配电网单相接地故障综合处理技术研究及应用

配电网单相接地故障综合处理技术研究及应用

裴倩史亮冯玉赵成

（安徽省电力科学研究院230601）

0引言

我国大多数中压配电网均采用中性点非有效接地系统，配网系统中性点采用不接地或经消弧线圈接地的非有效接地方式，这种接地方式也给中压输配电系统带来了一些问题，主要是单相接地时会引起弧光过电压及谐振过电压，特别对于较高倍数的间隙性弧光接地过电压，如不能及时消除，会造成避雷器（或组合式过电压保护器）的热崩溃、电缆头放炮、电磁式电压互感器（PT）的熔丝熔断以及互感器烧毁故障、绝缘闪络等各类事故，严重时引发同地、异地二点接地造成危害较大的相间短路事故，直接威胁着配电网的运行安全性和供电可靠性，不完全统计配电网系统的运行中80%以上的故障为单相接地故障，或由单相接地故障引起相关故障。

1现有配电网单相接地故障处理方式

目前配电网消除单相接地故障，主要采取大电流接地和小电流接地为主的三种方式：（1）中性点电阻：此方式为大电流接地，则是在间歇性弧光过零熄灭时有效释放残余电荷来抑制弧光过电压，并通过继电保护迅速切除故障支路。（2）消弧线圈：此方式为小电流接地，是通过补偿接地电容电流使电弧易于熄灭。（3）消弧接地开关：此方式为小电流接地，其基本原理是故障转移，将未知接地点的弧光接地相通过单相开关直接金属接地消除弧光接地，可带电运行2小时（见规程）。

大电流接地是通过放大故障点的接地电流，换取继电保护的灵敏性，快速切除故障线路，其优点是“选线”准确，故障定位容易；虽提高了电网设备的安全性，缺点是牺牲了供电可靠性，并同时也带来一些其它问题，采用此种接地方式的较少。

小电流接地方式的优点是供电可靠性高，瞬时性故障可自动清除，永久性故障可带故障运行；且单相接地时不会产生危及人身、设备和系统安全的短路电流，采用此种接地方式的较多。

如何快速、有效消除弧光接地，是处理小电流接地系统单相接地故障的关键，消弧线圈接地和消弧接地开关（触点消弧）两种消弧手段单独使用时都有一定的局限性。

2综合故障处理方式的原理

综合消弧整合了消弧线圈和触点消弧的优势，互相配合互为保护，保证在各种工况下有效消弧，准确区别和处理瞬时接地和永久接地两种不同性质的接地故障，针对负荷的重要程度采取不同的处理方式，两者完美匹配，再加上有效选线，可以实现单相接地故障有综合处理。

电力系统中压配网单相接地的发生及故障全过程的发展，以及故障原因的分析，目前主要采用的多是故障录波装置，其主要记录的是工频的故障波形，并以电流事件触发为主，对暂态过电压的高频信号则难以记录。因此，电力系统中有必要安装一种能自动跟踪记录暂态过电压出现的时间、幅值和波形的装置，真实、完整地记录过电压的发生、发展及结束，在出现绝缘故障时提供完整有效的事件记录，利于分析故障原因、故障责任，以及绝缘评估，并指导故障的防范。

综上所述，要实现单相接地故障有综合处理，以及单相接地故障发生的全过程及原因等，关键在于：灵活、有效的综合消弧处理、有效的抑制系统母线的过电压倍数及准确的故障选线。故障全过程的过电压监测及绝缘监测，通过在系统母线安装瞬态电压监测装置，对母线上出现的各种瞬态电压进行的在线监测，还可以为事故预警，事故分析和责任认定，以及绝缘评估等，提供可靠的数据。

3综合故障处理方式的优势

与消弧柜（触点消弧）的比较：目前市场上的消弧柜不能区别处理瞬时性接地和永久性接地，全部当永久性接地处理，并存在几个一直没有解决的问题：误动的问题、选线的问题、后续处理的问题，触点消弧提供了最直接有效的消弧手段，使消弧线圈不用长期工作，成本大幅降低。

与消弧线圈的比较：由于消弧线圈只能补偿工频电流，应用受到限制：不能限制间歇性弧光接地过电压幅值、不能补偿5次谐波等高频电流，因此在很多应用场合消弧线圈并不能消弧，消弧线圈对不可恢复的永久性接地故障的处理是无能为力的，特别对电缆线路存在不利影响。

4综合故障处理方式的关键技术

4.1综合消弧技术

配电网系统的接地故障综合处理技术是当系统发生单相接地故障时，依据故障类型采用不同的方案实现接地故障处理。处理流程有：临时性接地故障采用消弧线圈（消除故障，恢复正常运行）永久性接地故障采用自动跳闸（隔离故障，保证电网安全）或触点消弧（单相接地供电模式，将事故停电转变成综合）。该配电网系统在运行的过程中采用暂态过电压录波技术对故障的过程实施记录和后台显示，这样能做到事故预警，故障分析，责任认定。

4.2电网系统的暂态波录波技术

暂态数据在配电网系统运行中的绝缘配合研究、事故分析、责任认定等居多方面有着无法替代的意义，于是，需要研制一种高性能过电压监测与记录系统，能判断电网中有无过电压发生，并监测电网中发生的各种内、外部过电压，完整准确记录过电压发生的过程，记录过电压及各种参数，存储事故发生前后过电压的进程和对电网电压的影响，为事故分析提供可靠的依据，也为电力系统安全运行和故障诊断提供技术支持。

5综合故障处理方式的研究内容和实施方案

5.1单相接地故障综合处理的研究：

系统发生单相接地故障后，在进行快速、准确选线后再根据单相接地故障的性质进行综合处理，保证系统供电的安全性、可靠性。工作逻辑如下图所示：

5.2全电压监测中高频传感器技术、高速AD板卡、基于工控机的高速采用分析软件的研究

高带宽电压传感器和低失真度的衰减器是整个项目的关键点之一，本技术需要使用示波器、雷电电压电流冲击设备、调压器、放电线圈等设备。

本研究推荐一种无间隙金属氧化物避雷器电压传感器，该电压传感器以无间隙氧化锌避雷器作为电压传感器的高压臂（可采用已经运行的避雷器），选用同避雷器制造厂家同批次或者参数近似的氧化锌阀片作为低压臂，可以实现可接受精确度的高压、超高压以及特高压电力系统电压分压转换。

高速AD板卡的研究：只有将高频模拟信号处理成相应的数据数字信号，高速的CPU才能有效分析各种暂态过电压。本技术的研究需要使用示波器、万用表、电磁兼容等相关设备。

基于工控机的高速采用分析软件的研究：用MATLAB仿真软件对暂态波的全波进行仿真分析，有将有效算法嵌入用户软件。只有分析判据合理的稳定的软件系统才能支撑整个项目的顺利进行。

5.3实施方案

通过在某一变电站10kV系统安装的单相接地故障综合处理及全电压监测装置，在系统发生单相接地故障时，能有效保证系统供电的安全性和可靠性；通过在系统母线安装瞬态电压监测装置，对母线上出现的各种瞬态电压进行的在线监测，还可以为事故预警，事故分析和责任认定，以及绝缘评估等，提供可靠的数据。