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10kV中性点经消弧线圈接地系统单相接地引发线路故障的分析及防范措施摘要：随着城市配电网的不断发展，负荷密度越来越大，电力电缆大量投入系统运行，电容电流也随之越来越大。
当系统发生单相接地故障时，接地电弧不能自熄，将引起弧光接地过电压，持续时间一长，在线路绝缘弱点还会发展成两相短路事故。
因此，当电容电流足够大时，就需要采用消弧线圈补偿电容电流。
为避免不适当的补偿给电力系统安全运行带来威胁，必须正确测定系统电容电流值，并据此合理选择消弧线圈电流值及补偿方法，才能做到正确调谐，避免单相接地故障扩大，提高供电可靠性，确保人身设备安全。
关键词：接地系统；线路故障；防范措施引言10kV系统中性点接地的方式主要有不接地、经电阻接地及经消弧线圈接地三种类型。
《中国南方电网公司城市配电网技术导则》规定：主要由架空线路构成的配电网，当单相接地故障电容电流35kV不超过10A，10kV 不超过20A时，宜采用不接地方式；当超过上述数值且要求在故障条件下继续运行时，宜采用消弧线圈接地方式。
主要由电缆线路构成的10kV配电网，当单相接地故障电容电流不超过30A时，可采用不接地方式；超过30A时，宜采用低电阻接地或消弧线圈接地方式。
当前由于通道制约、城市美化、经济发展等因素，10kV电力电缆大量投入配电网运行，电容电流成倍增长，部分变电站中性点接地的方式、消弧线圈补偿电流值已不能满足补偿要求。
电力技术的发展和高质量供电的需求，需要我们进一步加以改善。
下面我们就一起发生在220kV某变电站10kV系统的单相接地故障进行分析。
一、10kV系统单相接地引发多回线路故障案例2012年10月11日，220kV某变电站10kV系统发生一起由10kV线路单相接地引发多条线路跳闸的事件。
由于多条线路停电，造成了城市部分区域的停电，影响面积较大，具体故障经过：10:21 分220kV某变10kV系统A相接地，选线装置显示为10kV沧浪左线。
管理与标准化 / M a n a g e m e n t a n d S t a n d a r d i z a t i o n134（国网重庆市电力公司彭水供电分公司，重庆 409600）摘要：在我国接地系统中使用中性点经消弧线圈接地系统居多，故障频发一直困扰着配电网的正常工作，其中单相接地故障是非常普遍的故障之一，因此高效的排除单相接地故障就显得格外重要。
文章通过单相接地故障的发生的时刻、接地电阻、电网结构及非故障线路的分析，准确找到故障源头，并科学的、切合实际情况的给出解决方案，致力于高效的分析故障和解决故障，营造一个健康的电网使用环境。
关键词：单相接地系统；故障分析；选线方法中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法朱晓文1 基于比幅比相的选线方法在中性点经消弧线圈接地系统中，发生了单相接地故障后，存在一个暂态过程，在此暂态过程中的接地电流具有与不接地系统发生单相接地故障后的故障特征相似。
故障线路的幅值近似等于非故障线路的和，其相位与非故障线路相反，相位相差约90°~180°。
为了更加直观的观察这种故障特征，文章利用MATLAB/SIMULINK 模块搭建了一个10 KV，3出线的电力系统进行仿真。
在仿真开始前，选择离散算法，设置了仿真结束时间在0.2 s，利用Powergui 模块设置采样时间为1×10-5 s，在系统0.04 s 时发生了短路。
仿真后的各线路零序电流波形图如图1所示。
（a）非故障线路零序电流（b）非故障线路零序电流（c）故障线路零序电流图1 各线路零序电流图通过仿真波形可以看出，在线路发生故障的初始暂态过程中，故障线路的零序电流幅值明显大于非故障线路，其幅值大致的零序电流为全系统非故障元件的对地电容电流之和，其前半个周期的波形的相位也与健全线路的相位相反。
但这种方法需要利用得到零序电流在半个周期内的波形的幅值、相位，由于波形中存在高频信号的干扰，波形并不是标准的正弦波形，所以需要利用一种方法对曲线进行拟合，得到波形在半个周期内的幅值和相位的稳态值。
10kV配电网中性点经消弧线圈接地系统的故障选线方法探讨摘要：伴随我国整个电力系统的持续发展，选用电缆线路的中低压配电网日渐增多；需要指出的是，因电缆线路在具体电容上，要明显大于架空线，所以增加电缆线路会迅速增大系统的电容电流，最终会影响设备绝缘安全与设备保护。
针对此情况，做好故障选线工作尤为重要。
本文围绕10kV配电网中性点经消弧线圈接地系统，就其故障选线方法作一探讨。
关键词：10kV配电网；中性点；经消弧线圈接地系统；故障选线在我国所应用的3~10kV电力系统当中，如果出现单相接地故障，且电容电流＞30A，或者是35~60kV系统电容电流＞10A，都需要采用的接地方式为中性点经消弧线圈方式。
针对此方式而言，其有着比较多的优点，比如能实现瞬时性接地故障的自动消除、较小的线路接地故障电流等，因而被广泛应用在10kV配电网系统当中。
但需要指出的是，受消弧线圈所具有的补偿作用的影响，使得原本用于区分非故障线路与故障线路的电气特性消失，而且在相电压过零点时、过峰值时发生故障存在不同特征，使得常规故障选线方法已较难满足现实需要。
本文基于小波变换中信号奇异性检测原理，分析故障发生后的暂态零序电流，并通过对比暂态零序电流最大模极大值比值与其既定阀值，来实现选线。
1.中性点经消弧线圈接地系统故障特征分析针对中性点经消弧线圈接地电网来讲，当其出现单相接地故障后，其在具体的特征量上，主要有两部分构成，其一为故障等效电源作用所形成的故障分量，其二是对称三相电源作用所形成的正常分量。
还需要指出的是，因电力系统各个元件能够在参数元件中等效分布，因此，该过程与一个分布参数网络所对应的零状态响应过程处于等效状态。
因线路当中存在有分布电容、电感，因此，在整个故障暂态分量当中，会充斥大量的故障信息，而且还囊括有许多频率成分，所以，可通过得到暂态特征量，来促进选线精度的提升。
2.小波变换信号奇异性检测的基本原理小波分析乃是傅里叶变换的重要部分，能够实现时-频的同时局部化，而且还能分解信号，使之处于各频带上，也就是在低频部分上，时间分辨率低，且频率分辨率的高；而在高频部分，则频率分辨率较低，且时间分辨率较高，尤其适用于暂态信号、非平稳信号的分析。
10kV系统中性点经消弧线圈接地方式分析摘要：针对10kV配电网系统规模的不断扩大及电缆馈线回路的增加，单相接地电容电流也在不断的增大，改造电网中性点接地方式、合理选择电网中性点接地方式，已是关系到电网运行可靠性关键的技术问题，文中就10kV电网的中性点经消弧线圈接地方式进行分析和探讨。
关键词：10kV配电网中性点接地；消弧线圈前言：在选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题，需要考虑以下几方面：①供电可靠性；②与设备制造和建设投资息息相关的电网绝缘水平与绝缘配合；③对继电保护和自动装置等的影响；④对通讯和信号系统的干扰；⑤对系统稳定的影响。
电力系统中实际采用的中性点接地方式，按主要运行特性划分，可分为有效接地系统和非有效接地系统两大类。
有效接地系统也称大电流接地系统，其划分标准是系统的零序电抗X0 和正序电抗X1 的比值X0/X1≤3，且零序电阻R0 和正序电阻R1 的比值R0/R1≤1。
这类接地系统的优点是内部过电压较低和可以降低设备的绝缘水平，从而大幅度节约投资，在110kV 及以上电压系统得到普遍应用。
非有效接地系统也称小电流接地系统，其划分标准是系统的零序电抗X0 和正序电抗X1 的比值X0/X1>3，且零序电阻R0 和正序电阻R1 的比值R0/R1>1。
这类接地系统的优点是供电可靠性较高，在绝缘投资所占比重不大的110kV 以下配电网中普遍采用。
此类接地系统，包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地及中性点经高电阻接地等方式。
一、概述我国10kV电压等级配电网多为中性点不接地系统，在电网发生单相接地时，不会跳闸，仅有不大的容性电流流过，允许继续运行一段时间。
但是随着电网的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地时容性电流不断增加，接地弧光不易自动熄灭，容易产生间隙弧光过电压，进而造成相间短路，导致电网内单相接地故障扩展为事故。
我国电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定；3~10 kV架空线路构成的系统和所有35 kV、66 kV电网，当单相接地故障电流大于10 A时，中性点应装设消弧线圈，3~10 kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30 A时，中性点应装设消弧线圈。
中性点不接地或经消弧线圈接地电力系统特性分析[ 作者：罗海 | 转贴自：本站原创 | 点击数：303 | 更新时间：2008-4-21 | 文章录入：imste 2007年第 6 期 ](内蒙古技师培训学院，内蒙古呼和浩特 010051)摘要：本文论述了中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统的结构，系统正常运行和故障运行时的特性。
关键词：中性点；接地；消弧线圈；电力系统中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2007)06—0101—02 电力系统的中性点是指发电机或变压器的中性点，从电力系统运行的可靠性、安全性、经济性和人身安全等方面考虑，中性点常采用不接地，经消弧线圈接地、直接接地和经低电阻接地四种运行方式，我国3—66KV系统，一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式。
1 中性点不接地电力系统的运行特点中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图如图1所示：设三相系统的电源电压和电路参数都对称，每相与地之间的分布电容用一个集中电容C来表示，线间电容忽略。
系统正常运行时，三个相电压UA 、UB、UC对称，三个相的对地电容电流ICO也对称，其相量和均为O，中性点对地电压为O，各相对地电压就是相电压。
系统的线电压大小和相位差仍保持不变。
接在线电压上的用电设备仍能正常工作。
但这种单相接地状态不允许长时间运行。
因为系统单相接地后长时间运行可能造成非故障相绝缘薄弱处被击穿，形成相间短路，产生很大的短路电流，从而损坏线路及用电设备；此外，较大的单相接地电容电流会在接地点引起电弧，稳定电弧可烧坏设备，引起相间短路，间歇电弧可产生间歇电弧过电压，威胁电力系统的安全运行。
因此，我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，系统运行时间不应超过2h。
中性点不接地系统都应装设单相接地保护装置或绝缘监测装置，在系统发生接地故障时，发出警报，提醒工作人员采取措施，排除故障。
中性点经消弧线圈接地系统发生单相故障时选线不准问题分析小电流接地系统，包括中性点不接地系统，中性点经高阻接地、中性点经消弧线圈接地系统。
对于中性点不接地系统，由于不够成短路回路，我国规程规定可以继续运行1～2个小时。
但随着线路长度增加，电容电流增大，弧光接地过电压倍数增高，长时间运行还容易造成相间短路，尤其是在中性点接地系统中，发生永久接地时，故而更有必要分开故障线路，进行检修。
但是由于中性点经消弧线圈系统具有接地故障电流小、不易燃起电弧等特点，其作用原理是补偿发生接地故障时流过中性点的容性电流，这就造成了故障电流变小的特点，给选线装置提出了技术难题，为深入剖析经消弧线圈接地系统选线不准的原因，有必要对小电流接地系统发生接地时的故障特点进行陈述。
对于中性点不直接接地系统，当发生单相接地故障时电路图如下图所示：从图中可以看出：1.电力系统发生单相接地时，故障线路故障相电压近于零，非故障相电压升高为线电压。
2.非故障相线路电容电流值为原来的3倍，相位超前该相对地电压近90度。
3.故障相零序电流最大，为非故障相零序电流之和。
对于中性点经消弧线圈接地系统，当发生单相接地故障时电路图如下图所示：EaEbEcC C CI LI c0Σ(a)图2 中性点经消弧线圈接地示意图从图中可以看出，当中性点经消弧线圈接地系统，通过接地的电容电流与消弧线圈电感电流相互补偿，在发生单相接地故障时，使流过接地点的电流较小，小电流接地系统一般采用过补偿运行方式，在此种运行情况下，将与中性点不直接接地系统规律不同，故障线路与非故障线路的电流方向大致相同，幅值上也比较接近。
在以上接地故障特征的基础上，对于小电流接地系统故障选线装置，现在通用的单相接地选线方法原则上可以说就是通过故障发生时的故障特征来判断哪条线路发生了故障，这些故障特征一方面是稳态信号，一方面是暂态信号，总的来说稳态故障特征指的就是零序电流、零序电压，相位等，暂态特征指的是高次谐波，因为在发生故障时，高次谐波在故障线路与非故障线路时是不相同的，但总的来说故障电流较小，故障特征不明显是选线理论所要解决的核心问题。
目前，消弧线圈接地系统的单相接地选线方法归纳起来主要有两类，一类是通过改变消弧线圈回路参数来获取接地故障特征的方法；另一类方法不通过改变消弧线圈回路参数，只依据单相接地时的自身接地故障特征。
第一类方法应用得最多的是单相接地时在消弧线圈旁并接电阻，以改变接地故障线路的零序电流，通过检测各线路零序电流的改变实现接地故障线路的选择。
虽然这种单相接地选线方法具有相对较高的选线正确率，但也存在如下的不足1）需要增加电阻及相应的开关控制设备，加大了设备成本，且电阻的开关控制设备是系统运行的薄弱环节2）消弧线圈并接电阻后，其故障线路接地点电流将大幅增加，影响系统的运行安全；3）消弧线圈并接电阻是在判断系统稳定单相接地后进行的，其接地选线时间一般大于5 s，对小于 5 s 的瞬时单相接地，通常不能反应。
第二类方法不存在以上第一类方法的不足，但由于选线原理和实现手段的缺陷，其大多数单相接地选线方法的选线正确率是较低的，具体的常用的选线原理和算法有如下几种：1.零序保护原理──该原理是利用故障线路的零序电流大于非故障相线路的零序电流，即非故障相的零序电流等于本线路的电容电流,故障线路零序电流等于所有非故障线路的零序电流之和。
通常故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大得多,利用这一原则区分出故障和非故障线路,从而构成有选择性的接地保护。
为保证选择性,保护装置的动作电流应按躲过本线路的零序电容电流进行整定。
对于中性点经消弧线圈接地系统,由于消弧线圈提供的电感电流补偿了电网的对地电容电流,使流过故障线路的零序电流大大减小,此时很难获得保护的选择性。
另外一个影响可靠性的因素是故障点电弧不稳定现象没有稳定的接地电流，可能造成选线失败2.零序功率方向原理──零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90°,非故障线路零序电流超前零序电压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°。
根据这一特点来实现选择性接地保护。
对于中性点经消弧线圈接地系统,一般情况下,消弧线圈均工作于过补偿方式中,此时故障线路的电容电流被流经消弧线圈的电感电流所补偿,故障线路零序电流超前零序电压90° , 方向与非故障线路相同，故无法进行保护。
对间歇性接地故障来说，零序电流畸变严重，难以计算其相位，方向法比零序电流幅值比较法更容易出现误判断3.谐波电流方向保护原理──由于电力电子传动装置在供电网中的推广应用,以及电源变压器铁芯非线性的影响,电网中除存在基波成分外,必然还包含一系列谐波成分。
故可利用5次或7次谐波电流的大小或方向构成选择性接地保护。
对于中性点经消弧线圈接地系统,因消弧线圈的作用是对基波而言的,5 次或7 次谐波电流的分布规律与中性点不接地电网一样,故该原理仍然可行。
但由于5次或7次谐波含量相对基波而言要小得多，且各电网的谐波含量大小不一,故以此原理构成的保护其零序电压动作值往往很高，灵敏度较低,在接地点存在一定过渡电阻的情况下将出现拒动现象。
4.“S”注入法保护原理──该原理是通过运行中的电压互感器向电网注入信号。
利用信号寻踪原理, 实现故障探测。
由于故障选线是通过注入信号实现, 无需使用零序电流互感器,也与电流互感器的接线方式无关。
注入信号寻迹法其前提是故障点永久接地，信号比较稳定，对只装设两相的架空出线难于得到零序电流，可以采用以下方法，首先确定故障相别，然后通过母线，向接地线路的接地相注入信号电流，然后利用专用的信号电流探测器查找故障线路和故障点，注入信号寻迹法中信号是通过单相接地时暂时处于闲置状态的接地相注入的，信号发生设备与一次强电系统之间通过电磁耦合没有直接电的联系，且不需要装设零序电流互感器，不受消弧线圈的影响，对于谐振接地电网来说，注入信号寻迹法选线正确率远高于前面介绍的几种方法，但该方法的缺点在于：需要增加信号注入设备注入信号强度受容量限制，对于高阻接地及间歇性故障检测效果不好。
5.首半波保护原理──利用稳态信号的选线方法应用效果不理想，一个主要的原因是稳态接地电流微弱，故障线路中零序电流仅有几个安培，远小于线路正常负荷电流检测起来比较困难，小电流接地故障暂态电流幅值是稳态对地电容电流的几倍到十几倍，数值在数十安培到数百安培之间，并且不受消弧线圈影响。
随着高速采集与信号处理技术的发展，基于暂态信号的检测方法已经成为一个研究的热点。
该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。
它利用故障线路中故障后暂态零序电流第1个周期的首半波与非故障线路相反的特点实现选择性保护。
对短线路而言,其稳态电容电流小,暂态电容电流大。
该原理比其它各类反映接地稳态量的原理灵敏度高,对单相接地反应迅速。
但该原理不能反映相电压较低时的接地故障,且受接地过渡电阻影响较大,同时也存在工作死区。
6.零序电流有功分量方向保护原理──为说明该原理, 先以中性点经电阻接地的系统为例进行说明。
当此系统发生接地故障时, 流过故障线路始端的零序电流可分两部分, 中性点电阻产生的有功电流, 相位滞后于零序电压180°; 故障线路的零序电流, 相位滞后零序电压90°。
流过非故障线路的零序电流只有由本支路对地电容产生的容性电流, 相位超前零序电压90°。
由于中性点电阻产生的有功电流只流过故障线路, 与非故障线路无关, 只要以零序电压作为参考向量, 将此有功电流取出, 送入后级处理电路, 即可十分方便地实现选择性接地保护。
这就是零序电流有功分量方向保护的基本原理。
对中性点经消弧线圈接地系统,目前主要采用消弧线圈并串电阻运行的派生接地方式,且消弧线圈本身的有功成分较大,实测单相接地时其有功电流达1～3A。
当此系统发生接地故障时,故障线路始端所反映的零序电流除增加一部分电感性电流外,其余两部分与电阻接地系统相同,因此上述原理仍然可行。
总之，选线不准问题没有得到很好的解决，究其原因，可总结为：第一：故障特征不明显，单相接地时故障稳态电流一般小于30A 甚至只有几安培谐波分量更小在发生单相接地故障时故障特征有时明显有时不明显故障暂态信号虽然幅值比稳态信号大但是由于其持续时间短有时很难检测到所以基于单一故障特征的选线方法很难实现对各种故障情况下的正确选线，第二：母线电压的变化负荷电流的变化故障点的接地电阻不确定等因素都会造成故障零序电流的不稳定此外选线方法还会受到不稳定故障电弧的影响。
小电流接地系统选线是一种弱信号识别技术，利用以往的幅值和相位是很难判断的，所以现在有人己经开始研究将现代信号处理技术与人工智能应用于这一研究当中，主要有以下两种方法：第一：小波变换技术；由于小波分析在时域和频域上同时具有良好的局部化性质和多分辨率特性,特别适用于分析奇异信号,可以在不同频域考察信号时域与频域特征。
基于小波变换的选线技术通过小波变换对接地故障信号进行分析,提取故障零序电流波形的幅值和相位信息。
一般都是利用小波分析接地故障暂态信号,根据暂态过程中谐波的相位相反和幅值最大等关系做出选线。
当然小波分析对奇异很敏感既是优点也是缺点,选线的结果容易受干扰信号的影响。
第二：基于人工智能的选线技术；神经网络和模糊控制理论是人工智能技术中比较成熟的技术,神经网络可以根据电气量与故障间的映射做出判断。
而模糊控制则根据输入信号、利用一些常规的判剧得到的选线结果,根据模糊理论得到隶属函数,最后对这些选线结果信息做出融合得到最后选线结果。
这些方法都充分利用现代人工智能方面的技术,但仅在信号处理层次上做出了努力，其实际应用效果还有待现场的检验。
在现在的选线装置中，应用比较多的是上面所述的1～6这六种原理，但尽管有许多种选线方法被提出，但任何单一选线方法很难完全适应各种电网结构与复杂的故障状况，通常单一选线方法所利用的故障特征有限，而且这些故障特征容易受到系统接线、接地方式、线路长短、互感器误差等诸多因素的影响，降低了选线的准确度和可靠性，在不同的现场运行情况下选择不同的选线判据不失为一种解决问题的方法，例如消弧线圈并联中阻的选线方式在很多低电压等级变电站应用，并联的中阻放大了故障特征信号，增加了选线的成功率，同时并没有过分放大接地电流，缩小了事故发生率，有资料显示在实际应用中确实提高了选线的准确率。
相反，利用单相接地故障在电网中表现出的多方面特征，构造多个选线判据，对多判据提供的故障信息进行融合，利用智能信息管理技术，实现各种选线方法的优势互补，得出一个正确的选线结论，也是解决问题的好办法，现在的选线装置有的就同时采用了几种判断方法在一起，例如有功分量法和谐波电流法，通过数字处理芯片，综合判断，并得出了正确的选线结果。
