摘要：35kV及以下电力网为非直接接地的电网，接地时接地点的间歇性电弧可能在电网中引起过电压，使非故障相的绝缘薄弱点发生第二点接地，造成事故扩大。该文针对小电流接地系统发生单相接地故障特点，推广应用绝缘监察的选线装置。

要害词：小电流接地系统；绝缘监察；选线装置

中图分类号：TM64　　　文献标志码:A　　　　文章编号:1003-0867(2006)01-0027-03

我国广大的城乡配电网均属于小电流接地系统，即中性点不接地或经消弧线圈接地系统。该系统最大的优点是发生单相接地故障时，并不破坏系统线电压的对称性，系统可继续运行1～2h，运行人员务必在规定时间内判定出故障线路，使之与系统隔离，以防止故障的进一步扩大。基于小电流接地系统发生单相接地故障时出现零序电流及零序电压的特点，通过检测不同的量，就构成了技术特点不同的小电流接地系统绝缘监察装置。非凡随着近几年农村电网改造资金的不断投入，新产品、新设备在电力生产中得到大力的推广和使用，本文结合山东省单县电网的实际应用，对技术特点不同的小电流接地系统，绝缘监察装置的专业技术介绍如下。

1小电流接地系统单相接地故障的特点

故障相电压为零，未故障相对地电压升高到相电压的31/2倍，即等于线电压；各相间的电压大小和相位仍然不变，三相系统仍然保持平衡；各相对地电压发生变化，电压最高相的下一相为接地相。

非故障线路3倍I0的大小等于线路的接地电容电流，其电容性的无功功率由母线指向线路；故障线路3倍I0的大小等于所有非故障线路的3倍I0之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和，其故障线路电容性的无功功率由线路指向母线。

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相位相差180°。

电网除了基波零序电压、电流外，还存在谐波电压、电流，其中以3、5次谐波的分量较大，谐波电流的分布规律与基波零序电流的分布规律具有同样的特点。

基于以上小电流接地系统发生单相接地时具有的特点，目前，在电力系统的小电流接地信号装置的设计判据主要有以下几种：

·反映零序电压的大小；

·反映工频电容电流的大小；

·反映工频电容电流的方向；

·反映零序电流有功分量；

·反映接地时5次谐波分量；

·反映接地故障电流暂态分量首半波。

2三相五柱式电压互感器

该装置用于公用母线的三相五柱式电压互感器，其一次线圈及主二次线圈均接成星形，附加二次线圈接成开口三角形。接成星形的二次线圈供电给绝缘监察用的电压表，保护及测量仪表；接成开口三角形的二次线圈供电给绝缘监察继电器。正常情况下，系统三相电压对称，三相电压之和为零，开口三角两端电压接近于零，电压继电器不动作。当发生单相接地故障时，开口三角两端出现零序电压，电压继电器动作，发出预告信号。开口三角形每相绕组的额定电压为100/3V，单相接地时，开口三角两端出现的三倍相电压为100V。

这是目前农村配电网使用最多，最传统的绝缘监察装置，其优点是投资小，接线简单，操作及运行维护方便；其缺点是只发出系统接地的无选择性预告信号，不能确切判定发生接地的故障线路，运行人员需要通过拉路，分割电网的方法来进一步判定故障线路，影响了非故障线路的连续供电。由于历史的原因，单县电网早期设计安装投运的35kV终兴、曹庄变电站，均采用了这种绝缘监察装置。由于技术的进步，也反映出这种装置的局限性，甚至可以说该装置的优点是以牺牲非故障线路的供电可靠性为代价的。随着城乡经济的快速发展，外资项目的引进及一些高技术含量的加工企业的兴办，这种无选择性的绝缘监察装置已不适应于城乡经济对供电可靠性的要求。

3比较零序电流大小的接地选线装置

在某一线路发生单相接地故障时，流过非故障线路的电容电流等于线路的接地电容电流，流过故障线路的电容电流等于电网总电容电流减去线路的电容电流。假如电网的线路很长，总电容电流与每回线路的电容电流相差也很大，利用这一特点就构成了基于比较各出线零序电流大小的小电流接地选线保护装置。使用该装置应注重下列问题：

在发生接地故障的瞬间，瞬时电容电流的幅值很大，经工频的一个周波后，瞬时分量逐渐衰减。为使电流保护不致在瞬时过程情况下误动作，保护应带有20～30ms的延时。

通常接地电容电流值是很小的，约为几安到十几安，而线路的负荷电流则很大，达几百安以上。因此在测量接地电容电流时，必须注重由负荷电流引起的电流互感器不平衡电流的影响。接地电容电流可由零序电流互感器或零序电流滤波器测得。但采用零序电流滤波器，三相电流互感器的次级绕组并联后接到电流继电器。当各相电流互感器的初级侧通入各相负荷电流和零序电容电流时，由于电流互感器的励磁阻抗特性不一致，在零序回路中将出现不平衡电流。不平衡电流值可能接近或超过折算到二次侧的接地电容电流值，即零序电流滤波器不能正确测量小的接地电容电流。因此一般不采用这种方式。

在辐射状电网中，该种装置在一定程度上可以获得应用，但在结构复杂的配网中，由于运行方式的变化和环网分流的作用，装置的灵敏性显得不够。电容电流接地保护往往得不到足够的灵敏度，使这种保护方式的应用受到限制。

当中性点采用消弧线圈接地时，由于消弧线圈的补偿作用，流过接地故障点的残余电流值一般很小，此种情况下该装置不能应用。

这种装置的整定值要求按下式计算：　　

(I_c-I_max)/1.5>I_整定>1.5I_max

式中I_max——最长线路的电容电流值；

　　I_c——系统总的电容电流值。

假设I_c=1.5A，I_max=1.0A，则上式无法满足。因此采用“绝对值原理”的小电流选线装置，原理上存在着误选、多选或选不出的可能性。

一般的城乡配电网其线路不长，总电容电流与每回线的电容电流相差也不很大，加上各回线的负荷大小不一样，电流互感器的误差，采样误差，信号干扰以及线路长短差别悬殊的影响，使这种选线装置的灵敏度显得不够，限制了其进一步的推广应用。这种选线装置有XDJ-2、ZD-2等型号，在单县35kV张集、浮岗变电站就采用了这种小电流选线装置。

4比较电容电流方向的小电流选线装置

在发生单相接地故障时，非故障线路的电容电流超前于零序电压90°；故障线路的总电容电流滞后于零序电压90°。根据这一原则，可以利用零序方向元件来区分出接地故障线路。比较线路电容电流方向的小电流选线装置正是根据这一特点构成的。该接地保护通常在变电所中装设一套公用的装置，其电压回路固定接在母线电压互感器的3U0上，电流回路则通过切换开关，接到各回出线电流互感器的零序电流回路中。在发生接地故障时，变电所反应3U₀的电压继电器动作，发出信号，再由运行人员切换电流回路的开关，当切换到接地线路时，零序方向元件动作，发出信号。这种选线装置在未装设消弧线圈的35kV及以下系统中，已得到广泛的应用。值得一提的是，使用这种选线装置，要确保各出线电流互感器的极性及接线一致正确，排除干扰的影响，否则仍将可能出现误判定。ZD-4型、ZD-4D型、ZD-8D型小电流选线装置属于这种类型。

5反应零序电流有功分量的接地保护

在装有消弧线圈的接地系统中发生接地故障时，故障点的残余电流值较少。为实现有选择性的接地保护，可采用在中性点侧投入电阻的方式。在接入电阻R时，接地电流中将出现一个有功分量I_OR，I_OR与零序电压U₀同相，因此可利用反映有功分量的零序方向元件来判别故障线路。电流I_OR流过故障点，电流的有功分量可使接地故障点产生附加的热量，为此在选择电阻R的数值时，应使流过故障点的电流I_OR分量不超过5～10A。

电阻投入的方式为：在发生接地故障时，反应3U₀的电压继电器动作，经一短时间后，将电阻R回路的断路器接入，接地电流中即出现了有功分量。此时电网中反应有功分量的零序方向继电器可以正确动作，发出信号并将动作的状态固定下来。经过一个短时间后将电阻R回路的断路器断开。运行人员将根据信号动作的状态拉开接地故障线路使之与系统隔离。型号ZD-6型、XDJ-6型就属于运用功率方向的选线装置。当配电网有短线路，由于该线路的零序电流小，功率方向元件在受干扰的情况下，仍存在误判及多选的可能性。此外，由于要在中性点另多装一个断路器，也限制了该装置的推广应用。

6反映5次谐波分量的接地保护

在接地电容电流中除基波分量外，经分析与测试得知，还包含有各种高次谐波分量，其中5次谐波分量的幅值较大。在发生接地故障时，在5次谐波零序电压U₀₅的作用下，5次谐波零序电流I₀₅即构成了通路。虽然5次谐波电压的幅值只有基波的百分之几，但对线路的容抗，5次谐波却为基波时的1/5。在架空线路情况下，5次谐波接地电流3I₀₅为：

3I₀₅=(pU_xL/70)×100

式中p——5次谐波电压占基波电压的百分数；

　　U_x——电网的相电压，kV；

　　L——电网的线路长度，km；

　　3I₀₅——5次谐波接地电流，A。

从分析中可知，在发生接地故障时，非故障线路的5次谐波零序电容电流由母线流向线路，而在故障线路中则是由线路流向母线，即非故障线路的电流I₀₅比5次谐波零序电压U₀₅超前90°；故障线路的电流I₀₅则比零序电压U₀₅滞后90°。假如利用I₀₅和U₀₅来构成零序方向元件，并使I₀₅滞后U₀₅90°时方向元件具有最大灵敏系数，即可实现有选择性的接地保护装置。对于结构较简单的电网，也可以利用5次谐波电流值的差别，来实现反映5次谐波电流值的接地保护。许昌继电器厂生产的ZD5型接地信号装置就是利用5次谐波电流为判据的。该装置解决了中性点经消弧线圈接地时，故障点残余电流小，故障线路与非故障线路零序电流方向不确定的选线装置的技术难点。

7微机选线装置

小电流接地系统的选线问题一直是电力系统的一个难题，理论上讲小电流接地系统发生单相接地时具有明显的特点，但要在装置的技术上实现选线却很困难。由于零序电流较小，且有很大的分散性，给实现选线带来一定困难，系统经消弧线圈补偿后困难更大。

另一方面系统运行方式的变化或各线路长度相差悬殊，也导致反映单一判据的选线装置运行中经常发生误判。目前在技术上日趋成熟，市场上形成主导产品的小电流接地系统选线装置大多采用“相对原理”、“双重判据”构成，如MLX198G型、MLN98型、LH-02型等微机选线保护，单县110kV帅楼、谢庄变电站得到了推广应用，现场人员反映，装置运行安全可靠，故障定位准确。