[发明专利]一种电力系统高阻接地故障的综合检测方法

说明书

技术领域

本发明属于紧急保护电路装置领域，尤其涉及一种用于电缆或线路系统高阻接地故障的检测/保护方法。

背景技术

在我国电力系统中，把标称电压1kV及以下的交流电压等级定义为低压，把标称电压1kV以上、330kV以下的交流电压等级定义为高压，把标称电压330kV及以上、1000kV以下的交流电压等级定义为超高压，把标称电压1000kV及以上的交流电压等级定义为特高压；美国电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronic Engineers,IEEE）的标准文件中把2.4kV至69kV的电压等级称为中压；我国国家电网公司（State Grid）的规范性文件中把1kV以上至20kV的电压等级称为中压。

电力系统接地故障是指带电导体（架空线，电缆等）发生异常，经过大地发生短路的故障，是电力系统中最常见的故障种类。

接地故障因为是经过大地构成故障回路，故障点是回路的一端，系统自身的接地点是回路的另外一端。因此，研究接地故障，首先要明确电力系统本身的接地方式。

三相电力系统经过系统本身的中性点接地，总体上分为有效接地（即中性点直接接地或经过小电阻接地）和非有效接地（中性点不接地，经过大电阻接地和经过消弧线圈接地）两种方式。其中高压输电系统出于过电压和绝缘考虑大都采用中性点有效接地的接地方式，而中压配电系统情况比较复杂，根据实际不同的需求，各种接地方式都有可能采用。

另外，接地故障所关注的另一个问题是故障点的电阻：带电导体和大地直接或间接通过其它物体接触时，往往不是理想的金属性的短路，会伴有一定的过度电阻、电弧或间歇性等现象。这些复杂现象在传统的继电保护系统/装置中一般都是仅仅当作一个简单的电阻表示的。

在高压系统中，因为接地故障电压高，故障引起的电流稳态量大，稳态故障特征明显，这样的简化不会对故障检测带来很大影响。

但是在中压配电系统中，电压较低，稳态故障电流较小，特征不明显，加之故障点非金属性接地，故障点电阻较大，且伴有不稳定的间歇性接地，就可能无法产生足够的故障电流，给保护装置检测接地故障带来很大困难。

综上，在中压配电系统中，接地方式复杂，故障电流较小，接地故障检测的问题尤其复杂。但同时因为在配电系统中，线路杆塔低，线间距小，导线处于树枝、建筑物可触及的范围内，与这类介质接触而发生接地故障的机会大大增加。因此接地故障检测一直是中压配电系统中的难点重点问题。

由于配电系统中性点接地方式复杂，而接地方式又直接决定了故障回路和故障电流，在采用中性点不接地的中压配电系统中，理论上单相接地故障不构成故障回路，不会产生稳态的短路电流，只有通过分布电容构成微弱的电容电流；如果系统采用了中性点经过消弧线圈接地的接地方式，微弱的容性故障电流也会被补偿掉，这样的配置本身，就是希望接地故障能够自动熄灭、或者减小单相接地故障对供电的影响。

在这种系统中检测接地线路十分困难，但是正因为系统中性点有高阻抗，在接地故障发生的时候，母线上的零序电压会有偏移，故障是可以被发现的，只是并不知道母线上那一条馈线发生了故障。在这种系统中的接地故障检测问题属于小电流接地选线研究的范畴。

在采用中性点有效接地（直接接地或小电阻接地）的中压配电系统中。接地故障后的故障回路中的阻抗小，故障大都不能自动熄灭，需要过流保护动作才能把故障清除（希望过流保护动作切除故障实际上也是采用中性点有效接地的接地方式的目的之一）。

但是，如果在故障点有较高的故障电阻，例如树枝、干燥土壤等非导电介质会限制接地故障电流小。故障电流低于过流保护的阈值，无法被保护装置检测和清除。因此，这种接地故障就很有可能长时间无法被发现。故障持续燃烧会带来触电、火灾等很严重的危害。

正是因为在这样的系统中，高阻接地故障可以持续存在、无法被察觉、危害很大，高阻接地故障问题一般就被定义在中性点有效接地的中压配电系统中。

表1.1给出直接接地中压（12.5kV）配电系统中高阻接地故障在不同的介质表面的典型的稳态的电流值：一般高阻接地故障电流会小于50A，低于继电保护系统/装置中过流保护或保险丝最低的动作阈值。

表1.112.5kV高阻接地故障典型电流值