中性点经消弧线圈接地系统的单相接地故障

  摘  要：分析了中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障的特点及现在普遍采用的接地选线方式，提出了中性点经消弧线圈接地系统在单相接地故障时短时投入并联电阻的故障选线方式，并在实际运行中取得了良好的运行经验。
       关键词：消弧线圈；中性点接地方式；故障选线

1  引言
    随着电力系统的发展，配电网采用的电缆线路越来越多，电缆线路的增加导致系统电容电流急剧增加，在中性点不接地的运行方式下电容电流的不断增加对设备绝缘的安全和保护设备的配备带来了严重影响。因此我国在1997年颁布的DL/T 620-1997标准规定当系统电容电流超过10A时，中性点需经消弧线圈接地[1]。
    中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，线电压保持不变,允许继续运行 2h，对提高供电可靠性、电气设备和线路的绝缘水平、减轻对通信系统的干扰等方面具有很好的保护作用，但其单相接地故障线路的选择也是困扰电力工作者的一个难题。正确选择中性点接地方式对确保配电网的安全运行十分必要[2]。
2  消弧线圈接地系统的故障选线问题
    中性点经消弧线圈接地系统的单相接地故障选线技术随着电子技术的发展不断得到进步，从电磁型电流继电器、功率方向继电器构成的零序电流保护和零序无功方向保护到一批基于最新计算机技术的单相接地选线装置的不断出现，其计算原理有过电流、无功方向、首半波比相、谐波电流方向和群体比幅比相及自适应等，这些选线方式用于中性点不接地系统效果良好，已在电力系统中得到了广泛应用。经消弧线圈过补偿方式接地的配电网发生单相接地故障时，其零序电流达到稳态后，故障线路的基频零序电流大于其本身的对地电容电流，而电容性无功功率的方向与非故障线路的相同，都是由母线流向线路，因此无法利用功率方向来判断和选取故障线路；其补偿度一般为5%~10%，也很难根据基频零序电流大小的不同找出故障线路[3]。因此原有的选线理论具有较大缺陷，装置的漏检率和误检率较高, 特别是在高阻接地时更为严重，中性点经消弧线圈接地系统的单相接地故障选线成为一个亟待解决的问题。
3  消弧线圈并联中值电阻的故障选线方案
    瞬时性的单相接地故障在消弧线圈的补偿作用下得以限制，当系统发生永久性接地故障时，系统控制器检测到单相接地后短时投入电阻，利用零序导纳的变化和线路特征矩阵法对瞬间接地进行选线，进而准确判断接地线路。
    单相接地时消弧线圈并中值电阻系统示意图如图1所示。

    图中，Line1,…, Linen为线路，R为中值电阻，L为消弧线圈，Rg为接地处电阻。系统等效电路图如图2所示。

    图中，L为消弧线圈电抗，RN为并联电阻阻值，IL为流经消弧线圈的电流， 为流经RN的电流，UA、UB、UC为相电压，Ig为接地处电流，C0为每相对地电容，Ic为三相线路经C0泄入大地的电流之和。根据图2可得到各回出线的线路系数K及与电阻投切有关的系统系数d，根据系统系数d 可判定是母线接地还是非母线接地，根据线路系数K可判定具体的单相接地线路。系统系数d定义为

式中  DIi为第i条线路并联电阻投切前后零序电流的变化量；DIj为第j条线路并联电阻投切前后零序电流的变化量；Ii、Ij为单相接地时第i、j条线路电流。由图2得到

式中  if为故障线路电流；in为正常线路电流；gd为接地导纳；gR为并联电阻导纳；Cf为故障线路电容；Cn为正常线路电容；x为对地总电容导纳减去消弧线圈导纳；U0为零序电压；w为角频率。

    进一步推导得知，K是线路零序电流和接地电流之比。因此对于正常线路，K因子和线路长短、零序电流的相位无关，只与系统参数和接地电阻有关。对于故障线路，K因子和线路参数、系统参数都相关，并且显著区别于正常线路的K因子。
    考虑到系统电容电流的实际大小，g0的取值应确保线路发生单相接地时，故障线路的零序电流比正常线路的明显增大， K因子明显减小，而正常线路的K因子接近1。如果是母线接地，各条线路零序电流增加的比率相同，K值也趋近于1。
    消弧线圈并联中值电阻综合了中性点谐振接地和电阻接地两种接地方式的优点。既保持了电阻接地可以准确选线的优点，又可以减少接地点残流，限制弧光接地过电压，确保10kV系统单相接地之后带故障运行2h以上。该选线方法克服了残流增量法接地后调整消弧线圈及对高阻接地选线不准的缺点，能够对金属接地、高阻接地和母线接地进行正确选线。
4  实际运行情况
    将此故障选线方式应用于某变电站，该变电站是单母线分段运行方式，10kV出线分别为11和10回，采用350/5的开合式零序电流互感器，经过近一年的运行，共发生永久性接地故障8次，选线全部正确，采用K因子记录的选线信息如表1所示。

5  结论
    实际运行结果表明，本文提出的中性点采用消弧线圈并联中值电阻的接地方式为解决中性点经消弧线圈接地系统的单相接地线路的选择这个难题提供了一个良好的解决办法，可供广大电力工作者借鉴选用。

参考文献

[1]  DL/T 620-1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S]．
[2]  要焕年，曹梅月．电力系统谐振接地[M]．北京：中国电力出版社，2000．
[3]  张艳霞，陈超英，赵杰辉，等（Zhang Yanxia，Chen Chaoying，Zhao Jiehui et al）．配电网单相接地故障选线底一种新方法（A new method of locating fault line under single phase to ground fault in distribution network）[J]．电网技术（Power System Technology），2002，26(10)：21-24．

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