10kV线路单相接地故障隔离方法探讨

【摘 要】单相接地故障常见于10kV电网线路，为减少接地故障发生率，提高配电网供电能力，本文提出了中性点经消弧线圈并联电阻接地方式，详细阐述了该方法原理及相关隔离策略，有效的隔离电网线路故障，从而更好地消除接地故障。

【关键词】电网线路；接地故障；数值分析；隔离策略

在10 kV配电线路运行中，经常容易发生单相接地故障，，线路发生单相接地故障后，故障电流极小，故障特征不明显，故障定位困难，所以给电网故障检修工作带来一定难度。为此本文提出了中性点经消弧线圈并联电阻接地方式，该方法既发挥消弧线圈补偿电容电流、提高单相接地故障自恢复概率的作用，而且利用并联电阻抑制过电压和实现单相接地故障选线，大大提高了电网故障检测力度，从而能更快解决故障问题。

1 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式

1.1 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的提出

中性点经消弧线圈并联电阻接地方式汲取经消弧线圈接地方式的优点，即单相接地残余电流小、可持续供电，以及中性点经电阻接地的优点，即过电压水平低，满足接地保护动作灵敏度要求等，弥补经消弧线圈接地或经电阻接地单一运行方式的不足，既有利于瞬时故障熄弧，限制甚至消除发生间歇性弧光接地及其他谐振过电压的可能性，又便于永久性接地故障的检测。

1.2 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的构成

中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下的中性点设备主要由自动调谐消弧线圈（此处以调容式消弧线圈为例）、接地电阻器、控制器三部分组成。此外还有提供10kV系统中性点的Z型接地变压器，用于测量的中性点电流互感器、电压互感器、线路电流互感器等，构成方式如图1所示。

图1 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的构成

图中：

B―Z型接地变压器，提供系统中性点

L―消弧线圈，补偿电网电容电流

C―可调电容器组，调节消弧线圈补偿电流

Rn―接地电阻器

PT0―中性点电压互感器，获取中性点位移电压

CT0―中性点电流互感器，获取中性点电流

PT―母线电压互感器，获取母线线电压及开口三角电压

CT1、CT2～CTn―线路零序电流互感器

由控制器对电流、电压互感器的测量数据进行计算分析，完成监测电网电容电流、自动调节消弧线圈电感量、自动控制接地电阻的投切和自动选择故障线路等功能。

在10kV电网中，根据规程规定，中性点长期并联电阻Rn取1200欧姆，发生永久性单相接地故障时中性点并联电阻Rn由1200欧姆变为150欧姆，为单相接地故障的检测提供了足够的故障信息。

1.3 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的工作原理

1.3.1 电网正常运行

当电网正常运行时，中性点接入消弧线圈，并在消弧线圈的两端长期并接中性点电阻器，充分发挥该电阻器抑制串联谐振过电压的作用；若装置采用预调节方式，则实时跟踪电网参数的变化，需要调整时，控制器发出指令自动调整消弧线圈的挡位，始终保证消弧线圈工作在残流最小的最佳工作点，等待电网接地故障的发生；若装置采用跟踪调节方式，则装置只实时跟踪电网参数的变化，不需要实时调整消弧线圈的挡位，只在电网发生单相故障时迅速调节消弧线圈的挡位至残流为最小的最佳补偿挡。

1.3.2 瞬时性接地故障或扰动

当电网发生瞬时性单相接地故障或三相合闸严重不同期等扰动时，若装置采用预调节方式则自动闭锁消弧线圈的调节回路，若采用跟踪调节方式则快速调整消弧线圈工作在残流为最小的最佳工作点；充分发挥消弧线圈和中性点接地电阻的补偿和限压作用，促使瞬时性故障自动消失，有效地限制了铁磁谐振与弧光接地过电压对电网的危害，避免了由此引发的绝缘薄弱环节击穿、避雷器爆炸、电缆对地击穿短路、虚幻接地等异常现象的发生。

1.3.3 电网发生永久性单相接地故障

当电网发生永久性单相接地故障时，控制器对中性点并联电阻进行投切，通过中性点并联电阻的投切，为故障检测提供了充分的信息，便于准确快速地检测出单相接地故障。

2 中性点经消弧线圈并联电阻接地

方式下的单相接地故障原理分析10kV电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下发生永久性单相接地故障时，中性点接地电阻产生的阻性电流只流经中性点至故障线路接地点电源侧的部分，单相接地故障的电网等效电路如图2所示。

通过分析可知：10kV电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下发生永久性单相接地故障时，通过中性点电阻的投切，在流经故障点到电源侧线路的零序电流有功分量存在一个突变量，可以通过检测此突变量来检测单相接地故障。

3 数值仿真分析

3.1 单相接地故障的隔离策略

在10kV架空线T接用户支线的进线处安装智能检测单元，若用户支线发生单相接地故障，智能检测单元通过零序有功增量法检测故障，根据需要可以加装分界开关，分界开关经过一定延时后自动分闸，变电站及馈线上的其他分支用户感受不到故障的发生，用户支线的单相接地故障被成功隔离。

3.2 单相接地故障隔离的仿真计算分析

以某变电站10kV侧母线所连设备和线路为仿真计算原型，建立ATP数值仿真模型。

针对047出线制锨厂线41-1号分支末端（分支内）发生单相接地故障进行仿真计算，单相接地过渡电阻设置为1000欧姆，计算结果如表1所示。

表1 中性点并联1200欧姆电阻时（脱谐度为-0.1）计算结果

针对047出线制锨厂线7号环网柜016号分支末端发生单相接地故障进行仿真计算，计算结果如表2所示。

表2 中性点并联1200欧姆电阻时（脱谐度为-0.1）计算结果

通过分析仿真结果可以得出：区内发生过渡电阻1000欧姆以内单相接地故障时智能检测单元安装处的零序电流有功增量在3.8A以上，而当区外发生过渡电阻1000欧姆以内单相接地故障时智能检测单元安装处的零序电流有功增量极小，数值在1mA以下。

4 结论

总之，通过该方法能对单相接地故障进行准确的隔离，在此基础上，电网工作人员还要加强对10kV线路接地故障的运行分析，积累运行经验，结合隔离方案，更快地排除各类运行故障。只有这样，才能大大提高供电可靠性，降低供电企业责任事故的发生率，有利于提高电力企业的生产运行和经济效益。

【参考文献】

[1]蔡雅萍.10kV配电网中性点灵活接地方式及接地故障检测系统的研究[J].中国电力科学研究院，2002.

[2]张军.配电网单相接地故障奋力实现方案研究[J].城市建设理论研究，2012（17）.