浅析小电流接地系统的接地选线及判据

1.引言
在我国35kV及10kV电力系统中，变压器的中性点多采用非直接接地方式（为小接地电流系统），当线路发生单相接地故障时，故障电流的数值往往较负荷电流小的多，故障相电压降为零，非故障相电压升高为相电压的倍，但三相之间的线电压仍然保持对称，对供电负荷没有影响，因此规程允许继续运行1～2h。但实际运行中可能由于过电压引发电力电缆爆炸、TV保险熔断甚至烧坏、母线短路等事故，因此，迅速确定系统接地点消除单相接地故障对系统的安全运行有着十分重要的意义。传统的寻找接地故障线路的方法是：依次逐条断开每回出线的断路器，故障线路被断开后，接地相电压恢复且接地信号消失，否则继续寻找。虽然这种寻找方法大多可通过重合闸来进行补救，但随着工业的飞速发展，对一些供电要求很高的用电客户来说，这种方法的弊病是显而易见的，尤其是对那些负荷较重的35kV线路，这种方法已不满足安全稳定供电的要求。小电流接地选线装置自八十年代问世以来，迅速得以普及，经历了几次更新换代，其选线的准确性虽在不断提高，但选线效果却不是很理想，据有关资料统计目前在线运行的各种型号的选线装置平均选线正确率仅为20％～30％，存在误判率较高的通病，因此许多装置安装后形同摆设，根本无法使用，造成了浪费。微机综合自动化系统较基于单片机原理的传统选线装置有着不可比拟的硬件优势和对复杂软件程序的处理能力。如何利用现有的微机综合自动化系统资源来进行准确的选线是一个亟待解决的问题。
2.小接地电流系统单相接地时零序电压及零序电流分析
单相接地故障时，故障点的零序电压为U(·)d0=(U(·)ad+U(·)bd+U(·)cd)/3=-U(·)a，故障零序电流为全系统的容性电流。
其向量图如图1所示：由于架空线路对地有相同的等值电容，根据向量图，零序电压及零序电流的特点归纳起来有以下四点：
①发生单相接地故障时（例如A相），故障相的对地电容C0被短接；
②非故障线路3I(·)01的大小等于本线路的接地电容电流，其电容性无功功率的方向为由母线流向线路；
③故障线路3I(·)02的大小等于所有非故障线路的3I(·)01之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和；其电容性无功功率的方向为由线路流向母线；
④若零序电流互感器的性是以变电所母线流向线路为正方向，那么非故障线路的零序电流超前零序电压90°，故障线路的零序电流滞后零序电压90°，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流在相位上相差180°；
3.综合自动化变电站小电流接地选线的具体实现及判据
青州电网目前广泛采用了基于WINDOWSNT(WORKSTATION4.0)操作系统的微机综合自动化系统，其小接地电流选线功能的实现硬件上配置简单、灵活，选线的软件程序也不复杂。当某段母线电压互感器的开口三角电压（零序电压）越限时（一般设置为10～20V），由公用采集装置检测出，并向选线功能主站发出信号，功能主站收到报警信号后向该段母线上的所有出线保护装置召唤零序电压及零序电流的向量，根据采集到的向量计算出接地时电容性无功功率的方向，同时根据各线路零序电流的大小，判出接地的故障线路。选线零序方向元件的z大灵敏角为90度。一般说来，从以下几点可以对接地线路进行初步的判别： ①如果以变电所母线流向线路出口的方向为正方向，接地时电容性无功功率为：Q=Im(U(·)×I(*))=Uy×Ix-Ux×Iy＞0
②接地线路的3I(·)0幅值z大；
③如无正向线路接地的特殊情况下，则判母线接地；
4.零序电流、零序电压的获取及试验方法
对于电流互感器采用三相完全星型的接线方式，可以用三相电流的矢量和作为零序电流，其优点是接线简单，不易混淆零序电流的同名端。当电流互感器为两相不完全星型的接线方式，且出线端口为高压电缆时，可加装单的零序电流互感器，其优点是不平衡电流较小，故障情况时，反应更为灵敏。一般情况下，为在故障情况下获取较大的故障二次电流特征量数值，零序电流互感器的变比应选择的尽可能的小，精度尽可能的高，z好加装专用的选线型零序电流互感器（据统计，一般的200/5零序电流互感器，当一次电流小于5A且二次侧带规定负荷时，其比差达20～40％，角误差达30～50度）。应特别注意零序电流的方向均应以母线流向线路为正，零序电流虑过器或零序电流互感器的同名端接保护装置的同名端。
大部分微机线路保护装置零序电压的选取，都由保护装置本身计算故障时的三相电压直接得出，也有的保护装置需外加零序电压，外加零序电压时应注意零序电压的方向，电压互感器的开口三角采用正性接法但是以反接线接入保护装置，也就是电压互感器的开口三角同名端(星号端)接出N并接地，再接微机保护装置的同名端3U0*。非同名端(不带星号端)接出L，同时接微机保护装置的非同名端3U0，如图2所示。
根据以上对零序电压和零序电流特点的分析及现场实际的接线，试验时需模拟故障线路的实际零序电流和零序电压的相位，如:利用广东昂立公司的6108G微机综合试验仪试验时，先加三相均衡正相序电压，再将U(·)a降为零，同时设置3I(·)0超前U(·)a90度（因为实际U(·)0与U(·)a的相位差180度），对选线装置进行试验。设备送电后，对10kV系统可选定某条出线进行实际接地试验，以此判定接线是否正确及选线装置的动作特性，但对35kV系统因接地电流较大，电压等级较高，危险性较大，可不予实际接地试验。
5.结束语
微机综合自动化系统选线较传统的小电流接地选线装置有大的优越性和进步性，但中性点非直接接地系统单相接地时产生的高次谐波以及故障过渡过程产生的过电压等，造成了传统选线装置误判率较高的弊病。微机综合自动化系统选线时往往提供三组可能接地的线路，再进行人工筛选、细化分析，将有助于提高选线正确率。青州电网已在2个110kV及6个35kV变电所采用了北京四方公司的微机综合自动化系统的选线功能，据运行统计，选线正确动作率高达95.6％，提高了我们供电部门的经济效益和社会效益。