小电流接地系统单相接地故障特征和选线

　　摘要：简要分析系统单相接地故障特征，介绍国内外小电流接地系统单相接地保护的各种处理方式以及系统单相接地故障选线技术的现状。
　　关键词：小电流接地系统，单相接地，故障选线
　　1．引言
　　电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、过电压保护、继电保护、以及接地装置等问题有密切的关系。电力系统通常用的中性点接地方式有以下几种：直接接地、经电抗接地、经低阻接地、经高阻接地、经消弧线圈接地、不接地。其中前三种称为大电流接地系统，后三种称为小电流接地系统。由于历史原因和具体条件迥异，各个国家配电网中性点处理方式不尽相同，甚至同一国家、同一地区的同一电压等级的电网也有不同的接地方式并存现象。美国、英国、加拿大采用中性点直接接地和小电阻接地方式；前苏联、日本多采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式；德国从3~220kV系统都采用消弧线圈接地方式。我国的6~35kV中低压配电网主要采用中性点不接地和经消弧线圈接地方式，少数采用经高电阻接地方式，均属于小电流接地系统。
　　在小电流接地系统中，单相接地是一种常见的临时性故障，多发生在潮湿、多雨天气。发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2h，这也是小电流接地系统的最大优点。但是若发生单相接地故障时电网长期运行，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常用电。还可能使电压互感器铁心严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁。同时弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。因此，值班人员一定要熟悉接地故障的处理方法，当发生单相接地故障时，必须及时找到故障线路予以切除。
　　2．单相接地故障现象分析与判断：
　　(1) 完全接地：如果发生A相完全接地，则故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压（见图1），此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动作，发出接地信号。
　　(2) 不完全接地。当发生一相(如A相)不完全接地时(见图2)，即通过高电阻或电弧接地，中性点电位偏移，这时故障相的电压降低，但不为零。非故障相的电压升高，它们大于相电压，但达不到线电压。电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。
　　(3) 电弧接地。如果发生A相完全接地，则故障相的电压降低，但不为零，非故障相的电压升高到线电压。此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动作，发出接地信号。
　　(4) 母线电压互感器一相二次熔断件熔断。此现象为中央信号警铃响，打出“电压互感器断线”光字牌，一相电压为零，另外两相电压正常。处理对策是退出低压等与该互感器有关的保护，更换二次熔断件。
　　(5) 电压互感器高压侧出现一相(A相)断线或一次熔断件熔断。此时故障相电压降低，但指示不为零，非故障相的电压并不高。这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非故障相仍为相电压。互感器开口三角处会出现35V左右电压值，并启动继电器，发出接地信号。对策是处理电压互感器高压侧断线故障或更换一次熔断件。
　　(6) 串联谐振。由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁心的铁磁电感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振，并且继电器动作，发出接地信号。可通过改变网络参数，如断开、合上母联断路器或临时增加或减少线路予以消除。
　　(7) 空载母线虚假接地。在母线空载运行时，也可能会出现三相电压不平衡，并且发出接地信号。但当送上一条线路后接地现象会自行消失。
　　(8) 绝缘监测仪表的中性点断线时电网发生单相接地。三相电压正常，接地信号已发出。这是由于系统确已接地，但因电压表的中性点断线，故绝缘监测仪表无法正确的表示三相电压情况。此时电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。
　　(9) 绝缘监测继电器接点粘接，电网实际无接地。接地信号持续发出，三相电压正常，而查找系统无接地，因为绝缘监测继电器接点粘接，未真实反映电网有无单相接地。处理对策是检查绝缘监测继电器有无接点粘接，若出现接点粘接更换绝缘监测继电器。
　　3．单相接地故障选线技术现状：
　　二十世纪八十年代以来，随着计算机技术的不断成熟，多种微机在线自动选线装置被研制开发出来，目前国内生产选线装置的厂家达到三十余家。虽然各个厂家都宣称自己的产品选线准确，但从用户方面反馈的信息却是选线效果普遍不好。虽然多数变电站安装了选线装置，但因选线效果不理想而退出运行的较多，说明目前选线技术并不成熟。
　　配电系统单相接地故障检测的主要任务是选择故障线路，现有故障选线原理按照利用信息不同可分为两类：利用故障参数法和利用外加诊断信号法。利用故障参数法又有利用故障稳态信息和暂态信息之分。
　　目前国内的选线装置多采用零序电流及高次谐波原理实现故障选线，首半波法、有功分量法等其他方法也均有采用。
　　4．单相接地故障定位技术现状：
　　目前配电系统单相接地故障定位方法主要是人工巡线。某些自动化程度较高的配电网安装有馈线自动化设备，即线路上安装有自动开关和信号检测装置，发生故障后通过开关的组合确定故障区段，这也是西方国家故障定位的基本方法。但是由于自动化装置投资达、维护工作复杂在我国还没有得到广泛的应用。
　　5．难点与尚需解决问题：
　　小电流接地故障检测主要存在以下困难和问题：
　　⑴． 信号（特别是故障稳态点六）微弱；
　　⑵． 现场实际故障状况复杂，可能是理想的金属接地或稳定电阻接地，也可能是没有规则的非线性电阻接地故障或电弧故障；
　　⑶． 现场各种干扰使检测出的故障成分信噪比非常低，可用信号不能被有效提取出来；
　　⑷． 很多装置在故障发生后只利用几个周波数据进行一次选线，增大了误选的可能性；
　　⑸． 尽管有上述的多种选线方法，但任何一种选线方法都很难对所有故障状况均作出正确选线，仅利用一种方法进行选线是不充分的。
　　6．结论：
　　配电系统发生单相接地故障时，故障信号中含有重要的暂态成分，根据此暂态信号的特征可以实现故障线路的选择。具有很强的处理微弱信号能力的小波方法有利于改善高阻接地时装置的动作性能，在继电保护特别是故障分析中有着广阔的应用前景。目前，在大规模应用配电自动化技术进行单相接地故障的处理时机还未成熟，采用独立的带有远动或通信功能的小电流接地选线设备不失为一种较使用的选择。
　　参考文献
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