零序有功选线与消弧线圈接地系统单相接地故障处理过程优化

从零序有功选线的基本原理出发，结合现场实际数据的分析，阐述了作为线性变换的对称分量法用于分析具有很强非线性过程的单相接地故障的局限性。在客观地分析了零序有功选线的优缺点的基础上，提出了一种实用的单相接地故障事故处理方法。
    关键词：小电流接地系统；零序有功功率；单相接地故障

Fault line detecTIng with zero sequence acTIve power and opTImizaTIon of single phase grounding fault disposing process about neutral grounding via arc extinguishing coil system

XUE jin-wa

( Lanzhou Petrochemical Company of Gansu Province, Lanzhou 730060, China )

    Abstract: Combining analysis of practical data with the basic principle of fault line selection based on zero sequence active power, the localization of symmetry component method as a linear transform when it is used in analysis of single phase grounding fault which has very strong non-linear process is expatiated. Basing on impersonally analysis about strongpoint and shortcoming of fault line detecting with zero sequence active power, an applied method about single phase grounding fault disposing is motioned.
    Keywords: neutral indirectly grounding system , zero sequence active power ,  Single phase grounding fault , optimization

0  引言
    在我国，6KV-66KV系统广泛采用小电流接地方式。特别地，当系统零序电流大于一定值时，采用消弧线圈接地系统。消弧线圈的介入对减小接地点的电流起到了很大的作用，为接地故障处理争取到了宝贵的时间。同时，消弧线圈的介入对小电流接地系统的接地保护配合造成了空前的困难。面对这种情况，如何处理好系统接地故障，保证配电网平稳运行是摆在运行人员面前的一个大问题。
    在目前很多6KV、10KV和35KV系统中，广泛采用“零序有功功率最大”原理的选线装置。过去的运行经验表明：这种选线装置的选线正确率很低。特别是在消弧线圈接地系统中，由于消弧线圈的介入，使之有恶化的趋势。面对这种情况，如何正确、快速地处理单相接地故障成为配电网平稳运行的一个瓶颈。本文通过对零序有功选线原理的充分认识，从技术和管理两个方面着手，提出了一套比较可行的办法。

1  对零序有功选线原理的讨论
1.1 原理简介
    如图1所示为一中性点经消弧线圈接地系统。在回路N的C相有一接地故障。

    零序有功选线原理认为：当回路N发生单相接地故障时，在故障点处出现了参数不对称。如果对故障点处的状态量进行对称分量分解，既把故障点处的电压、电流量进行对称分量分解，则故障点处的壮态量可以表示为三个对称分量的叠加。这样，在系统非故障点的参数完全对称的情况下，系统可以解耦为三个对称系统的综合。既：正序系统、负序系统和零序系统。各个系统可以进行独立的计算。因此，对于零序系统而言，只有在故障点处存在一个零序电压源，该电压源从系统吸收能量，然后注入到零序系统的各节点、各支路。而不存在别的任何电源。所以，故障回路成为各正常回路零序能量的提供方，因此，对于零序有功而言，故障回路的零序有功功率为最大。这就是零序有功选线原理的理论基础。
1.2 对零序有功选线原理的质疑 
    1)对于目前的零序有功选线装置，在故障初期的很短时间内完成了数据采样(例：某公司生产的有功选线装置设定为0.5s)即在与消弧线圈串联或并联的阻尼电阻被短接之前完成了数据采样。而在这一段时间之内，正是弧光电阻非线性变化最为严重的时期。这样，作为建立在线性变化基础上的对称分量法是否能够很好地作为这一非线性时期的线性近似？简单的说，这一时期内运用对称分量法是否合理？
    2) 对称分量法运用的前提条件是除故障点外系统各处的参数完全对称，这样正序、负序和零序之间才能解耦。而实际上系统各回路各相对地的绝缘电阻是不相等的，所以对于有功功率而言，正序、负序和零序之间并不解耦，换句话说，正序电压也会产生零序电流。因此，流过故障回路的零序电流不单单是零序电压作用的结果。所以，由零序电压和零序电流计算而得的零序有功功率直接受到正序和负序电压的干扰，这可能是故障回路零序有功功率并非最大的原因之一。
1.3 对于目前使用的零序有功选线系统的可利用点
    在目前的消弧线圈接地系统中，为了防止谐振过电压，都要在消弧线圈系统中串联或并联一个阻尼电阻。这个阻尼电阻对零序有功选线原理的保护配合是有利的。因为，在故障条件下，在阻尼电阻上要消耗大量的零序有功功率。这个零序有功功率不会受正序和负序的影响，它纯粹是零序电压作用的结果，这个零序有功功率流经故障回路大大地增加了故障回路零序有功功率的值。这对零序有功选线方法是有利的。

2  接地故障处理过程的优化
    基于以上的分析，我们可以得出两个启发性的结论：第一， 由于正序电压和负序电压的干扰以及非线性的影响，故障回路的零序有功功率不一定是最大的；第二， 由于阻尼电阻的作用，故障回路的零序有功功率不可能太小。 这对接地故障处理过程的优化提供了可能。
2.1 技术上的优化
    对故障情况下各回路按照零序有功功率从大到小进行排序，以零序有功功率最大的回路优先级别最高，其余类推。
2.2 对管理上的一点建议
    在事故情况下，从事中压配电工作的运行人员应该做为一个整体出现，而不是各自为阵。实现人员合理分配，统一调度，多点同时操作。确保能够快速、高效地排除故障。

3  现场运行数据的分析
    表1所示为过去一年中某一6KV系统出现接地故障时的数据汇总。

    由六次故障的数据可以看出，零序有功选线装置仅有两次正确选线，选线准确率仅为33%左右。并且这两次正确选线都是在故障点平稳接地、在事故处理过程中平稳操作的情况下，故障由II段转移至I段时出现的。真正在弧光电阻条件下选线准确的没有一次。而故障回路的零序有功功率进入前三位的概率为83%左右，这就是说，当我们把故障回路的范围放在零序有功功率最大的前三个回路上时，有80%以上的故障可以快速地得到排除。如果事故处理过程的管理比较得当，在联系一次并联的条件下排除接地故障的概率在80%以上。

4  结论
    目前小电流接地系统中普便采用的零序有功选线装置存在较大的局限性，选线正确率很低，但 如果把范围放大一点，最大限度地利用现有的装置所能得到的数据，采用合理的管理，解决单相接地故障处理的这个瓶颈问题是可能的。