一种基于可分相投切电容器的小电流接地选线装置研究

一种基于可分相投切电容器的小电流接地选线装置研究

廖振

（国网湖南省电力有限公司邵阳供电分公司，湖南 邵阳 422000）

摘要：中性点不接地系统发生线路单相接地故障时由于故障电流较小，故障特征不明显，造成故障选线困难。此时的故障电流主要为零序电流，是整个系统的对地容性电流。因此系统的对地容性值越大，那么发生单相接地时的对地容性电流也越大，系统的故障特征也越明显。通过设计一套可单相投切的电容设备，将其并联在不接地系统中，当系统发生单相接地故障时可投入非故障相的电容器，增大系统的故障特征，从而顺利选出故障线路。

0.引言

我国对小电流接地选线问题在上世纪五十年便开始研究，在上世纪八十年代第一代微机选线装置面世。随着相关的理论和技术不断发展，现在已有大量的新型小电流选线装置投入实际运行，而现场应用效果却不尽如人意。造成选线结果不准确的原因有很多，但是主要原因是接地点零序电流太小。因为小电流接地系统发生单相接地时接地点的过渡电阻高达数千欧甚至上万欧，这样造成接地点的零序电流往往只有几十到数百毫安，有些高阻接地甚至只有几个毫安，即便是发生是发生金属性接地，故障点零序电流往往也仅有几个安培，故障信息被淹没在输电线路中数十安甚至上百安的负荷电流中，无法判断故障线路。

故障信号微弱，零序电流互感器检测十分困难。因此采集到正确可靠的故障信息是解决小电流接地选线难题的重要突破口。

1. 小电流接地系统发生单相故障时零序电流流向分析

中性点不接地系统发生单相接地故障时由于没有直接通路，因此不会形成较大的故障电流，正常的负荷电流仍会流过故障相向用户供电，故障相的相电压降为零，非故障相的相电压上升为线电压，中性点电压上升为相电压。由于此时系统的线电压仍然保持对称，可以对用户正常供电，因此允许系统短时间运行，一般不超过2个小时。

然而不接地系统对地有电容效应，架空线路越长，或是采用电缆线路越长，该等效电容值越大，每条线路的对地等效电容与故障接地点之间会构成一个容性电流回路，会有一个容性电流流过故障接地点，由于等效电容值较小，因此该容性电流值较小，一般以电弧形式显现。不接地系统中每条出现的对地电容可以近似认为相等，即

C₀₁=C₀₂=C₀₃=C₀₄ (1)

如果线路3中的C相线路发生金属性接地，整个系统的C相电压降为零，A、B两相电压上升为原来的 倍，即为线电压，主变中性点O点的电压上升为相电压。

中性点不接地系统发生单相接地故障零序网络等效电路图如图1所示：

图1. 系统发生单相接地故障零序网络等效电路图

图1中 —变压器中性点零序电压，发生金属性接地故障时该值为系统正常运行时的相电压E；

—为故障点接地电阻，发生金属性接地时该值为零；

—线路一到线路四的对地等效电容；

—单相接地故障流过接地点的零序电流。

（1）发生金属性接地时，故障电流分析

设 四个并联电容的等效电容为 ，那么发生单相金属性接地时：

(2)

上式中 ，其中 为电网频率。

流过接地点的故障电流 (3)

2. 发生非金属性接地时，故障电流分析

系统中零序电流为：

(4)

中性点零序电压为：

(5)

由式（4）可知，当 值很大并且 很小，那么整个阻抗值很大，即发生高阻接地时， 值会非常小，使得故障特征信号不明显，造成接地选线困难。

2. 基于可分相投切电容器的小电流选线原理

如果在母线的三相上分别并联一组电容器，每相母线上电容器的投切分别由单相断路器KA、KB、KC控制，系统正常运行时，这三个单相断路器均断开，当出线的某相发生接地故障，另外两个非故障相的断路器闭合，故障相的断路器不闭合，从而将相应的电容器组投入运行。其系统等效电路图如图2所示。

图2. 单相可投切电容器接入后系统等效电路图

在图2中， 为所有出线的对地等效电容， 为在母线上并联的可分相投切的电容。

由图2可知 ，其中 为流过故障接地点的零序电流。如果 选择合适，那么 的值会明显增大，从而使得接地线路具有明显的故障特征，实现准确选线。

3. 基于可分相投切电容器的小电流接地选线装置设计

设计一套由三个电容器组、三个单相断路器、一个控制模块组成的选线装置。其工作接线图如图3所示。三个电容器组C1、C2、C3在设计时已经计算出容量，且C1=C2=C3。KA1控制C1，KA2控制C2，KA3控制C3，三个断路器的投切控制信号由智能控制模块发出。每条出线的零序电流值接入到智能控制模块，该模块通过检测每条出线的零序电流大小，零序电流值最大的即为故障线路。保护测控装置将母线电压传送给智能控制模块，作为投切电容器组的判据具体工作过程为：如果保护测控装置发C相接地告警信号，那么智能控制装置将A、B两相的电容器组投入运行，再检测每条出线的零序电流大小，若有一条出线的零序电流明显大于其他出现的零序电流值，则判定该出线为故障线路。

图3. 选线装置接线图

4. 结论

本装置通过在非故障相的母线上投入并联电容器，升高了系统的对地电容值，大大增加了流过故障相接地点的零序容性电流，且该容性零序电流增量是从投入的并联电容上流到故障线路中，并未流过其他非故障出线，因此使得接地线路的故障特征量十分明显，选线难度有了很大的降低。

参考文献

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