小电流接地系统单相接地故障选线原理综述

小电流接地系统单相接地故障选线原理综述

摘要：我国配电网系统主要采用小电流接地方式，小电流接地系统单相接地故障选线原理对提高我国电网供电安全可靠性方面起着举足轻重的作用。本文首先简要分析了单相接地故障基本特征，在此基础上回顾了单相接地保护国内外研究概况，综合分析了几种保护原理的特点，提出了尚需解决的问题，最后对此进行了总结。

关键词：小电流；单相接地故障；选线

1、引言

小电流接地系统又称中性点非有效接地系统（NUGS），它包括配电网系统的中性点经消弧线圈接地系统、中性点不接地系统和经电阻接地系统三个部分。由于各方面条件限制，每个国家电网对中性点的处理方式有差异。目前，在我国3-66KV中低压配电网系统中普遍采用中性点经消弧线圈和不接地系统的方式。在配电网故障中，单相接地故障发生率最高，约占总故障的80%以上。虽然小电流接地系统在发生单相故障时有其突出优点，如故障发生时，只产生微小的零序电流、不形成短路、三相线电压保持对称，能保持系统继续正常运行1-2小时。但是随着线路的增加，电容电流的增大，故障情况会随着转化，形成其他类型故障如两点或多点接地故障。因此必须及时找到并切除故障路线。长期以来，我国许多供电企业选用效率低下的人工拉路故障选线方法。为了能提高供电企业管理质量，供电企业需要运用自动化技术，开发出实用可靠的小电流接地系统单相接地故障的保护技术。

2、小电流接地系统单相接地故障基本特征分析

我国配电网系统中，主要采用的小电流接地系统是中性点不接地系统和中性点消弧线圈接地系统。因此，本文重点分析这两种系统的单相接地故障基本特征。

2.1中性点消弧线圈接地系统单相接地故障特征分析

在中性点不接地电网中，消弧线圈是接在中性点的一个电感线圈，当出现单相接地故障时，接地点就会出现一个分量电流通过，此电流会与原系统中的电容电流相互抵消，避免形成两点或多点接地接地故障。

中性点消弧线圈接地系统单相接地故障特征有：（1）消弧线圈的两端电压为零序电压，消弧线圈电流经过接地故障点和故障线路的故障相，但不经过非故障线路。非故障线路上的零序电流数值相当于本身对地的电容电流，它超前零序电压90°，其方向为母线流至线路。接地故障点的残余电流数值相当于电网原系统接地电容电流与补偿度的乘积，数值很小，它滞后零序电压90°。（2）单相接地故障发生时，故障点相对地的电压为零，非故障点相对地的电压为电网原系统的线路电压。电网全系统这时出现零序电压，数值为电网正常运行时的相电压。（3）在对电容电流的过补偿情况下，故障线路上电流的方向也是由母线流至各线路，相位也是超前于零序电压90°，其零序电流的大小为本线路电容电流与残余电流之和。

2.2中性点不接地系统单相接地故障特征分析

电网正常运行状态下，各线路的对地电容电流数值基本一致，中性点的电压为零。若发生单相接地故障，三相对地电流对称性出现失衡，将会发生中性点电位偏移，造成一相或二相对地电压的升高。

中性点不接地系统单相接地故障特征有：（1）接地故障点的电流等于所有线路接地电容电流之总和，电压超前于零序电压90°。（2）发生接地故障时，故障相的对地电压为零，非故障相的对地电压是电网全系统的线电压，电网全系统出现的零序电压为电网正常运行时的相电压。（3）故障线路零序电流数值为所有非故障线路零序电流之和，数值较大，方向为线路流至母线，电压滞后零序电压90°。非故障线路也会出现零序电流，其大小为本身对地的电容电流，方向与故障线路相反，为母线流至线路。相位也与故障线路相反。

2.3小电流接地系统单相接地故障暂态特征分析

以上两种情况都是在接地电容电流稳定状态下的分析状况，这种稳态故障情况下，电容电流的数值较小，难以及时准确的选定故障线路。因此，需要从暂态的电容、电感和接地电流三方面分析故障后的暂态分量情况。

当发生小电流接地系统单相接地故障时，故障点会出现衰减迅速的暂态电容电流和衰减较慢的暂态电感电流经过，不论电力系统选何种形式接地中性点接地方式，暂态接地电流的频率和数值都由暂态的电容电流确定。暂态电容电流特征与中性点不接地系统电容电流特征相类似，具有持续时间短，其数值大于稳态值，当发生线路故障时，所有非故障线路零序电流方向都与故障线路相反都是从母线流至线路的特征。暂态接地电流具有幅度值很大，与初始相角相关，持续时间短暂的特征。暂态电感电流的特征有直流分量初始值与铁心饱和程度及初始相角相关，其频率与工频一致，持续时间可达到3个工频周波。

3、小电流接地系统单相接地保护国内外研究发展历史回顾

3.1国外研究概述

国外小电流接地保护处理方式不尽相同。前苏联广泛运用了中性点不接地和经消弧线圈接地的方式，保护主要运用手半波和零序功率方向原理。日本选用不接地和高电阻接地方式，选线原理相对比较简单，电阻接地系统运用零序过电流的保护刹那切除原理，不接地系统运用功率方向继电器。近年来，人工神经网络系统被广泛应用于获取接地点分区段和零序电流的信号方面。美国及加拿大主要采用电阻接地的方式，运用零序的过电流保护瞬间进行去除故障线路的原理，但是故障跳闸选择用于低阻接地系统，对于高阻系统，其仅有报警功能。法国过去长期以电阻接地方式为主，随着电网的发展，开始运用自动消弧线圈补偿电容电流的选线原理，并提出了零序导纳法。德国运用故障开始阶段的暂态分布原理研制了便携式接地保护系统。挪威一家公司采用测量电场与磁场的相位方法，研制了悬挂式故障指示器。

3.2国内研究概述

在我国3-66KV中低压配电网系统中普遍采用中性点谐振接地系统和不接地系统的小电流接地方式。因此，我国比较重视小电流的单相接地保护装置与原理的研究。这项工作始于上世纪50年代末，保护方案从基波到五次谐波以及首半波方案，从零序过电流到无功保护，从步进式继电器发展到群体式比相比幅，先后推出一些产品。如北京自动化设备厂研制的XJD系列，中国矿业大学研制的微机检漏装置，华北电力大学等研制的微机系列选线装置等。90年代以来，又相继推出“小波分析法”“有功功率法”“注入变频分析信号法”等原理进行选线，并将专家及人工神经网络系统运用保护理论研究中。

3.3 单相接地保护尚未解决的问题分析

小电流接地系统的单相接地故障选线原理，虽然经过多年的研究取得了一定的成果，但是由于配电网系统运行方式多样，结构多变，单相接地故障情况复杂，对其运行过程机理缺乏深入全面的研讨，目前根据单相接地保护原理研制的选线装置难以适应电力系统的全面运行，常出现漏判、错判的现象。

单相接地保护一些尚未解决的问题有：（1）需要进一步加强小电流单相接地故障稳态和暂态过程的研究，如改变稳态量难以满足跳闸的可靠性和选择性要求，能有效地加强应用频谱或其他暂态特征分析，研制更好的处理手段，满足故障选线方法的多样需求。 （2）设立专项研究系统或建立仿真系统深入研究配电网络各种状态的故障情况，进行现场测试或模拟实验，利用计算机和信号处理技术，灵活运用各种选线方法，实现选线技术的突破。

4结束语

我国配电网系统主要采用小电流接地方式，小电流接地系统单相接地故障选线原理对提高我国电网供电安全可靠性方面起着举足轻重的作用。目前，小电流接地系统的选线原理较多，有利用稳态电流量特征进行的选线，也有利用暂态电流量特征进行的选线，各种方式具有一定的操作可靠性，同时也存在各自的局限性，小电流接地系统单相基地故障选线因此也成为供电企业突破的一大难点。

参考文献

[1]李柏良.基于小波分析的小电流接地系统单相故障选线[D].山东大学，2006.

[2]束洪春.配电网络故障选线[M].机械工业出版社，2008.

[3]徐丙根.小电流接地故障选线技术综述[J].电力设备.2005(6).