摘要：10kV配电线路高阻接地系统中配电线路采用零序保护切除接地故障，比较简单可靠，但是也存在对于高阻接地故障灵敏度不足和难以检测等问题，对配电线路高阻接地故障特征进行分析的过程中要注意对故障期间存在电气的暂态量和稳态量进行比较，提出在小电阻接地系统中可以通过研发基于稳态基波的保护算法来解决高阻接地检测，对电压和零序电流精度以及负荷电流等因素影响问题进行重点解决，解决九百九十欧姆以内的高阻接地检测问题。
关键词：10kV配电线路；高阻接地；检测技术
几年来随着经济的发展和用电量的不断增大，中性点小电阻接地方式在我国的一些城市配电网和工矿企业的配电网中得到应用，当配电线路接触到树枝、干燥地面以及潮湿的沙地时会导致高阻接地故障的出现，高阻接地故障大部分都是单相的，发生故障的配电线路点一般存在间歇性的电弧，发生了高阻接地故障后，故障电路中的电流值要比传统正常电流保护的电流整定值小得多，当前的中性点经小电阻接地的10kV系统的零序保护电流一般只对过渡电阻100欧姆以下的接地故障起作用，因此发生高阻接地故障时往往因为达不到定值，长时间无法进行清除，对行人和建筑物危害很大，高阻接地故障一般指的是过渡电阻超过一百欧姆。
1.对当前的小电阻接地系统高阻接地故障进行分析
1.1出现故障原因分析
接地变压器的中性点零序电压为U，忽略接地变阻抗，那么十千伏母线的三相电压因为中性点电压偏移，产生三种不同的电压，根据基尔霍夫定律可以得出三种电压之间的关系，故障电路中的电流与电源的三相电流以及各个线路的三相电路的电流和为零，三相参数和负荷对称的情况下，电源的支路和其他未出现故障的电路三相电路之和为接地变压器的中性点零序电压乘以角频率和非故障电路的电容，就是三相对地电容电流，另外由于接地故障过渡电阻产生的对地电流，故障电路产生的对地电流是有误差的，故障电路中的电流加上整个系统中的元件对地电容电流之和，高阻接地的情况下，考虑到过渡电阻的阻值在一百到以前欧姆之间，线路长度乘以单位电抗会远远小于过渡电阻的阻值，可以忽略不计，并且一般的架空线单位对地电容为每千米六皮法，整个电路系统的规模相当于一百千米架空线时对地导纳为零点五七毫秒，接地变中性点接地电阻一般为六到二十欧姆，换算成导纳大概超过了二十毫秒，远远大于系统对地导纳，因此对于中性点经小电阻接地系统，配电线路发生高阻接地故障时由于过渡电阻的阻值较大，零序电压和故障线路零序电流以及非故障线路零序电流是很小的，导致配电线路的零序电流保护和电子线路监控系统的零序电压告警都无法做出及时反映和保护措施。配电线路经过渡电阻接地故障图如图1所示。
图1 配电线路经过渡电阻接地故障图
1.2对技术路线进行分析
小电阻接地系统中十千伏的配电线路发生了高阻接地故障，稳态电流量较小，因此产生对使用暂态量信息进行检测，可以获得更好的检测效果，可以使用专业的检测系统对图一中的系统进行电磁暂态仿真，分别选择二百欧姆、四百欧姆、六百欧姆、八百欧姆和一千欧姆的过渡电阻，分别计算十千伏母线的零序电压和每条配电线的零序电流，将多次测量获得的零序电压和过渡电阻的谐波量数据在表格中进行详细记录，通过对实验结果的观察和分析，可以发现小电阻接地系统中10kV配电线路经过高阻接地时候的零序电流和电压很小，尤其是过渡电阻超过六百欧姆时谐波量是很难被检测到的，小电阻接地系统发生高阻接地故障时，过渡电阻会和中性点电阻通过大地相连接形成零序通路，整个电路中存在着强大的阻尼作用，导致了暂态过程的短时间，不容易在设备上捕捉到，振荡回路的持续时间越长，暂态过程中的自由振荡分量衰减系数也就越大，但是暂态自由振荡分量的衰减速度也越快，零序电路中的电阻分量是由阻值较大的过渡电阻和中性点接地电阻串联构成的，零序回路中的电感分量由线路的分布式电感构成，零序回路中的电阻分量要远远大于零序回路中的电感分量，因此暂态过程持续时间是非常短的。中性点经过消弧线圈接地系统在高阻接地时候会出现非常明显的暂态电气量，主要原因是消弧线圈的电流不能突变，补偿作用也不会立刻生效，在故障首半波内基本不发挥补偿作用，另一方面虽然经过了高过渡电路接地，但是中性点消弧线圈的电感较大，所以在消弧线圈的作用下暂态过程持续时间较长。电力系统中的暂态过程出现的原因就是电压的突然变化导致电路充放电形成的，但是对于那些小电阻接地系统，电压的突变是很小的，因此电路的充放电也较弱，不会有很强烈的暂态过程，然而对于中性点经过消弧线圈系统，发生高阻接地，零序电压还是会很大。小电阻接地系统中配电线路发生高阻接地发生故障时，故障的特征比消弧线圈接地系统更加弱，暂态特征也不明显，因此进行谐波分析比较困难，暂态量作为判断依据的实用性也不强，应当重点考虑基于稳态基波量的思路，应当研发基于稳态基波的保护方案，例如开发零序方向电流保护或者是零序有功保护等。
2.10kV配电线路高阻接地检测技术
2.1和常规零序过流保护的配合方法
实际应用当中使用高阻接地保护时，必须要充分考虑和普通零序过流保护进行配合，基本的原则是以高阻接地保护作为常规零序过流保护的补充，为了实现配合原则，其中一种方式就是进行延时配合，即按照躲开各段零序过流延时进行动作时间整定，这样的方式动作时间比较长，如果希望高阻接地保护快速动作，可以考虑使用零序电压限制数值来和常规的零序过流保护方法进行配合，由于灵活高阻接地保护主要使用在解决一百欧姆以上的高阻接地问题，如果要求电压小于一百欧姆接地故障对应的零序电压，并且要考虑一定的富裕程度，在经高阻稳定接地的情况下，可以采用零序电压直接进行限值，对一百欧姆以下的非高阻接地故障，仍然可以由传统的零序过流保护切除，但是对于一百欧姆及以上的高阻接地故障，就需要使用高阻接地保护切除，这样通过逻辑判据实现了常规零序保护作为传统零序过流保护的补充，在这种情况下可以独立设置高阻接地保护延时，提高动作速度。
2.2间歇性接地保护判别
对于间歇性接地的情况，虽然在故障实时存在的时候会满足两个判断条件，但是在判断过程中故障出现了短暂消失的情况就会导致判据条件的无法满足，导致计时返回，无法累计到跳闸延时，常规的计时方法无法实现跳闸。这种情况，灵活高阻接地保护可以引入故障脉冲计数的方式，当灵活高阻接地保护判据条件成立时，建立脉冲计时，达到了脉冲的时间，就建立一次脉冲，此时系统就可以判断有一次故障发生，脉冲次数累加，如果故障短时间消失，高阻接地的判据返回，进行一次故障展宽，将故障展宽的时间默认为一秒，如果在故障展宽时间内再次出现脉冲，那么次数继续增加，脉冲次数达到了定值，那么出口跳闸，。如果故障展宽时间内没有脉冲出现，就清楚计数，保护返回。其实故障脉冲计数是对间歇性故障的简化处理方法。对配电线路高阻接地故障特征进行分析的过程中要注意对故障期间存在电气的暂态量和稳态量进行比较。
3.总结
10kV小电阻接地系统一般使用的是零序过流保护作为接地保护，但是定值整定的限制导致了对高阻接地故障灵敏度的难以检测，同时对于间歇性的接地故障，保护也因为延时不及时等问题而不能跳闸，可以采用灵活高阻接地保护作为补充，生故障的配电线路点一般存在间歇性的电弧，对开口三角电压和零序电流精度以及负荷电流等因素影响问题进行重点解决。
参考文献：
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论文作者:黄海飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：故障论文; 电阻论文; 电流论文; 电压论文; 线路论文; 系统论文; 电路论文; 《基层建设》2019年第26期论文;