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摘要：本论文在调研分析国内外现有小电流接地系统发生接地故障时的选线技术方法的基础上，研究了配电网小电流接地系统投切中电阻法的故障选线技术原理，分析其效果及可行性，并建立了中性点经消弧线圈接地的35kV系统的电磁暂态仿真计算模型，通过计算分析验证了投切并联中电阻选线技术的准确性。
关键词：小电流接地系统；消弧线圈；接地故障；中电阻；故障选线
0 引言
目前，电力系统各电压等级电网的中性点接地方式主要可以分为大电流、小电流接地方式。我国中压配电网系统多采用的是小电流接地系统，其中35kV及以下电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式。
对于小电流接地系统的接地故障选线技术，国内外各研究院所及高校的相关研究人员已经提出了诸多技术方法。目前主流的选线方法可分为四大类，分别为注入信号法、暂态分量法、稳态分量法和综合法。每种大类中又可分为多个小类，但实际应用时都或多或少地存在一些的问题，如误选、漏选、准确率不高等。随着用户对供电可靠性、持续性、稳定性的要求日益提升，小电流接地系统中的接地故障快速选线技术的重要性更加突出。
本文提出投切中电阻法进行经消弧线圈接地系统中故障选线技术，通过原理和仿真分析来验证其可行性。
1 中性点经消弧线圈接地系统投切并联中电阻选线原理分析
小电流接地系统中，系统三相不平衡的情况下中性点存在对地位移电压。对于中性点经消弧线圈接地系统，如图1所示，当未投运消弧线圈时，系统中出线的三相相电压等于三相对中性点电压和中性点对地电压的相量和，假设电源为无限大且三相对称，系统的三相对地
在实际运行中，消弧线圈往往在过补偿状态下运行，在发生单相接地故障后，故障电流经过补偿后依然剩余了4种电流：①消弧线圈产生的有功分量；②系统中的谐波分量；③电网和消弧线圈中存在的有功分量；④未得到完全补偿剩余的无功电流。
在具有n条出线的中性点经消弧线圈接地电网中，如果第f条线路的A相出现了接地故障，且为金属性，此时没有发生接地故障的线路的零序电流状态与不接地系统相同。对于出现了接地故障的线路，由于得到了消弧线圈的电流补偿，其A相电流变为：
由公式1-5、1-6可见，线路发生接地故障时，其零序电流等于没有发生故障的线路的零序电流、消弧线圈电流以及中值电阻电流的向量之和，方向是从线路流向变电站母线。
综上所述，在经消弧线圈接地电网中，当消弧线圈不采取任何措施进行选线时，由于消弧线圈的电感电流补偿了接地点的电容电流，选线装置容易发生误选，而投入并联中值电阻后，通过中值电阻流过的阻性电流没有得到补偿，导致线路上的零序电流变化较大，从而使故障选线的成功率更高。
系统正常运行时，不投入并联中值电阻，当系统某条线路出现单相接地故障时，迅速投入并联中值电阻，从而使故障点的电流增大，中值电阻保持在系统中0.5秒钟后切除，由于此时故障电流较大，因而可以方便地跟去所有线路零序电流的变化和比较找出发生了接地故障的线路。其具体实现为：①某条线路出现单相接地故障时，按预先的设定延时将并联中值电阻投入到系统中；②采样各线路零序电流和系统电压；③按预先的设定延时切除并联中值电阻，采样各线路零序电流和系统电压；④计算各线路并联中电阻投切前后的故障信号特征值；⑤根据各线路的故障信号特征值判断故障线路。
2 中性点经消弧线圈接地系统投切并联中电阻选线仿真分析
为了验证接地故障时投切中电阻法选线的准确性，用PSCAD软件搭建35kV系统仿真模型，如图3所示。系统有7条出线，线路1的对地电容为0.8μF，线路2的对地电容为0.3μF，其它5条出线的对地电容相同，都为0.6μF，系统总的对地电容值为4.1μF。为了使消弧线圈分别运行在过补偿（10%）、完全补偿、欠补偿状态，消弧线圈的电感值分别取2.25H、2.47H、2.68H。阻尼电阻为160 ，并联中电阻为464 。为了得到不同接地故障下的选线结果，故障类型分为金属接地（1 ）、100 、500 、1000 。
在不同的接地故障下，本仿真分别对1号线路发生接地故障、2号线路发生接地故障、3号线路发生接地故障进行了仿真，各线路发生不同电阻接地故障时，投切中电阻法均能实现正确选线。
3 投切并联电阻对系统的影响
当系统发生单相接地时，投入并联电阻是否会给系统带来不良影响，带并联中电阻的小电流接地系统如图4所示。
图中为消弧线圈两端并联电阻，为电网每相对地总电容，Ic为电网对地总容电流，为消弧线圈产生的电感电流，为中性点电阻产生的有功电流。接地点电流为：
接地电流每次过零时，由于恢复电压超过介质恢复强度而多次重复击穿，从而产生一定的过电压。接入消弧线圈（接并联中电阻）后，一方面单相接地电容电流可以被消弧线圈的电感电流所补偿，使残余的接地电流大为减小；另一方面，恢复电压的上升速度可大为降低，从而有利于熄弧。在这种接地方式下，消弧线圈应采用全补偿或过补偿的运行方式，防止在欠补偿运行时有可能产生工频串联谐振的危险。
每相电弧接地过电压值与电网参数有关，在同样条件下，若有线间电容，除个别情况外，各相过电压均值和最大值都有所降低，说明增加线间电容有助于抑制过电压程度。其次中性点电阻较大时相对过电压水平也提高，分析表明当 =1.8kΩ时过电压最严重，最大过电压倍数故障为2.2Pu，健全相为3.4Pu；当 降低时，过电压也随之降低；当 =0.5kΩ时，最大过电压倍数故障相为1.07Pu，健全相为2.3Pu；当 =1/3ωc时，过电压水平最低，最大过电压倍数故障相≤1.0Pu；另外降低脱谐度还可使过电压进一步降低。
经过分析可知，在系统发生单相接地故障时，短时间内再投入并联中电阻并不会对系统会产生不良影响。
4 总结
本文从电路理论的角度分析了中性点经消弧线圈接地系统发生接地短路故障时的电气量变化情况，计算了投切并联中电阻时系统零序电流的变化，说明了该方法选线的理论可行性，并通过一系列仿真分析验证了35kV系统的并联中电阻选线方法准确性较高，在接地故障电阻为1000Ω时仍然具有较高准确性。但由于仿真系统是一个比较理想的系统，在实际中故障选线会受到很多干扰，如：控制器的测量精度、线路零序电流受干扰等诸多因素的影响，因此，投切并联中电阻进行故障选线的准确性有待于实际验证。
参考文献
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论文作者:史如新,吴鸿飞,李波
论文发表刊物:《电力设备》2015年第11期供稿
论文发表时间:2016/4/29
标签：电流论文; 电阻论文; 故障论文; 过电压论文; 弧线论文; 系统论文; 线路论文; 《电力设备》2015年第11期供稿论文;