油田配电网单相接地检测技术的应用与研究

　　摘要：已有的对单相接地故障的研究，都是基于母线端的故障选线的，对于故障的定位也是基于母线端的，比如行波测距。本文分析了各种小电流接地系统发生单相接地故障的检测方法，提出了各种判断故障发生在测量点前后位置的方法，针对中性点经小电阻并联消弧线圈接地的系统进行分析，这种系统使得故障线路开断迅速、故障信息清晰。
　　关键词：小电流接地系统；单相接地；接地选线装置
　　
　　
　　目前，油田电网的改造正在深入进行。在新变电站设计时，一般选用微机型接地选线装置（以下简称装置），但往往选线效果不理想。实际上真正的原因在回路中。这需要在施工中引起足够的重视。我厂装设于35kV纯一变的6kV侧的装置，在发生接地故障是不能正确动作。我们进行了大量的试验和理论分析，找出了真正的原因，在后来投运的35kV梁一变、梁二变的设计与施工中加以了处理。结果这两个变电站在发生单相接地故障时，装置均能正确动作。具体措施如下：
　　1正确选用零序电流互感器，减少不平衡电流
　　纯一变出线采用三相电流相加，零序电流回路产生零序电流3I0，送入接地选线装置。因出线路数较少而不平衡电流较大，装置不能正确选线。我们在梁一变、梁二变设计时均采用电缆出线，加装了零序电流互感器。零序互感器要与装置配套，其选择首先要计算出线的电容电流IC，计算方法如下：
　　架空线路：
　　IC=KUL*10-3
　　式中：K—系数，无避雷器的线路取2.7；有避雷器的线路取3.3
　　U—线路电压，kV
　　L—线路长度，km
　　电缆线路：
　　IC=0.1UL(A)
　　根据上述计算结果，可得到系统总的零序电流，再据此确定零序电流互感器的变比nCT。基本原则是：最长线路发生单相接地时，能够在零序电流互感其二次侧提供大于20mA的零序电流信号。
　　2加强现场施工工艺，避免因施工不当造成零序电流减小
　　有零序电流互感器电气特性应基本一致，要选用同一厂家产品，最好有装置厂家配套提供。所有的出线均采用零序电流互感器，避免零序电流互感器和三相电流互感器的混用。所有零序电流互感器引入装置的极性必须一致，一般以母线侧为正极性。零序电流互感器一般装在电缆头下方，零序电流互感器上方的电缆外皮接地线必须穿过零序电流互感器，零序电流互感器下方的电缆外皮接地线则不许穿过零序电流互感器，以避免形成短路环。电缆固定卡子与电缆外皮之间应加绝缘材料，如缠以相色带。电缆外皮接地线不能碰上固定卡子而造成短路。
　　3做好系统调试，保证装置的正常运行
　　解开电压互感器开口三角的零序电压引入线，用调压器模拟零序电压加入装置，此时加入的电压应与装置显示的电压一致。同时用升流器在零序电流互感器一次侧模拟系统单相接地电流。穿过零序电流互感器一次侧时，应一条线路反穿，其余线路正穿。零序电流互感器二次侧加入装置的电流应大于20mA。此时装置若能正确选线，则该装置、回路可以投运。
　　4目前的检测方法及存在的问题
　　4．1稳态分量法
　　零序电流幅值法利用不接地系统中故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点。缺点是当某一线路远远长于其它线路，及其分布电容与系统总的分布电容相差不大时，装置可能拒动，不适用于谐振接地系统。
　　零序电流有方向法利用故障线路零序电流与非故障线路零序电流方向相反的特点，缺点是不能适应谐振接地时完全补偿、过补偿运行方式。
　　零序电流有功分量法利用线路、消弧线圈对地电导的存在，故障电流中含有有功分量的特点。非故障线路和消弧线圈产生的有功分量方向相同且都经过故障点返回，因此利用故障线路有功分量比非故障线路有功分量大且方向相反的特点，可区分故障线、相。缺点是故障电流中有功分量非常小，易受零序电流过滤器中不平衡电流等因素的影响，必须取得零序电流信号。
　　4．2谐波分量法
　　5次谐波大小和方向法原理为：电相接地故障时，由于故障点、线路设备的非线性影响，故障电流中存在着谐波信号，其中以5次谐波为主。由于消弧线圈对5次谐波的补偿作用仅相当于工频时1/25，可以忽略消弧线圈的作用，因此故障线路的5次谐波比非故障线路的都大且方向相反。缺点是5次谐波含量较小（小于故障电流是10%）且在有电弧现象是不稳定。
　　4．3暂态分量法
　　暂态分量法分为暂态分量幅值、暂态分量方向等方法。暂态分量幅值法是根据故障线路暂态分量幅值等于非故障路之和，即故障线路幅直大于非故障线路原理进行选线。暂态分量方向法根据故障线路暂态分量方向与非故障线路相反的原理工作，基本过程与暂态分量幅值法相同。也可以同时使用暂态分量的幅值和方向信息。使用暂态分量的缺点是：金属性接地时暂态分量只在接地后的首半波出现，不会重现，不易捕捉；容易受暂态信号的干扰；暂态信号频率较高，受技术条件限制，对暂态信号进行实时检测比较困难。
　　4．4注入信号寻迹法
　　利用单相接地时原边被短接、暂态处于不工作状态的故障相TV向接地线路注入一个特定的电流信号（不同与故障时线路中已有的信号特征），由于注入信号会沿着接地线路经接地点注入大地，用信号寻迹原理即可实现选线并可确定故障点。其困难是注入信号的强弱受TV容量限制；接地电阻较大时线路上分布电容会对注入的信号分流，给选线和定点带来干扰；如果接地点存在电弧现象，注入的信号在线路中将不连续且会破会信号特征；无论是电缆线路，还是架空线路在定点时线路中的信号都不易被接收。
　　5建议
　　5．1接地过程中的电弧现象应引起足够的重视
　　有些电弧性故障在故障电流第1次过零或几个周波后自动消失，称为瞬时性故障；有些电弧性故障则在故障消失后又重燃，称为间歇性电弧故障；如果电弧只在故障点流过零时熄灭，过零后又重然则称为稳定性电弧。电弧接地是一个稳定的息、拉弧过程，可能引起系统运行方式的瞬时改变，导致电弧能的强烈震荡和积聚，故障电流中稳态信号的含量非常微弱，使得针对稳态信号的检测方法失去了理论基础。虽然这些产品在模拟试验中的效果都不错，但由于模拟试验大都采用人工接地方法，与实际运行中的接地过程并不完全相同。因此，这些产品在使用中的效果就不如试验中理想。
　　5．2注重利用暂态信息方法的研究
　　接地故障中的电弧过程普遍存在，使得暂态信息的含量非常充足。过去，虽然有人提出了利用暂态信息的方法，却没有做深入的研究，同时由于及时条件的限制，不可能实现对暂态信息的实时检测。而现代微电子技术的发展，特别是DSP技术的应用，使得线路中暂态信息的实时检测称为可能。加上神经元网络、小波变换等技术在信号分析方面的优势，利用暂态信息的方法一定能够取得突破性的进展。
　　5．3加强对接地机理的研究
　　过去的工作大都集中在故障线路分析和信号分析、信号特征的基础上，忽视了故障的产生、电弧过程的机理研究。只有充分理解故障机理，才能提取到真正的故障信息特征。
　　5．4重视瞬时接地故障对电缆运行状态监视预报的研究
　　架空线路中大多数的瞬时性故障是由于雷电、落鸟等外部因素造成的，故障消失后线路又恢复正常。瞬时性故障就是意味着电缆瞬时性的击穿，即使故障消失后，击穿后的绝缘也会大大降低，很容易引起在次击穿造成长期接地故障甚至多相接地短路，并就瞬时性故障和电缆运行状态监视的关系提出预报。
　　5．5重视配电自动化中的单相接地故障检测功能
　　配电自动化（DA）事业在我国正方兴未艾，其远方终端（RTU）大多具有双CPU及实时交流采样技术，有些还应用DSP技术和多任务操作系统，成为一个功能强大的平台，为故障（包括单相接地）检测和管理创造便利条件。尤其是将其应用到馈线自动化中，可以确定接地点所在的区间。

《油田配电网单相接地检测技术的应用与研究》

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