小电流接地系统故障分析和选线方法

陈良耳

摘要：我国电力网络接地方式分为中性点不接地、经消弧线圈接地和经高阻接地等。发生单相接地的系统一般可以继续运行2小时，但单相接地故障对设备的绝缘要求较高，同时单相接地故障发生率高且具有一定的风险性，因此对小电流接地系统故障的分析和选线的研究至关重要。本文分析了小电流接地系统故障的现象和危害性，根据现有的研究阐述了相应的防治措施和选线方法。

关键词：小电流;接地系统;故障;选线方法

一、电网环境与研究现状

分析现有电网运行资料发现，配电网事故在电网总事故中占据90%，所以提高电网供电可靠性的意义重大。在接地故障中，常见有单相接地故障，发生此故障时，由于三相之间线电压仍旧对称，不会影响供电的负荷设备，因此允许系统仍可继续运行2小时，通常不会发生保护跳闸情况，有效提高供电可靠性。但是一相接地后，其它两相会升高对地电压，从而威胁设备绝缘，若无法及时处理，则会发展成弧光放电、两相短路、绝缘破坏等情况。所以，需要应用故障定位技术，以准确定位故障，保证系统运行稳定性。

二、单相接地故障现象及危害性分析

从我国当前的电网实际运行情况来说，在小电流接地系统中发生单相接地故障的情况占比较大。当单相接地故障发生后，首先接地相的电压会迅速下降甚至下降至0。同时依据电压平衡定律，当接地相的电压迅速下降至0时，电网中相对应的非故障相电压会迅速提升至正常值的1.732倍，还可能使电压互感器铁心严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁，同时还会引起全系统过电压。如果电网在这种状态下运行时间过长，电力系统中的对地连接薄弱处则极易被击穿，会引发短路，从而使电网内的各种供电设备受到损坏，此外还会产生弧光效应，甚至引发火灾等严重后果。

三、小电流接地系统故障的防治措施

（一）中性點不稳定过电压的防治措施

在小电流接地系统的实际应用过程中，如果出现中性点过电压不稳定的现象，对整个系统的影响是巨大的，甚至会造成严重的经济损失。在这种情况下，首先可以改善电压互感器的伏安特性，加强整个系统在中性点处的稳定性。其次，可以减少并行操作的次数，尽量将该数目减至最小，从而降低中性点出现不稳定过电压现象的概率。最后，系统还可以应用无间隙避雷器使系统保持中性点的稳定。

（二）两相接地短路过电压的预防措施

在小电流接地系统的应用过程中，设计安装人员应避免只在电厂一条线路上安装消弧线圈，通过安装消弧线圈以降低两相接地短路过电压现象的概率。另外，为了防止雷电过电压，应在线路上安装避雷器。

（三）线路接触过电压的防护措施

线路接触过电压现象的发生在实际电网运行过程中不会对实际电网产生很大影响，一般来说这种故障不会引起停电，可以通过增加不同线路之间的距离，使系统各部分在电网中稳定工作。

四、小电流接地系统接地选线方法

（一）基于信息技术融合的综合选线方法

不同选线原理有其应用优势和劣势，针对不同的故障问题应当应用合适的选线方法，并在信息技术支持下实现选线方法的综合应用，更能在复杂故障类型中有效完成故障线路的检测。首先要对区域内电网运行状况进行全面调研，在选线装置具体型号、规格、精确度等明确后，通过信息数据分析对区域内多发单相接地故障类型进行细化总结，为选线原理提供必要的指导依据，使各模块之间按照既定流程及时准确完成检测与处理对接。然后要改变单纯工频稳态分量分析的选线原理应用形式，增添零序暂态分量分析，如小波分析法的应用，可对故障线路与非故障线路差别进行更细致检测，提高保护裕度，不过要注意选线装置灵敏度和采样的速度要求。

（二）基波群体比幅比相法

该选线方式同样是将小电流中性点的零序电流的幅度变化作为参考，将所有线路的零序电流都进行比较，选择其中出现数值幅度变化较大的线路作为故障线路候选，确定这些候选的故障线路的运行方向。若是所有的故障线路的运行方向相同，则判定为母线故障。若出现一条线路方向相反，则其为故障线路。但是该选线技术还是存在不足，若是系统中线路本身较短，则产生的零序电流明显会小于其它正常线路，此时相位误差较大，但是并不代表该短线路出现故障。

（三）有功分量法

有功分量法是根据线路、消弧线圈都存在对地电导，线路中对地电导及消弧线圈存在电阻损耗，在故障电流中含有有功分量。非故障线路和消弧线圈的有功电流方向一致并且经过故障点返回，故障线路中有功分量比非故障线路要大且方向相反，依据这一特性找出故障线路。故障电流中有功分量非常小，致使灵敏度低。为了使灵敏度提高，有的装置采用瞬时在消弧线圈上并联接地电阻的方法加大故障电流中有功分量。

（四）小波分析法

小波分析理论可以在一定的频带内将暂态信号分解，尤其是对奇异信号和变化不明显的信号应用较好，信号突变部分和信号的奇异点处包含有能清晰反映原始信号中重要信息的成分。而在小电流系统发生接地故障时，暂态信号的奇异处隐藏有较多有价值的故障信息，能清晰地反映故障的暂态特征，所以可以利用小波分析法来分析和提取故障信息。故障发生时电流会突然改变，小波分析法就是利用这一特点来进行选线，首先利用小波奇异性检测的方法对各条线路的暂态零序电流使用小波变换，然后对各条线路的零序电流经过小波变换后的模极大值的峰值和相位进行分析和对比，模极大值最大且相位与其它线路相反的线路即为故障线路。对信号进行小波变换时，也涉及到一些细节的选择，如小波基函数的选取对小波变换的结果非常关键，对故障信号进行小波分解后，选择小波变换细节部分中绝对值幅值最大的点所在的尺度作为分解尺度。

五、结论

综上所述，本文分析了小电流接地系统单相接地故障及选线工作的相关研究，从文中内容可以发现，小电流接地系统选线方法在实际应用过程中存在的问题较多，因此，要求提高运维人员的专业技术，加强专业知识的培训，运维人员能够具有职业敏感度，选用最佳的选线技术进行故障线路排查。在后续的发展过程中，相关的研究人员需要对技术不断进行优化和完善，使其中存在的问题得到解决。

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