小电流选线原理.doc

当中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统发生单相接地时，由于故障点电流较小，且由于系统三相电压仍然对称不影响对负荷的正常供电，一般允许继续带故障运行2h。但长期运行，由于非故障的两相对地电压升高3倍，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。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，当发生单相接地故障时，必须及时找到故障线路予以切除,以防止单相接地故障进一步扩大。为了找出故障线路，运行人员不得不用依次跳开各出线开关的方法来确定接地线路。在不允许停电系统中，只好派许多人出去查找，这样既麻烦，又给运行安全、设备安全和供电可靠性造成很大影响。由于不能及时查找出接地线路，给企业造成重大经济损失，甚至酿成事故，于是国内先后有许多继电器厂、自动化设备厂、无线电厂研制了多种型号微机小电流接地选线样机，但因系统运行方式多变，接地电流小，整定困难，常常出现误动，故未能推广应用。
        提出的微机小电流系统接地选线原理放弃了该领域早期产品采用的“绝对整定值”概念，根据小电流接地系统发生单相接地时，零序电流和电压的“相对相位”原理，辅之以可靠的选线方案，从而避免了因运行方式多变、接地电流小而引起的误判。理论分析和实践检验结果表明，该方法适用于中性点不接地、经消弧线圈接地系统，具有简单可靠和灵敏性好、准确率高等特点，选线准确可靠。
1 相对原理、双重判据基本原理与判据
    1.1中性点不接地电网
        1.1.1基本原理。在小电流接地系统中，若其中一条出线发生单相接地故障，全系统都会出现零序电压，在这个电压的作用下，系统中会出现零序电流。对于非故障线路而言，零序电流就是该线路的电容电流，方向从母线流向线路；对于故障线路而言，中性点不接地系统中故障线路中的零序电流为非故障线路零序电流之和，方向从线路流向母线。从以上分析我们不难得出两点结论：（1）接地线路的零序电流应该是所有线路中值最大的；（2）接地线路的零序电流方向明显不同于其它未接地线路，相位相差180°。这两个结论可以作为接地选线装置的原理依据，我们称之为“相对原理、双重判据”。
        1.1.2 算法与判据。单电源多线路中性点不接地系统单相接地时电压电流分析图。
1.1.2 算法与判据。单电源多线路中性点不接地系统单相接地时电压电流分析图。

      （a）系统图  （b）非故障线路1电流与母线电压相量图  （c）故障线路电流电压相量图
        在如图1所示的电网中，电源的三相电动势分别为Ea、Eb、Ec。为了分析简便起见，不计电源内部的电压降和线路上的电压降,电源每相电动势的有效值等于电网正常工作时的相电压，电源两相电动势之差等于电网的线电压。在分析单相接地的零序电流、电压时，不计三相对称负荷的影响。线路1各相对地的电容为C01，线路2为C02，线路3为C03。正常运行时，由于各相对地电容相同，所以三相对地电容形成一组星形接线的负载。这时零序电压为零，各相的电流（不计负荷电流和相间电容电流，下同）相等，相量和为零。当线路3的A相线路发生一点单相接地时，接地相对地电容被短接，中性点对地电压■N=-■a，整个网络A相对地电压为零。线路各相对地电压和零序电压可用下式表示。
（1）非故障线路各相电流和三倍零序电流。由上图（a）可列出非故障线路1的电流方程式

由此得出非故障线路三倍零序电流的有效值为
3I01=3ωC01E
（2）故障线路各相电流和三倍零序电流。由上图（a）可列出非故障线路1的电流方程式

综合以上分析，可以得出以下几点结论：                                                                                                                      a.在中性点不接地的电网中发生单相接地故障时，不存在负序电压分量，只有正序电压和零序电压分量。单相接地短路时出现的故障电流为电容电流。因各序电流在线路上形成的压降很小，可以忽略不计，所以正序网络中阻抗为零，负序网络
图1中阻抗也为零，零序网络中仅有对地电容，即电容电流就是零序电流。
b.在中性点不接地的电网中发生单相接地故障时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，电网出现零序电压，它的大小等于电网正常工作时的相电压，但电网的线电压仍是三相对称的。
c.非故障线路3IO的大小等于本线路的接地电容电流。故障线路3IO的大小等于所有非故障线路3IO之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和。
d.非故障线路的零序电流超前零序电压为90°；故障线路的零序电流滞后零序电压90°；故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流相位相差180°。
e.接地故障处的零序电流大小等于所有线路（包括故障线路和非故障线路）的接地电容电流的总和，它超前零序电压为90°。
    1.2中性点经消弧线圈接地电网
        1.2.1选线存在的难题。为降低单相接地电容电流过大造成的各种危害，在配电网的中性点装设消弧线圈。由消弧线圈的电感电流补偿单相接地电容电流。当发生单相接地故障时，故障线路流过的零序电流是全系统的电容电流减去自身的电容电流，而非故障线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流。故障线路的零序电流是从线路流向母线，而非故障线路的零序电流是从母线流向线路，两者方向相反，或者说两者反相。小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，数值甚小，经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小。这就使选线的难度加大。
        1.2.2解决方法。当发生单相接地故障时，由于故障点、线路设备的非线性影响，在故障电流中存在着谐波信号，其中以5次谐波为主。经消弧线圈接地系统是按照基波计算的，消弧线圈相当于处于开路状态。可忽略消弧线圈对5次谐波产生的补偿效果。利用5次谐波电容电流作为选线依据，就可以解决经消弧线圈接地系统的选线问题。
2 实际应用
        近年来，电力系统出现了多种小电流接地选线原理，对应各种原理许多厂家也开发了不少装置，大致有以下几种。
        零序电流比幅法利用的是流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故障元件的对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，所以只要通过比较零序电流幅值大小就可以找出故障线路。但这种方法不能排除TA不平衡的影响，受线路长短、系统运行方式及过渡电阻大小的影响，且系统中可能存在某条线路的电容电流大于其它所有线路电容电流之和的情况，装置易发生误动，不适用于经消弧线圈接地的系统。
        零序电流相对相位法是利用故障线路零序电流与非故障线路零序电流流动方向相反的特点，分别从线路流向母线或由母线流向线路，就可以找出故障线路。但这种方法在线路较短，零序电压、零序电流值较小时，相位判断困难，不能适用于谐振接地时完全补偿、过补偿运行方式。
        所述相对原理、双重判据法的原理，解决了零序电流较小、各种装置LH误差、测量误差、电力电缆潜流、消弧线圈、电容充放电过程等影响，能正确判别故障线路。
3 结论
        以上提出了适用于中性点不接地、经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时检出接地故障的一种方法——相对原理、双重判据法。理论分析和实践检验结果表明了该方法的正确性和有效性。它可以满足接地故障选线的可靠性、准确性和灵敏度的要求。