中性点不接地配电系统中主动干预式消弧方法与技术

董昭阳

包头供电公司  内蒙古  包头市    014030

摘要：基于零序功率方向原理的故障选线方法是一种有效、可靠的变压器中性点未接地系统选线方法。零序功率方向原理：对于不接地的变压器中性点系统，当发生单相接地故障时，整个系统将产生零序电压；非故障线路的零序电流值等于其自身分布电容和绝缘电阻对地的电流，其方向从母线流向线路，或其相位超前零序电压近90°；故障线路的零序电流数值等于除了自身对地分布电容和绝缘电阻的电流外，其他所有非故障线路的零序电流之和，其方向由线路流向母线，或者说其相位滞后零序电压将近90°。由于该判据包括零序电压、零序电流和相位，故称为零序功率（电压与电流的乘积）方向原理。

关键词：主动干预式；消弧装置；故障选相

中图分类号：TM77文献标识码：A

引言

目前，已广泛应用的消弧装置有消弧线圈和消弧柜。接地故障发生后，中性点电压施加于消弧线圈，使其产生感性电流，抵消了接地故障点的容性电流，使故障点电流小于电弧重燃值，实现消弧的效果。但其受元件特性限制，仅能补偿基波无功分量，无法补偿接地故障电流中的有功和谐波分量。而由于配电线路不断地缆化和非线性负荷的大量投入，接地故障电流中有功和谐波分量的比例显著提升，消弧线圈补偿后剩余电流的有功和谐波分量仍足以维持电弧燃烧，致使消弧失败，产生弧光过电压。

1 配电网选线技术影响因素

1）中性点接地方式的影响。中性点接地方式直接影响故障信息的检测。在发生系统故障时，电流监测失去工频的基本特征是由于消弧线圈接地方法对电容电流进行补偿。低电流接地方法对电流检测具有较高的灵敏度，但对电压检测具有较低的灵敏度。不接地方法的电压检测能力类似于消弧线圈方法，但该系统不具有电流检测。2）配电网中故障类型的影响。配电网单相接地故障类型复杂多样，既可分为瞬时故障和永久故障，也可分为金属直接接地、低电阻接地和高电阻接地。故障点的位置也可能影响线路的选择，例如线路起点和终点的不同故障状态。不同类型的故障之间的故障信息存在差异，在检测到故障信息时有必要区分和确定故障类型，以避免误判等情况。3）各馈线长度的影响。当故障发生时，电容电流等参数会受到每条线路长度的影响，并且线路越长，电流越大。当某条馈线过长时，电容上升现象可能会影响选线结果，尤其是在高电阻接地故障的情况下，选线精度会下降。

2 柔性电压消弧方法

柔性消弧的原理与被动消弧相似。消弧线圈的目的是将接地故障点的电流补偿为零，可以归类为无源电流消弧方法；消弧柜的目的是将接地故障点电压补偿到零，这可以称为无源电压消弧方法。柔性消弧方法可分为柔性电流消弧方法和柔性电压消弧方法，以及将这两种方法相结合的柔性优化消弧方法。柔性电压消弧方法以将故障点电压抑制至零为控制目标，若控制母线处故障相电压为零，则其消弧原理与消弧柜一致。具体的实现方式有3种：（1）直接控制母线处故障相电压为零[1]；（2）调控中性点电压为故障相电源电压负值，进而间接使故障相电压为零；（3）利用故障相电源电压负值和系统对地导纳计算补偿电流，该补偿电流和控制中性点电压为故障相电源电压负值时，柔性消弧装置的输出电流相同，向系统中性点注入该补偿电流可使中性点电压为故障相电源电压负值，间接抑制故障相电压。

3 架空线路接地故障绝缘遥测

当线路长度较短，变压器数量较少时，可采用整体绝缘遥测法。在使用绝缘电阻表远程测量线路之前，应断开待遥测线路中的所有变压器、电容器等。此时，遥测电阻值是线路每相的绝缘电阻值。否则，绝缘电阻表的遥测结果仅为线路三相的绝缘值，远小于真实的单相绝缘值。对电力线路进行绝缘遥测时，应在线路上的不同点进行绝缘遥测。遥测后，应比较多个遥测点的数据，绝缘电阻值较低的点为故障段。在正常情况下，遥测线路在同一位置的三相绝缘电阻值大致相同。因此，当遥测数据显示一相的绝缘电阻值明显低于其他两相时，可以确定该相是故障相。此时，重点应放在对该相进行故障检查上[2]。对某条线路进行绝缘电阻测量后，应将测量结果与最近一次预防性试验的绝缘值进行纵向比较。如果两个结果之间的差异很大（绝缘电阻值的下降超过40%），则可以确定线路中存在故障。对于新建线路，应在线路投入运营前进行绝缘电阻遥测，并详细记录当时的遥测数据和环境温度，为线路建立完整的技术档案。线路投入运营后，当需要测量线路的绝缘电阻时，应将测量结果与线路投入运营前的值进行比较。当两个值没有显著差异时，可以判断线路的绝缘电阻值合格。当这两个值发生显著变化时，表示线路中存在故障。

4 利用暂态量选线法

由于中性点接地方式、过渡电阻和间歇性接地等因素，使用稳态测量进行选线是无效的。零序电流的暂态分量信息丰富，其幅值是稳态电容电流对地的几到十倍，从几十安培到几百安培不等，不受消弧线圈的影响，能更好地反映间歇性接地故障。因此，利用暂态参数进行选线已逐渐成为选线研究的主流。1）首半波法。单相接地故障发生后，由于消弧线圈的电感电流尚未发生变化，在故障发生后的半个周期内，故障线路的零序电流仍与正常线路的方向相反。线路选择可以通过比较每条线路的瞬态电流的前半波的方向来实现。然而，在实际工程应用中，前半波的时间非常短，并且存在提取困难的问题。2）暂态零序电流比幅比相法。在特定频带内的暂态零序电流仍然满足最大幅值和与故障线法线方向相反的特性。选线是通过提取该频带内瞬态电流的幅度和相位比较来实现的。然而，由于接地故障类型繁多，零序电流暂态分量的频率分量复杂，频带范围难以确定。

5 根据开关动作类型确定查找方法

速断保护跳闸：速断跳闸的最大特征是故障电流非常大，一般比线路正常负荷电流大几倍甚至几十倍，这种情况下故障电流会导致开关即时或短延时动作。当系统处于最大运行方式时，速断保护范围约占线路全长的50%；当线路处于最小运行方式时，速断保护范围约占线路全长的15%～20%。因此，当开关发生速断保护动作时，故障点一般位于线路前端，此时，应该重点对前段线路开展故障查找[3]。过流保护跳闸：相对于速断保护故障电流来说，过流保护故障电流较小，一般来说，过流保护动作会配合长延时动作，过流保护的保护范围能达到线路长度的100%，一般情况下，线路后段发生故障才会导致过流保护动作，此时，应该重点对后段线路开展故障查找。当开关同时发生电流速断保护和过流保护动作时，则意味着故障点位于两者的共同保护范围，所以，此时故障点大多位于线路中间位置。

结束语

对于变压器的中性点不接地，当发生单相接地故障时，如果线路数量大于3条，故障线路的零序电流大小等于所有非故障线路零序电流之和，大于任何非故障线路的相序电流，其相位滞后零序电压接近90°；无故障线路的零序电流与其自身线路长度成正比，其相位领先零序电压近90°。对于只有两条出线的变压器中性点不接地系统，当发生单相漏电故障时，故障线路的零序功率模数等于非故障线路的相序功率模数，正负号仍然相反。在具体应用中应予以注意。

参考文献

[1] 张林利，张毅，薛永端，等．考虑系统不对称的小电流接地故障相识别[J]．电力自动化设备，2019，39(4)：24-29．

[2] 蒿峰,卢泽军,王晓光,等.10 kV架空配电线路临近变电站防雷保护措施[J].科学技术与工程,2019,19(28):159-164.

[3] 苏继锋.配电网中性点接地方式研究[J].电力系统保护与控制,2013,41(08):141-148.