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配網(wǎng)饋線接地定位及環(huán)供支線接地選線判據(jù)探討

文檔作者：廖學靜，楊斌，張振旗楊蒙，崔彥波，路欣文檔來源： 1．國網(wǎng)四川省電力公司德陽供電公司四川德陽618000； 2．珠海威瀚科技發(fā)展有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年07月28日
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第38卷第5期
2015年10月
四川電力技術
Sichuan Electric Power Technology
Vo1．38。No．5
Oct．，2015
配網(wǎng)饋線接地定位及環(huán)供支線接地選線判據(jù)探討
廖學靜 ，楊斌 ，張振旗 。楊蒙 ，崔彥波 ，路欣
(1．國網(wǎng)四川省電力公司德陽供電公司四川德陽618000；
2．珠海威瀚科技發(fā)展有限公司，廣東珠海519000)
摘要：分析了不同接地方式下的接地電流特征及接地故障線路的過渡過程，并根據(jù)該過渡過程提出利用換路瞬間
首個脈沖方向的定位／選線判據(jù)。該判據(jù)適用于不接地系統(tǒng)、消弧線圈接地系統(tǒng)的接地定位／選線，不受電壓相位角的
影響，不依賴零序電壓，判據(jù)單一，接線簡單。對該判據(jù)在各種故障情況下的應用進行了詳細的分析。依照此判據(jù)實
現(xiàn)的小電流接地選線裝置的實際運行效果表明了該判據(jù)的準確性和實用性。
關鍵詞：接地電流暫態(tài)特征；接地瞬間電流方向；饋線接地定位；環(huán)供支線接地選線
Abstract：The characteristics of grounding current under various grounding methods and the transient process of ground—fault
line ale analyzed．A criterion for grounding location／line selection using the first pulse direction of the moment when the circuit
is switched is proposed according to the transient process．Th is criterion is suitable for grounding location／line selection of
isolated neutral system an d arc suppression coil grounding system．It is not affected by vokage phase angle and doesn t depend
on zero—sequence voltage with single criterion and simple wiring．A detailed analysis on the criterion application in various
faults is carried out．The accuracy and practicability of the proposed criterion is proved by the actual perfect application results
of small current grounding line selection device taking the advantages of this criterion．
Key words：transient characteristics of grounding current；grounding tran sient current direction；feeder grounding location；
ring feeder grounding line selection
中圖分類號：TM773 文獻標志碼：A 文章編號：1003—6954(2015)05—0043—04
0 引 言
中國中壓配網(wǎng)采用非有效接地系統(tǒng)，主要指中
性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，習慣稱為小電
流接地系統(tǒng)，其中不接地系統(tǒng)逐漸被消弧線圈接地
系統(tǒng)取代，準確接地選線的重要性進一步突顯出來。
單相接地不影響用戶電壓的對稱，允許連續(xù)供電1
— 2 h。盡快查找并及時處理接地故障線路就成為
主要任務，小電流接地選線裝置正確動作信號顯得
十分重要。據(jù)統(tǒng)計，單相接地故障占配網(wǎng)故障的
80％ 以上 ，這些接地故障點絕大部分在主干線的
某區(qū)段或者在支線上，即使變電站接地選線動作正
確，沿干線、支線查找仍舊十分困難。隨著自動跟蹤
補償技術的發(fā)展，全補償已經(jīng)不再成為禁區(qū) J，接
地電流越來越小，接地故障定位與變電站接地選線
技術一樣，是當前配網(wǎng)自動化技術中突出的難題。
1 接地電流特征的回顧
饋線自動化的接地定位及環(huán)網(wǎng)支線接地選線所
依據(jù)的電氣特征與變電站接地選線大致相同。首先
對非有效接地系統(tǒng)單相接地特征作簡要回顧，圖1
是10 kV單相接地時的等值電路。
K
圖1 單相接地等值電路
K點斷開是中性點不接地系統(tǒng)，K點接通就是
消弧線圈接地系統(tǒng)。
1．1 中性點不接地系統(tǒng)
圖l中K點斷開，就是中性點不接地系統(tǒng)單相
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第38卷第5期
2015年10月
四川電力技術
Sichuan Electric Power Technology
Vo1．38。No．5
Oct．，2015
接地等值電路。遵照慣例，規(guī)定電流由母線指向線
路為正方向，由線路指向母線為負方向。線路發(fā)生
單相接地時，非故障線路有零序電流jr。 ?jr ，其
數(shù)值等于線路自身的對地電容電流，電流的方向為
正；接地故障線路出現(xiàn)的零序電流jr ，等于全系統(tǒng)
非故障線路對地電容電流，電流方向為負。只要接
地故障存在，上述電流方向自始至終不會改變。
1．2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)
圖1中K點接通便形成消弧線圈接地系統(tǒng)。
消弧線圈按規(guī)程規(guī)定的脫諧度補償，致使接地故障
線路電流方向發(fā)生變化，接地故障線路在過補狀態(tài)
下接地電流方向與非故障線路相同，殘流小而且不
穩(wěn)定。在補償電流的作用下，故障點的殘流在較短
時間過零點消失，接地故障會自動消除，也給準確實
現(xiàn)接地選線造成困難。消弧線圈的補償電流與線路
接地故障電流不是同時出現(xiàn)的。接地故障發(fā)生之
前，無論是預調(diào)試、隨調(diào)式或預隨調(diào)式消弧線圈，電
感電流接近0或者等于0，消弧線圈等效在退出狀
態(tài)。接地故障出現(xiàn)經(jīng)“殘流穩(wěn)定時間”l2 之后才能
補償?shù)皆O定值，與接地時刻存在一個時間差。
2 接地故障線路過渡過程回顧
消弧線圈接地系統(tǒng)中，單相接地時只有接地點
至母線的線路區(qū)段接地電流特征發(fā)生了變化，與中
性點消弧線圈有關系，非故障線路的運行狀態(tài)與消
弧線圈沒有關系，其特征與不接地系統(tǒng)一樣，沒有任
何變化。
推導接地選線暫態(tài)判據(jù)表達式的等值電路如圖
2所示。
￡髓
圖2 單相接地過渡過程等值電路
圖中，￡刪為消弧線圈的電感；L為線路等值電感；C
為系統(tǒng)的等值電容； 等值過渡電阻，包括導線的電
阻、故障點的電弧電阻及大地的電阻。
接地開始瞬間，考慮所述接地時刻設備的特征，
· 44 ·
i 一0，電壓初相位等于或接近±~r／2附近，認為消
弧線圈開路，將其從回路中斷開。接地故障出現(xiàn)時，
相當于零序電壓 。(t)=Uzsintot突然加在 、C、r
串聯(lián)回路上，可寫出下面的二階微分方程。
r gd 。++ L 7i ++2。 Jf‘idt= (∞H ) ()
~
idt ．,sin(∞H ) (1)
當式(2)成立時，電流的過渡過程具有衰減的
周期特性。
rga<2 ／∥ C (2)
學術界認同式(2)總是成立 ]，并參考線路
的波阻抗，L ／L~ 250—500 n ， ，當過渡電阻rgd
<500—1 000 Q將出現(xiàn)衰減振蕩電流。求解及簡
化處理后得出
i。
．
=，c ( -asinto0￡一sintot) (3)
式中：，c 為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電容電流；to。為系統(tǒng)的共振
頻率，∞。=1／ C； 為工頻頻率；6為自由分量衰
減系數(shù)，8=R／(2L)。當t=To／4時，sintoot=1，過渡
過程中首半波的最大電流值為
o．～ =，c ( 一一sintot) (4)
最大電流與穩(wěn)態(tài)電流之比，近似等于共振頻率
與工頻頻率之比，按照文獻[6—9，10]描述的自由
振蕩頻率300～3 000 Hz，式(4)可達系統(tǒng)電容電流
的6～60倍，極易捕捉。式(2)是暫態(tài)判據(jù)成立的
依據(jù)。
3 瞬間電流方向判定法
單相接地實際上是換路過程，瞬間電流一定符
合換路定律，不管是否出現(xiàn)衰減振蕩電流，換路過程
照舊存在。接地開始瞬間，過渡過程與不接地系統(tǒng)
一樣，接地故障線路電流的方向在過渡過程結束后
才完成。據(jù)以上分析，嘗試利用接地故障發(fā)生后瞬
間電流方向完成區(qū)段接地定位及環(huán)供分支點的接地
選線，稱瞬間電流方向(或極性)判定法。遵循慣例
規(guī)定，電流由母線流向線路為正，由線路指向母線為
負，以簡化接地瞬間電流方向的描述。零序電流互
感器的P1端面向電源側，與二次S1為同名端。非
本段線路(即區(qū)外)接地故障時，各區(qū)段接地瞬間電
流脈沖為正；本區(qū)段線路單相接地時，各區(qū)段接地瞬
間電流脈沖為負。
第38卷第5期
2015年l0月
四川1電力技術
Sichuan Electric Power Technology
Vo1．38，No．5
Oct．。2015
各區(qū)段零序電流互感器采集到首個觸發(fā)點之
后，后續(xù)的電流不再參與判定。本判據(jù)只獲取換路
瞬間首個脈沖方向，不依賴零序電壓，是與現(xiàn)有的判
據(jù)的區(qū)別點。接地故障消除之后，零序電流也就不
復存在，可記錄接地故障終止時間。
圖3是電壓過零時刻的金屬性接地的錄波，此
時消弧線圈瞬間出現(xiàn)最大的直流分量，接地故障點
的電源側(簡稱上游)的所有區(qū)段均為故障線路，線
路零序電流互感器在直流分量通過時迅速飽和，波
形偏于時間軸一側，疊加在故障線路上，瞬間極性與
非故障區(qū)段線路電流相反。遵照前面所規(guī)定的正、
負方向，接地故障點的上游區(qū)段瞬間電流均為負，在
接地故障點的下游的區(qū)段瞬間均為正，接地故障點
在瞬間電流正、負之間。當非故障線路區(qū)段為架空
線路或電纜較短時，正極性特征不明顯，但是電流幅
值界限清晰，負極性突出仍判定為非故障區(qū)段。
圖3 金屬性接地發(fā)生在電壓過零時刻
3．1 區(qū)外單相接地故障時瞬間電流分布
圖4是線路區(qū)外接地故障時瞬間電流方向示
意圖。
設接地故障點d在區(qū)外線路上，實現(xiàn)饋線自動
化接地定位的數(shù)個區(qū)段在線路L上，非故障線路
1TA～5TA仍屬不接地系統(tǒng)，檢測到的瞬間零序電
流均為正，信息發(fā)送到監(jiān)控中心后，判定區(qū)外接地故
障。只有接地點上游檢測到瞬間零序電流為負，如
nTA標負號。
? r．a(chǎn) ， i H
(f) o
●
+王TA +：rA +4ZA +
拈
、
、 、 丁， ／廣
圖4 區(qū)外單相接地故障瞬間電流方向
3．2 區(qū)內(nèi)單相接地故障瞬間電流分布
4-n l^
— !：一區(qū)外蛾路
如
TA 量住d + +era +丌^
T 。審 了T
：建 ： I 上 ‘ · ‘
＼ 、 ：： ：二， 、崮／ 一
圖5顯示接地故障d在饋線自動化區(qū)段之內(nèi)
2TA為負，表明接地故障區(qū)段包括了1TA和2TA；下
游3TA、4TA、5TA及區(qū)外線路為正，表明接地故障
點不在該區(qū)段。接地故障點相鄰上、下游的瞬間方
向相反。接地故障點下游的正向瞬間脈沖是區(qū)段自
身的電容電流，比1TA和2TA幅值小許多，特征微
弱，甚至接近零、采集不到，這沒有關系，接地故障點
一定在最后一級負向2TA的下游區(qū)段，負向電流的
背景是10 kV母線上所有非故障線路的對地電容，
近似系統(tǒng)的電容電流，幅值高、接地信息明顯。總之
接地點前后故障特征差異明顯，極易捕捉。
3．3 環(huán)供支線接地選線
環(huán)網(wǎng)柜、開閉所及電纜分支箱引出的支線一般
2～4回，雙電源可切換供電，平時只能由一個電源
供電。線路中段引出的支線，通常較短，自身電容電
流小。不少公司介紹按零序過電流整定，超過某一
設定值判定本線路接地，這種簡易的判據(jù)在線路很
短時可以使用，但是線路稍長就有問題了。過電流
的整定原則是躲過區(qū)外接地故障時的最大電流，保
證區(qū)內(nèi)最小接地電流時具有足夠的靈敏系數(shù)。當線
路稍長或有電纜線路時，要滿足這樣的條件就困難
了，所以零序過電流判據(jù)只能適用于短線。環(huán)網(wǎng)支
上
工
圭 (÷車)
上
工
上
工
／
圖6 環(huán)網(wǎng)柜、開閉所及電纜分支箱(環(huán)網(wǎng)支線)接線圖
· 45 ·
第38卷第5期
2015年10月
四川I電力技術
Sichuan Electric Power Technology
Vo1．38。No．5
Oct．，2015
設環(huán)網(wǎng)支線由電源1供電，電源2斷開，支線2
發(fā)生接地故障，接地瞬間電流方向如圖中箭頭所示，
故障線路與電源線路和消弧線圈串聯(lián)在一起，電源
1線瞬間電流為正向，支線2接地瞬間電流為負向。
非故障線路1、3、4可以是長線，也可以是短線，也可
能瞬間出現(xiàn)脈沖，也可能因自身電容電流太小測量
不到，但是絕對不會出現(xiàn)高幅值的負向脈沖。由于
電源1的背景是某變電站10 kV母線，接地瞬間換
路電流的主體流向系統(tǒng)對地電容，所以幅值極高，信
號特征明顯，接地故障線路與電源線路瞬間電流方
向相反，而且是唯一的。當接地故障在母線上時，線
路1、2、3、4有可能因線路太短檢測不到，但絕對不
會出現(xiàn)與電源1反向脈沖信號，而電源側的瞬間脈
沖非常大，一定能夠檢測到，就可以判定母線接地故
障。環(huán)供支線以電源線路作為比較基準，簡單、可
靠。環(huán)網(wǎng)點接地選線裝置2014年11月在四川德陽
供電公司某環(huán)網(wǎng)點試運行，記錄到4次單相接地故
障，錄波完整，統(tǒng)計見表1。
表1 德陽某環(huán)供分支線動作記錄
4 結語
接地電流瞬時方向判定法適用于不接地系統(tǒng)、
消弧線圈接地系統(tǒng)的接地定位／選線，不受電壓相位
角的影響，不依賴零序電壓，不需要增加三相電壓互
感器，判據(jù)單一，接線簡單。依照此判據(jù)的小電流接
地選線裝置于2014年11月在開普實驗室通過了文
獻[3—4]規(guī)定的全部技術條件，樣機投入了試運
行，動作正確、錄波完整。
參考文獻
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[2] DL／T 1057—2007，自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置
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線裝置技術規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2006．
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運行[M]．北京：電力工業(yè)出版社，1956．
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向保護原理研究[J]．中國電機工程學報，2003，23
(7)：51—56．
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[M]．北京：中國電力出版社，2006．
作者簡介：
廖學靜(1971)，高級工程師，長期從事電力生產(chǎn)技術管
理。
(收稿日期：2015—07—27)
提高供電可靠性 ．址．址
加快建設現(xiàn)代配電網(wǎng)

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