分 微 弱
4
实际间歇性接地故障录波图
非故障线路零序电流 故障线路零序电流 故障相电压
44
结束语
暂态原理检测小电流接地故障，不受消弧线圈的影 响，能够可靠检测瞬时性接地故障，在弧光接地、 间歇性接地时检测更加可靠。
暂态原理小电流接地故障选线技术已经成熟，具备了大范 围推广应用的条件。 小电流接地暂态定位、分界的研究已取得突破，试点应用 效果良好。 小电流接地故障多级暂态方向保护（隔离），能够实现有 选择性的切除故障。
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
时 间/ms
26
精确测量零序电流是关键
单相故障指示器无法保证 接地故障检测可靠性
使用开关内置的零序电流互 感器效果最好
27
小电流接地故障暂态分界技术
分界开关接地保护
安装在分支线路或末端，是供电企业与用户系统管辖责任的 分界点。 统计结果表明，相当一部分故障（近30%）发生在用户系统 中。 在分支线、用户线中得到了大量应用，在减少配电网故障停 电次数与停电时间、提高供电可靠性方面发挥了重要作用。 目前现场安装的分界开关一般是通过检测稳态（工频）零序 电流的幅值实现接地故障分界，在小电流接地故障时，普遍 存在误动与拒动现象。
消弧线圈的感抗随频率线性增加，而系统对地容抗随频率线性减少， 因此，消弧线圈对故障电流的补偿作用与频率的平方成反比。由于故 障暂态频率一般远大于工频，消弧线圈对故障暂态电流的补偿作用也 可以忽略。
34
稳态法为什么误动？
10%左右的接地故 障为间歇性故障， 零序电流中暂态分 量丰富。 暂态分量使得计算 出的稳态幅值可能 大于实际的电容电 流幅值，因此造成
12
瞬时接地故障波形
故障线路
13
间歇性接地故障波形
故障线路
14
不稳定弧光接地故障波形
故障线路
15
母线接地故障波形
极性一致
16
过零点接地故障波形
过零 故障线路
过零故障， 仍有暂态 信号，幅 值变小！
17
多数瞬时性故障会恢复，少数瞬时性故障发展为永久故障。 线路瞬时性接地故障参数反映了线路的绝缘状态。 暂态选线技术能够有效捕捉电网瞬时性故障，为线路维护、
误动。
35
暂态法为什么不误动？
暂态法按躲过用户侧暂态电容电流峰值整定 系统侧故障时，流过分界开关的电流不会超过暂态 电容电流的峰值，因此不会误动。 例子：
用户侧稳态电容电流为2A，其暂态峰值电流一般不会超 过16A（按稳态电容电流的8倍考虑），暂态法整定值选 为25A，因此避免了误动。
36
小电流接地故障暂态分界RTDS测试
Q2
分界开关
F
分界开关零序电流接近 整个系统的电容电流。 架空系统电容电流小于 30A。
31
谐振接地配电网用户侧故障时 分支线路零序电流
Q1 QF
Q2
分界开关
F
谐振接地系统故障时，流过 分界开关的零序电流近似等 于补偿后的接地残流，在510A之间。
32
接地故障分界判据
稳态零序电流幅值法
按躲过用户侧最大电容电流整定 系统故障时，零序电流等于用户侧电容电流。 用户侧故障时，零序电流接近系统电容电流，远大于整定 值。
5s
FTU
3s
4.5s
FTU
3.5s
4s
FTU
4s
4.5s
FTU
3.5s
5s
FTU
3s
2.5s
Βιβλιοθήκη BaiduFTU
2.5s
FTU
2s
FTU
2.5s
FTU
2.5s
FTU
2.5s
FTU
2.5s
FTU
能够不依赖通信和主站配合，实现有选择性的切除接地故障，简单可靠。 保护装置（配电终端）同时具备“三遥”和（或）就地馈线自动化功能，避免重复投资。
大家好！
0
暂态原理小电流接地故障检测技术
山东科汇电力自动化股份有限公司 2017-06
内容
小电流接地故障暂态选线技 术 小电流接地故障暂态定位 技术 小电流接地故障暂态分界技 术 小电流接地故障多级暂态方 向保护技术
2
小电流接地故障检测困难的原因
接地电流小
谐振接地残流小于10A
消弧线圈补偿电流导致故障线路零序电流出现幅值 小于非故障线路，方向相同的情况。 间歇性接地，电弧不稳定。
暂态零序电流群体极性比较法
故障线路
比较同母线上出 线暂态零序电流 的极性，故障线 路电流的极性与 其他线路相反。
11
小电流接地故障暂态选线方法
根据小电流接地的暂态特征，有三种实用的 暂态选线方法。
暂态零序电流方向比较法
非故障线路暂态
零序电压的导数
与零序电流相同。
故障线路
故障线路暂态零 序电压的导数与 零序电流相反。
45
暂态原理小电流接地故障检测 的发明者、实践者和倡导者！
非故障线路暂态零模电流由母线流向线路
故障线路暂态零模电流由线路流向母线
9
小电流接地故障暂态选线方法
根据小电流接地的暂态特征，有三种实用的 暂态选线方法。
暂态零序电流群体幅值比较法
故障线路
比较同母线上出 线暂态零序电流 的幅值，故障线 路电流的幅值大 于非故障线路。
10
小电流接地故障暂态选线方法
根据小电流接地的暂态特征，有三种实用的 暂态选线方法。
29
系统侧接地时分界开关零序电流
Q1 QF
Q2
系统故障时，分界开关
分界开关
零序电流是用户系统电
容（Cb）电流之和，大
F
部分情况下小于2A，最
大不到系统电容电流的
I0Ⅰ
Ⅰ
20%。
3I0f = IC∑ + IL
U0
Ⅱ
I0b
Cb
30
中性点不接地配电网用户侧接地时 分界开关零序电流
Q1 QF
21
小电流接地故障暂态定位判据
故障点上下游非故障区段两侧的暂态零序电流初始极性相 同，波形相似；而故障区段两侧的暂态零序电流初始极性 相反，波形有着明显的差异。
配 电 主 站
22
第一个区段故障定位主站显示的波形图
故障区段
故障位置在第1与第2个开关之间
23
第三个区段故障定位主站显示的波形图
故障区段
在中国数千个变电所投入运行
7
小电流接地故障暂态特征
接地时，故障相电压突然降低引起电容放电，健 全相电压突然升高引起电容充电，产生暂态过程。
u0 i0
暂态电流远大于稳态电容电流，可达到几倍到十几倍。 暂态电流值不受消弧线圈的影响。
8
小电流接地故障暂态特征
故障线路暂态零模电流幅值最大， 并与非故障线路的极性相反。 非故障线路暂态零模电流由母线流向线路
故障位置在第3与第4个开关之间
24
最后一个区段故障主站显示的波形图
故障区段
故障位置在第5个开关之后
25
实际小电流接地故障定位结果
一次电流值/A
50
• 开关1和2之间波 形（蓝线与红线） 相似
0
• 开关2与3之间波
形（红线与黑线）
-50
之间不相似
-100
汀 溪 线 #61FTU 汀 溪 线 #99FTU 选线装置
39
小电流接地故障多级暂态方向保护技术
接地故障多级方向保护的必要性
由变电站接地选线装置或者变电站出口断路器保护 直接动作切除接地故障线路，会导致全线停电。 变电站接地保护可以有较长的动作延时，为线路上 多级开关的小电流接地保护之间通过动作时限的配 合实现选择性动作创造了条件。 线路接地保护与变电站接地保护配合，在变电站接 地保护动作时限内自动切除接地故障，避免造成全 线停电。
保护原理
故障点上游的暂态零序电流方向相同，均流向母线的方向。 故障点下游暂态零序电流方向与故障点上游暂态零序电流相 反，均流向线路 检测分段开关处暂态零序电流的方向，即可判断故障点所在 区段。
42
实现方案
线路分段开关处部署接地方向保护（配电终端），接地方向为正时保 护起动保护。
动作时限根据开关所处的位置整定，末级配变接地保护的动作时限选 为2s，其他开关保护的动作时限均比下游保护最大动作时限大一个时 间级差（选为0.5s）。
如果用户配变没有配置接地保护，将分界开关接地保护作为末级保护对待。
瞬时性接地故障一般会在几个工频周期内自动熄弧，末级动作时限定为 2s 。
具备联络电源时，主干线路保护配置两套时间定值，根据潮流方向自
动启动。
3..5s
FTU
3s
FTU
2.5s
FTU
2s
FTU
2.5s
FTU
2.5s
FTU
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小电流接地故障多级方向保护动作过程
暂态零序电流幅值法
按躲过负荷侧最大电容电流暂态峰值，暂态峰值一般大于 稳态电容电流幅值的8倍。 系统故障时，暂态零序电流峰值不大于整定值。 用户侧故障时，暂态零序电流峰值接近系统暂态电容电流 的峰值，远大于整定值。
33
谐振接地系统中稳态法为什么拒动？
消弧线圈使接地电流降低 在分界开关下游系统出现接地故障时，流过分界开关的零序 电流很小，故障量不突出，保护动作的灵敏度与可靠性没有 保证。 如果用户线路比较长、供电系统规模比较大时，用户系统对 地电容电流可能远大于补偿后的接地残流，导致用户系统出 现接地故障时，流过分界开关的零序电流甚至小于用户系统 对地电容电流，无法根据零序电流的大小判断接地故障的方 向，造成拒动。 暂态零序电流基本不受消弧线圈影响，因此可以可靠动作。
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小电流接地故障暂态分界RTDS测试
弧光接地故障波形
金属性接地故障波形
间歇性接地故障波形
38
小电流接地故障暂态分界RTDS测试
RTDS测试结果
界内金 属性接 地可靠 动作率
100%
界内弧 光接地 可靠动 作率
100%
界内间 歇性接 地可靠 动作率
100%
耐接地 过渡电 阻能力 1000欧
界外接 地故障 可靠不 动作
绝缘预警提供依据。
18
成功率统计
19
小电流接地故障暂态定位技术
小电流接地故障暂态电流分布
故障点上下游非故障区段两侧的暂态 零序电流初始极性相同，波形相似。
故障 线路
线母向流路线由流电模零态暂游上点障故
故障点下游暂态零模电流由母线流向线路
故障点两侧的暂态零序电流初始 极性相反，波形有着明显的差异。
5
小电流接地故障暂态选线技术
6
暂态选线技术
小电流接地故障产生的暂态零序电流幅值远大于稳态零序电流值，而且 不受消弧线圈的影响，利用暂态量进行故障选线，灵敏度与可靠性有保 证。 上世纪50年代德国提出首半波法，中国70年代开发出产品，因可靠性差， 没有获得大范围推广应用。 计算机、微电子技术的发展，为开发暂态电气量选线新技术创造了条件。 上世纪90年代起，利用暂态电气量的选线定位方法又引起了人们的重视。 已开发出新型暂态法选线装置，实际故障选线效果良好。
10%左右的故障存在间歇性接地现象
高阻（电阻在1kΩ以上）故障比例高，5%左右。
既使采用小电阻接地也难以检测高阻故障
3
实际接地故障录波图
零序电压
故 故障线路零序电流 障
线 路 稳 态 接 地 电 非故障线路零序电流 流 十 分 微 弱
4
实际间歇性接地故障录波图
非故障线路零序电流 故障线路零序电流 故障相电压
44
结束语
暂态原理检测小电流接地故障，不受消弧线圈的影 响，能够可靠检测瞬时性接地故障，在弧光接地、 间歇性接地时检测更加可靠。
暂态原理小电流接地故障选线技术已经成熟，具备了大范 围推广应用的条件。 小电流接地暂态定位、分界的研究已取得突破，试点应用 效果良好。 小电流接地故障多级暂态方向保护（隔离），能够实现有 选择性的切除故障。
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
时 间/ms
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精确测量零序电流是关键
单相故障指示器无法保证 接地故障检测可靠性
使用开关内置的零序电流互 感器效果最好
27
小电流接地故障暂态分界技术
分界开关接地保护
安装在分支线路或末端，是供电企业与用户系统管辖责任的 分界点。 统计结果表明，相当一部分故障（近30%）发生在用户系统 中。 在分支线、用户线中得到了大量应用，在减少配电网故障停 电次数与停电时间、提高供电可靠性方面发挥了重要作用。 目前现场安装的分界开关一般是通过检测稳态（工频）零序 电流的幅值实现接地故障分界，在小电流接地故障时，普遍 存在误动与拒动现象。
消弧线圈的感抗随频率线性增加，而系统对地容抗随频率线性减少， 因此，消弧线圈对故障电流的补偿作用与频率的平方成反比。由于故 障暂态频率一般远大于工频，消弧线圈对故障暂态电流的补偿作用也 可以忽略。
34
稳态法为什么误动？
10%左右的接地故 障为间歇性故障， 零序电流中暂态分 量丰富。 暂态分量使得计算 出的稳态幅值可能 大于实际的电容电 流幅值，因此造成
12
瞬时接地故障波形
故障线路
13
间歇性接地故障波形
故障线路
14
不稳定弧光接地故障波形
故障线路
15
母线接地故障波形
极性一致
16
过零点接地故障波形
过零 故障线路
过零故障， 仍有暂态 信号，幅 值变小！
17
多数瞬时性故障会恢复，少数瞬时性故障发展为永久故障。 线路瞬时性接地故障参数反映了线路的绝缘状态。 暂态选线技术能够有效捕捉电网瞬时性故障，为线路维护、
误动。
35
暂态法为什么不误动？
暂态法按躲过用户侧暂态电容电流峰值整定 系统侧故障时，流过分界开关的电流不会超过暂态 电容电流的峰值，因此不会误动。 例子：
用户侧稳态电容电流为2A，其暂态峰值电流一般不会超 过16A（按稳态电容电流的8倍考虑），暂态法整定值选 为25A，因此避免了误动。
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小电流接地故障暂态分界RTDS测试
Q2
分界开关
F
分界开关零序电流接近 整个系统的电容电流。 架空系统电容电流小于 30A。
31
谐振接地配电网用户侧故障时 分支线路零序电流
Q1 QF
Q2
分界开关
F
谐振接地系统故障时，流过 分界开关的零序电流近似等 于补偿后的接地残流，在510A之间。
32
接地故障分界判据
稳态零序电流幅值法
按躲过用户侧最大电容电流整定 系统故障时，零序电流等于用户侧电容电流。 用户侧故障时，零序电流接近系统电容电流，远大于整定 值。
5s
FTU
3s
4.5s
FTU
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4.5s
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Βιβλιοθήκη BaiduFTU
2.5s
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2.5s
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2.5s
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能够不依赖通信和主站配合，实现有选择性的切除接地故障，简单可靠。 保护装置（配电终端）同时具备“三遥”和（或）就地馈线自动化功能，避免重复投资。
大家好！
0
暂态原理小电流接地故障检测技术
山东科汇电力自动化股份有限公司 2017-06
内容
小电流接地故障暂态选线技 术 小电流接地故障暂态定位 技术 小电流接地故障暂态分界技 术 小电流接地故障多级暂态方 向保护技术
2
小电流接地故障检测困难的原因
接地电流小
谐振接地残流小于10A
消弧线圈补偿电流导致故障线路零序电流出现幅值 小于非故障线路，方向相同的情况。 间歇性接地，电弧不稳定。
暂态零序电流群体极性比较法
故障线路
比较同母线上出 线暂态零序电流 的极性，故障线 路电流的极性与 其他线路相反。
11
小电流接地故障暂态选线方法
根据小电流接地的暂态特征，有三种实用的 暂态选线方法。
暂态零序电流方向比较法
非故障线路暂态
零序电压的导数
与零序电流相同。
故障线路
故障线路暂态零 序电压的导数与 零序电流相反。
45
暂态原理小电流接地故障检测 的发明者、实践者和倡导者！
非故障线路暂态零模电流由母线流向线路
故障线路暂态零模电流由线路流向母线
9
小电流接地故障暂态选线方法
根据小电流接地的暂态特征，有三种实用的 暂态选线方法。
暂态零序电流群体幅值比较法
故障线路
比较同母线上出 线暂态零序电流 的幅值，故障线 路电流的幅值大 于非故障线路。
10
小电流接地故障暂态选线方法
根据小电流接地的暂态特征，有三种实用的 暂态选线方法。
29
系统侧接地时分界开关零序电流
Q1 QF
Q2
系统故障时，分界开关
分界开关
零序电流是用户系统电
容（Cb）电流之和，大
F
部分情况下小于2A，最
大不到系统电容电流的
I0Ⅰ
Ⅰ
20%。
3I0f = IC∑ + IL
U0
Ⅱ
I0b
Cb
30
中性点不接地配电网用户侧接地时 分界开关零序电流
Q1 QF
21
小电流接地故障暂态定位判据
故障点上下游非故障区段两侧的暂态零序电流初始极性相 同，波形相似；而故障区段两侧的暂态零序电流初始极性 相反，波形有着明显的差异。
配 电 主 站
22
第一个区段故障定位主站显示的波形图
故障区段
故障位置在第1与第2个开关之间
23
第三个区段故障定位主站显示的波形图
故障区段
在中国数千个变电所投入运行
7
小电流接地故障暂态特征
接地时，故障相电压突然降低引起电容放电，健 全相电压突然升高引起电容充电，产生暂态过程。
u0 i0
暂态电流远大于稳态电容电流，可达到几倍到十几倍。 暂态电流值不受消弧线圈的影响。
8
小电流接地故障暂态特征
故障线路暂态零模电流幅值最大， 并与非故障线路的极性相反。 非故障线路暂态零模电流由母线流向线路
故障位置在第3与第4个开关之间
24
最后一个区段故障主站显示的波形图
故障区段
故障位置在第5个开关之后
25
实际小电流接地故障定位结果
一次电流值/A
50
• 开关1和2之间波 形（蓝线与红线） 相似
0
• 开关2与3之间波
形（红线与黑线）
-50
之间不相似
-100
汀 溪 线 #61FTU 汀 溪 线 #99FTU 选线装置
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小电流接地故障多级暂态方向保护技术
接地故障多级方向保护的必要性
由变电站接地选线装置或者变电站出口断路器保护 直接动作切除接地故障线路，会导致全线停电。 变电站接地保护可以有较长的动作延时，为线路上 多级开关的小电流接地保护之间通过动作时限的配 合实现选择性动作创造了条件。 线路接地保护与变电站接地保护配合，在变电站接 地保护动作时限内自动切除接地故障，避免造成全 线停电。