小電流接地故障選線準確定位必要性

小電流單相接地：

單相接地故障一般是指高壓交流電三相中的其中任意相由于絕緣層損傷方式的短路故障，主要是高壓弧光電弧放電擊穿絕緣保護層引起的故障。

我國配電網(wǎng)供電線路80% 是采用中性點不接地與消弧線圈接地（稱為小電流接地）方式。中性點不接地有利于瞬時性接地故障電弧自行熄滅，減少跳閘率，提高供電可靠性；

單相接地間歇性電弧放電是絕緣薄弱環(huán)節(jié)形成閃絡放電，2000度電弧溫度可以將瞬時破壞絕緣，造成相間短路或者損害電氣設備。消弧線圈的作用破壞了接地故障特征，消弧線圈補償作用下產(chǎn)生感性電流進入接地發(fā)生線路。變電站母線通往故障點，路徑上故障零序電流的特征會被破壞。

配網(wǎng)系統(tǒng)越來越多地引進電纜線路，線路電流流量持續(xù)增長，導致消弧線圈容量變小，間歇性弧光接地過電壓持續(xù)變大，使得消弧線圈接地系統(tǒng)無法達到理想的接地效果，在這種情況下則需要研究出一種全新的接地方式，小電阻接地系統(tǒng)正在被推廣和使用。中性點接地電阻、線路對地電容形成一個回路，能夠?qū)懦鲭娙蓦姾?。因為電阻屬于高能耗設備，能夠有效控制諧振過電壓、間歇性電弧過電壓。線路單相接地過程中，中性點要經(jīng)過小電阻接地，中性點的電位則低于相電壓，從而積極地控制非故障相電壓。接地電弧熄滅，殘留的零序電荷則可以從中性點電阻線路釋放出去。當系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障，途徑接地點的電流則可以開啟零序保護，從而有效地阻斷線路。系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障，接地點和曲折變中性點之間形成電流通路，繼電保護設備采用零序電流可以高效、精準地定位故障，從而在第一時間來切掉故障，使得單相故障維持穩(wěn)定，不會繼續(xù)上升為相間故障，控制了由于拉路查找而出現(xiàn)的操作過電壓，即便操作人員不小心高壓觸電，因為小電阻接地系統(tǒng)具備高效切除電源的能力，也不會發(fā)生人身安全問題。

一、小電流接地故障選線準確定位必要性

1、當設備檢測到小電流接地故障后，在沒有形成更加嚴重的事故前沒有必要立刻跳閘，這樣不至于馬上中斷電網(wǎng)供電，從而提高了連續(xù)供電的可靠性。電纜局部放電的能量很小，通常不影響電纜短期的絕緣強度。但是長期存在著局部放電，即可以緩慢損壞絕緣，日積月累，最終導致絕緣擊穿。

此外受化學性質(zhì)決定，交聯(lián)聚乙烯絕緣的電纜耐局部放電的性能較差，長時間的局部放電會加速其絕緣劣化，最終使其發(fā)生故障。

2、在準確選擇出接地故障線路的基礎上，實現(xiàn)故障線路自動定位故障信息立即報警，最大程度保留供電區(qū)域。

3、大部分單相接地故障是間歇性弧光接地。弧光接地過電壓又稱間隙性弧光接地過電壓，當中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相間隙性弧光接地故障時，由于不穩(wěn)定的間歇性電弧多次不斷的熄滅和重燃，在故障相和非故障相的電感電容回路上會引起高頻振蕩過電壓，非故障相的過電壓幅值一般可達3.15～3.5倍相電壓，這種過電壓是由于系統(tǒng)對地電容上電荷多次不斷的積累和重新再分配形成的。

單相弧光接地的過電壓瞬時幅值最大可以達到20.4KV。如果弧光接地在接地點造成弧光間隙性反復燃燒。單獨依靠零序互感器很難檢測出間歇性弧光接地故障。

4、技術(shù)需求痛點和疑問

現(xiàn)有接地故障選線保護主要采用中性點經(jīng)小電阻接地方式下的零序電流保護或中性點非有效接地方式下的小電流接地選線保護，在面臨高阻、間歇性等故障時，仍存在選線準確率差，無法有效隔離故障，存在巨大安全隱患。

尋求解決方案： 提高故障判斷準確率，

采用中性點經(jīng)小電阻接地方式下的零序電流保護

中性點非有效接地方式下的小電流接地選線保護

二、接地故障檢測中性點方式選擇

1、小電流接地方式

小電流接地方式(小電流接地、非有效接地）的優(yōu)點是發(fā)生瞬時性接地故障時能夠自動熄弧，接地電流很小，短時間2-3小時不影響供電，連續(xù)供電可靠性強。

缺點則是接地故障檢測與繼電保護技術(shù)較復雜，在發(fā)生間歇性燃弧故障時非故障相電壓可達正常運行電壓的3倍以上。特別是在高阻接地情況下，接地故障電容電流非常小不易察覺，絕緣層的損傷不能及時恢復。

2、大電流接地方式

大電流接地方式(小電阻接地、有效接地）易于實現(xiàn)故障檢測與繼電保護速斷配合一致，發(fā)生單相接地故障時不存在由于非故障相電壓升高造成的過電壓危害；零序電壓瞬時升高2-5倍。缺點是不利于提高供電可靠性，發(fā)生瞬時性故障時也會跳閘。國內(nèi)外統(tǒng)計數(shù)據(jù)均表明，架空網(wǎng)絡采用大電流接地方式跳閘率比小電流接地方式增加約50%，接地故障電流大，設備損毀率高。

3、單相接地故障選線精度差、誤差大

1）小電流方式下中性點非有效接地方式下的小電流接地選線保護，在面臨高阻、間歇性等故障時，仍存在選線準確率差，無法有效隔離故障，存在巨大安全隱患。

中性點不接地系統(tǒng)中的弧光接地過電壓，空載線路的合閘過電壓，空載線路、空載母線和電容器分閘時的開斷電容負載過電壓，空載變壓器、電抗器和電動機分閘時的開斷電感負載過電壓。

2）中性點經(jīng)小電阻接地方式下的零序電流保護，在面臨高阻、間歇性等故障時，仍存在選線準確率差。

單項接地故障都為弧光接地和間歇性接地。故障電流表現(xiàn)出零序電流值小、信號不穩(wěn)定，故障點難以維持穩(wěn)定的故障零序電流故障信號難以監(jiān)測和捕捉。單相接地后由于非故障相對地電壓升高(全接地時升至線電壓值)，系統(tǒng)中的絕緣薄弱點可能擊穿，造成短路故障。

零序保護整定計算中性點不接地系統(tǒng)的單相接地電容電流數(shù)值很小，一般在1~10A之間，經(jīng)消弧線圈接地后更小，但很多工程的零序CT經(jīng)常選擇通用變比（50/1居多），這樣計算出的零序保護動作電流值時就非常小，甚至小于微機保護最小允許整定值0.02A，這么小的定值，正常運行時非常容易受到各種電磁干擾而導致誤動。

4、精準識別小電流單相接地故障

中性點不接地系統(tǒng)中，故障線路的零序電壓超前零序電流90°，無功功率由線路流向母線，而健全線路與此相反（負序檢測），據(jù)此可選擇故障線路。成套設備是具有中性點接地（方式）故障檢測裝置，系統(tǒng)性地解決了小電流和小電阻接地系統(tǒng)跳閘率高、諧振接地系統(tǒng)選線困難等問題，通過分類處理瞬時性接地和永久性接地兩種故障，很好的保證了供電可靠性和安全性。

1）、發(fā)生單項接地故障時，早期的接地故障電流比較小。而且受故障點接地電阻等多種因素的影響，接地電流無法精確的計算。

2）、接地故障狀態(tài)不穩(wěn)定。單項接地故障都為弧光接地和間歇性接地。故障電流信號不穩(wěn)定，故障點難以維持穩(wěn)定的故障零序電流故障信號難以監(jiān)測和捕捉。

3）、消弧線圈的作用破壞了接地故障特征，消弧線圈補償作用下產(chǎn)生感性電流 進入接地發(fā)生線路。變電站母線通往故障點，路徑上故障零序電流的特征會被破壞。

4）、檢測設備受限制，現(xiàn)場互感器和傳感器，變比精度和信號噪聲的影響，難以檢測到有效的接地故障信號。誤報誤動。

5、單相接地故障處理系統(tǒng)

配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障十分頻繁，由于配網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨混雜、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障特征不明顯和接地狀態(tài)不穩(wěn)，短路阻抗變化大，暫態(tài)故障電流不穩(wěn)定，故障電流很小等原因，配網(wǎng)接地故障選線是繼電保護領域研究的難點。

1）消弧線圈接地方式

當發(fā)生單相接地故障時，利用消弧線圈的電感電流補償系統(tǒng)的電容電流，使故障點的接地電流（即殘流）小于電弧支撐電流，系統(tǒng)可以帶故障運行一段時間，對于瞬時接地故障不會啟動線路跳閘，供電可靠性較高。

但消弧線圈接地系統(tǒng)在原理上增加了故障選線的難度，難以快速切除故障。

中性點經(jīng)消弧線圈接地隸屬于中性點不接地方式，其實就是電抗線圈。中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時，接地點相電流屬于容性電流。裝設消弧線圈后，發(fā)生一相接地時，接地點接地相電流中增加了一個感性電流分量，它和裝設前的容性電流相抵消，減小了接地點的電流，使得接地點電弧易于自行熄滅，提高了供電可靠性。

2）接地選線裝置

消弧線圈并聯(lián)運行系統(tǒng)主要由接地變壓器、消弧線圈及其調(diào)節(jié)裝置、小電阻的阻值調(diào)節(jié)及其投切裝置、控制裝置、PT和CT等組成。中性點不接地情況下要改進靠多次拉閘選線的方法。

3）接地故障處理系統(tǒng)

新型接地故障處理系統(tǒng)，具有精準判斷、熄弧、選線、跳閘、故障定位功能、信息傳輸?shù)?。集成消弧設備、接地小電阻、動態(tài)信號源、通信系統(tǒng)、智能控制單元，優(yōu)化各種功能的算法和邏輯組合，擴展裝置功能、實現(xiàn)故障精確定位，完善整體性能指標。

4）能精準檢測接地故障成套開關(guān)

新型成套設備是具有異常接地故障下繼電保護和自動監(jiān)測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)開關(guān)設備的智能化和一體化，以保證配電網(wǎng)的安全運行。

6、改進零序互感器

小電流接地系統(tǒng)故障判斷優(yōu)化方案，最終實現(xiàn)故障管控模式的統(tǒng)一，即實現(xiàn)配電網(wǎng)自愈控制。中性點小電阻（2 Ω -50 Ω ）中電阻（ 100—200 歐）是為提高選線準確率，也就是通過減小阻抗--增大接地點阻性電流讓選線裝置容易捕捉，這樣做的壞處是破壞了消弧線圈的“保護”，比如原來補償保護后電流只有5安，那么并聯(lián)中電阻后可能幾十安，那么故障接地點將更加不安全，間歇性弧光有可能很快導致鄰相被擊穿，導致短路而發(fā)生停電事故。

7、成套設備終端DTU 內(nèi)嵌接地故障指示器

開展就近快速隔離小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的實踐，

檢測方法，選線定位，快速隔離單相接地故障。

三、配網(wǎng)自動化成套設備

配網(wǎng)自動化成套設備（Automation）是指電氣開關(guān)設備在系統(tǒng)或過程中在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過對單相接地故障的自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預期的目標的過程。

通常用于電氣設備的保護控制裝置。提供預先的動作參數(shù)整定自動去完成規(guī)定的動作，裝置會嚴格按照程序邏輯順序執(zhí)行。10kVSF6全絕緣斷路器柜自動化成套設備智能化、小型化、高安全性和可靠性能集成一體，也就是最終研發(fā)出新一代一二設備相融合的電網(wǎng)智能裝備。

現(xiàn)有接地故障選線保護主要采用中性點經(jīng)小電阻接地方式下的零序電流保護或中性點非有效接地方式下的小電流接地選線保護，在面臨高阻、間歇性等故障時，仍存在選線準確率差，無法有效隔離故障，存在巨大安全隱患。當高阻接地達到1000歐姆以上時，裝置動作可靠率80%；裝置動作后選線準確率90%。故障檢測精度差開關(guān)拒動誤動率高，導致配電網(wǎng)安全可靠性降低。

從配電網(wǎng)規(guī)劃設計入手合理的選擇中性點接地方式，開展成套設備技術(shù)研究，開展小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法的研究，進一步提高單相接地故障選線的準確率。

采用小電流接地系統(tǒng)的地區(qū)要配置永久性接地故障線段判別與隔離裝置。國家電網(wǎng)正在修訂的《配電網(wǎng)技術(shù)導則》規(guī)定變電站要安裝可靠的選線裝置，在10s內(nèi)切除永久性的接地故障。在小電流接地配電網(wǎng)中，消弧線圈將接地電流降至只有幾個安培，盡管有利于熄弧，但也使故障線路的工頻零序電流往往小于非故障線路的電流而且二者的相位也基本相同，故障線路工頻零序電流沒有了區(qū)別與非故障線路的特征，這對于單相接地故障檢測來說正確選線是困難的。

10KV電力系統(tǒng)大多是小電流接地系統(tǒng)，當系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，不會產(chǎn)生很大的短路電流。故障點電弧經(jīng)過消弧線圈補償感抗后可以自行熄滅，熄弧后接地點絕緣可自行恢復，能自動清除單相接地故障。如果間歇性弧光不能熄滅，長期帶電運行會造成諧振過電壓，產(chǎn)生幾倍于正常的過電壓，過電壓將進一步使線路上的絕緣層絕緣子擊穿，造成嚴重的相間短路事故。不管是哪種情況都必須要對故障點定位，隨后盡快安排維修故障點。單相接地故障發(fā)生后能維持運行一定時間，因而大大提高了供電可靠性。

配電開關(guān)的一二次成套設備的技術(shù)研發(fā)，是為了更好的規(guī)范配網(wǎng)主設備，保障建設過程中一二次同步建設投運，避免后期的改造，對于縮短施工期、提高可靠性及運維效率、簡化招標流程等具有重要意義。

中壓成套環(huán)網(wǎng)設備市場需求越來越大。多數(shù)用戶開始習慣采用免維護、小型化的SF6負荷開關(guān)柜，加裝FTU相關(guān)的電子化操控裝置，基本能夠?qū)崿F(xiàn)了配電房無人值班、環(huán)網(wǎng)供電，配電自動化水平大大提高。中小電氣制造企業(yè)加快研制質(zhì)量可靠、價格適中的免維護、小型化、成套自動化程度高的開關(guān)設備。所以成套環(huán)網(wǎng)柜設備免維護、小型化、自動化程度高是成套廠商今后的發(fā)展方向。

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