基于配电网高阻接地故障保护技术分析朱杰航

基于配电网高阻接地故障保护技术分析朱杰航

朱杰航

（深圳供电规划设计院有限公司广东深圳518054）

摘要：高阻接地故障(HIF)发生时的故障点接地电阻较大,并常伴随着电弧熄灭与重燃,引起的故障电流很小且随机性强。由于故障时电压、电流突变量不明显,常规保护难以准确动作,所以辨识较为困难。本文就针对配电网高阻接地故障保护技术进行了简要分析，仅供参考。

关键词：配电网；高阻；接地故障；保护技术

1配电网主要的高阻故障分析

1.1导线断线坠地

造成配电网断线故障的原因非常多，主要的原因有两种，一种就是外界的恶劣环境，同样还有就是自身所存在的一些故障，外因就是受到雷电天气影响，积雪的影响，或者是受到人为的破坏，内因就是电力设备出现故障导致，这些都是导致高阻接地故障的主要原因，接地阻抗是导线和地面的接触阻抗，因为接地的电阻都是非常高的，那么就会导致接地的电流非常的小，通过参考国外的对断线高阻故障的研究，可以得到，在坠落到钢筋混凝土地面的时候阻值是最小的，大约是99Ω。当坠落到草地的时候是276Ω，但是坠落在沥青或者沙地的时候，接地的电阻趋向于无穷，也就是说接地的电流可以忽略不计，几乎为零。

1.2树闪

所谓树闪，就是因为受到了外界环境的影响，导致了配电网受到了影响，对树木产生了电力，最终引起的接地故障，这类故障主要是因为受到狂风天气的影响导致配电网受到损坏，这是受到了外界因素的影响，与导线断线相同，还要一种情况就是导线自身出现了问题，如果导线发热过大，线路就会对树木产生电流，那么出现故障的导线就会放电，树木也是其中的一个载体，因为树木并不是导体，相反阻值是非常高的，所以产生的电流的幅值是比较小的，在这种情况下，接地的阻抗主要有两种，分别为异物阻抗和地面的阻抗。

1.3人体触电

人体触电的情况也分为两种，一种是人体直接接触到配电线路，另一种就是通过导体接触到配电线路，这样都会导致故障的发生，接地的阻抗主要是人体的阻抗以及地面的阻抗，通过以前的研究我们可以指导，人体触电还可以分为两个阶段来看，一个阶段就是触电的时候，另一个阶段就是触电被烧伤之后，因为这两个阶段人体的电阻式不同的，人体的电阻一般要超过1000Ω，但是人体在触电之后，皮肤就会被烧伤，人体的组织就会降低，在500Ω左右。

2配电网高阻故障的检测及防护策略

2.1小电阻接地系统高阻保护

2.1.1零序过电流保护

零序过电流保护的整定值需要躲开本线路的对地电容电流，以防止在其他线路出现接地故障时误动。在电缆出线且距离比较长时，线路对地电容电流可达数十安培，按照上述整定原则，整定值比较大，检测高阻故障的灵敏度有限。例如中国南方沿海某城市10kV小电阻接地电缆网络零序电流保护的整定值选为60A，只能保护过渡电阻在90Ω以下的故障；即使当零序保护的的整定值降低为40A时，也只能保护过渡电阻在140Ω以下的故障。

2.1.2高灵敏度零序过电流保护

小电阻接地系统接地故障的一个基本特征是：故障线路零序电流等于所有健全线路对地零序电容电流与系统中性点零序电流的相量和。无论故障点过渡电阻多大，故障线路的零序电流幅值都将是健全线路零序电流的10倍以上。据此可以构建高灵敏度阶段式零序过电流保护或者反时限过电流保护，提高高阻故障保护灵敏度。

电流定值按躲过最大负荷时的不平衡电流整定，可统一选为5A，使保护反应接地电阻的能力达到1kΩ。动作时限的整定要躲过冷起动电流的持续时间，选为15～30s。在线路上发生金属性接地或低阻接地故障时，非故障线路的零序电流会比较大，可能造成其高灵敏度接地保护起动，但这时故障线路的零序电流保护将及时动作于跳闸，非故障线路的高灵敏度接地保护返回，不会出现误动。

2.1.3零序电流群体比较法

接地故障时，故障线路零序电流是所有健全线路对地零序电容电流与系统中性点零序电流的相量和，故其电流幅值要远大于（10倍以上）任一健全线路，电流相位也与健全线路不同。据此，可以测量母线上所有出线的零序电流，将零序电流幅值远大于其他出线且电流相位与其他线路不同的线路选为故障线路，否则判为母线接地故障。小电阻系统正常运行时，仍有可能存在三相对地电容不平衡引起的零序电流，为群体比幅保护动作的可靠性，选出来的线路其零序电流幅值必须大于一门槛值才能被确定为故障线路。

2.1.4电压监测法

导线坠地一般都伴随着断线，因此可以通过检测是否发生了断线故障来检测高阻故障。断线故障会导致故障点下游线路失压，因此，可通过检测线路末端是否失压或出现不平衡电压检测是否发生了断线故障。三相断线，一般会造成下游线路完全失压，而单相或两相导线，则会造成电压严重不平衡，出现幅值比较大的负序电压。可见，检测线路上线电压的变化或负序电压，即可判断检测点上游是否发现了断线故障；比较线路上2个检测点之间的电压变化情况，可以识别断线点是否在其中间。通过监测末端电压的变化检测断线故障，需要解决电压监测装置与变电站或控制中心的通信问题，这将增加系统的复杂性及其投资。而利用已有的配电自动化系统实现电压监测，则是一种经济可行的解决方案。

2.2小电流接地系统高阻保护

2.2.1零序无功功率方向法

对于不接地系统，健全线路零序电流始终超前母线零序电压约90°，而故障线路零序电流滞后零序电压约为90°。因此，可以通过比较某出线零序电流与零序电压的相位关系，当零序电流滞后零序电压90°相角时，确认该线路为故障线路。高阻接地故障时不接地系统的零序电压要远大于小电阻接地系统，但零序电流要略小于后者，利用其计算的功率方向相对更可靠一些。另一方面，比较零序电流与零序电压的相位关系，适用于故障电弧比较稳定、接地电流中含有较大工频分量的情况。

2.2.2零序有功功率法

零序有功功率方向法主要是用于谐振接地配电网的接地保护，通过检测零序有功功率的方向实现故障选线，故障线路有功功率由线路流向母线，而非故障线路的有功功率由母线流向线路。实际谐振接地配电网中，接地电流中的有功分量很小，考虑到实际存在的测量误差，难以可靠地测量有功功率方向，通常是在消弧线圈上固定或在出现永久接地故障短时并联一个150Ω左右的电阻，产生约30A左右的有功电流（金属性接地时）。零序有功功率方向法反应接地电阻的能力与零序无功功率方向法类似，在2kΩ以上。

2.2.3暂态零序电流群体比较法

暂态原理选线技术主要利用了故障瞬间数百到数千赫兹的高频暂态信号。由于故障暂态信号幅值大、频率高不受消弧线圈影响，且故障点的反复重燃增加了所用信息量，使其更有利于故障选线，暂态原理选线技术成为近年来小电流接地故障检测技术的一个重要进展，取得了良好的现场应用效果。

2.2.4暂态功率方向法

暂态功率方向法仅利用母线零序电压与本线路的零序电流信号，不需要其他线路的零序电流信号，具备自具性。其在高阻接地故障时的保护性能与暂态零序电流群体比较法相近。暂态功率方向法装置精确测量接地故障产生的零序电流的下限是2A，反应接地电阻能力也在2kΩ以上。

2.3直接接地系统高阻保护

美国中压配电网采用了三相四线制，支持给单相对地的负荷供电，因此，系统正常运行时存在负荷不平衡产生的零序电流。由于接地故障常用的零序过电流保护的整定值需要大于负荷电流的零序分量，一般取100A，因此，当接地故障点过渡电阻大于70Ω时，保护即会拒动。高阻接地时，由于故障的工频电流与负荷电流无法区别，只好放弃工频电气量，转而采用了谐波电流、模式识别等利用故障谐波与暂态电气量特征的检测方法。

参考文献

[1]王利东.配电网中性点高阻接地成套装置的开发与应用[D].华北电力大学,2011.

[2]陈长胜,彭宇.一种基于概率分析的配电网高阻接地故障检测与定位[J].中国电力教育,2007(s1):370-374.