如何去精准识别小电流单相接地故障？

小电流单相接地：单相接地故障一般是指高压交流电三相中的其中任意相由于绝缘层损伤方式的短路故障，主要是高压弧光电弧放电击穿绝缘保护层引起的故障。

我国配电网供电线路80% 是采用中性点不接地与消弧线圈接地（称为小电流接地）方式。中性点不接地有利于瞬时性接地故障电弧自行熄灭，减少跳闸率，提高供电可靠性；

单相接地间歇性电弧放电是绝缘薄弱环节形成闪络放电，2000度电弧温度可以将瞬时破坏绝缘，造成相间短路或者损害电气设备。消弧线圈的作用破坏了接地故障特征，消弧线圈补偿作用下产生感性电流进入接地发生线路。变电站母线通往故障点，路径上故障零序电流的特征会被破坏。

配网系统越来越多地引进电缆线路，线路电流流量持续增长，导致消弧线圈容量变小，间歇性弧光接地过电压持续变大，使得消弧线圈接地系统无法达到理想的接地效果，在这种情况下则需要研究出一种全新的接地方式，小电阻接地系统正在被推广和使用。中性点接地电阻、线路对地电容形成一个回路，能够对应放出电容电荷。因为电阻属于高能耗设备，能够有效控制谐振过电压、间歇性電弧过电压。

线路单相接地过程中，中性点要经过小电阻接地，中性点的电位则低于相电压，从而积极地控制非故障相电压。接地电弧熄灭，残留的零序电荷则可以从中性点电阻线路释放出去。当系统出现接地故障，途径接地点的电流则可以开启零序保护，从而有效地阻断线路。

系统出现单相接地故障，接地点和曲折变中性点之间形成电流通路，继电保护设备采用零序电流可以高效、精准地定位故障，从而在第一时间来切掉故障，使得单相故障维持稳定，不会继续上升为相间故障，控制了由于拉路查找而出现的操作过电压，即便操作人员不小心高压触电，因为小电阻接地系统具备高效切除电源的能力，也不会发生人身安全问题。

一、小电流接地故障选线准确定位必要性

1、当设备检测到小电流接地故障后，在没有形成更加严重的事故前没有必要立刻跳闸，这样不至于马上中断电网供电，从而提高了连续供电的可靠性。电缆局部放电的能量很小，通常不影响电缆短期的绝缘强度。但是长期存在着局部放电，即可以缓慢损坏绝缘，日积月累，最终导致绝缘击穿。

此外受化学性质决定，交联聚乙烯绝缘的电缆耐局部放电的性能较差，长时间的局部放电会加速其绝缘劣化，最终使其发生故障。

2、在准确选择出接地故障线路的基础上，实现故障线路自动定位故障信息立即报警，最大程度保留供电区域。

3、大部分单相接地故障是间歇性弧光接地。弧光接地过电压又称间隙性弧光接地过电压，当中性点非直接接地系统发生单相间隙性弧光接地故障时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和非故障相的电感电容回路上会引起高频振荡过电压，非故障相的过电压幅值一般可达3.15～3.5倍相电压，这种过电压是由于系统对地电容上电荷多次不断的积累和重新再分配形成的。

单相弧光接地的过电压瞬时幅值最大可以达到20.4KV。如果弧光接地在接地点造成弧光间隙性反复燃烧。单独依靠零序互感器很难检测出间歇性弧光接地故障。

4、技术需求痛点和疑问

现有接地故障选线保护主要采用中性点经小电阻接地方式下的零序电流保护或中性点非有效接地方式下的小电流接地选线保护，在面临高阻、间歇性等故障时，仍存在选线准确率差，无法有效隔离故障，存在巨大安全隐患。

寻求解决方案： 提高故障判断准确率，

采用中性点经小电阻接地方式下的零序电流保护

中性点非有效接地方式下的小电流接地选线保护

二、接地故障检测中性点方式选择

1、小电流接地方式

小电流接地方式（小电流接地、非有效接地）的优点是发生瞬时性接地故障时能够自动熄弧，接地电流很小，短时间2-3小时不影响供电，连续供电可靠性强。

缺点则是接地故障检测与继电保护技术较复杂，在发生间歇性燃弧故障时非故障相电压可达正常运行电压的3倍以上。特别是在高阻接地情况下，接地故障电容电流非常小不易察觉，绝缘层的损伤不能及时恢复。

2、大电流接地方式

大电流接地方式（小电阻接地、有效接地）易于实现故障检测与继电保护速断配合一致，发生单相接地故障时不存在由于非故障相电压升高造成的过电压危害；零序电压瞬时升高2-5倍。缺点是不利于提高供电可靠性，发生瞬时性故障时也会跳闸。国内外统计数据均表明，架空网络采用大电流接地方式跳闸率比小电流接地方式增加约50%，接地故障电流大，设备损毁率高。

3、单相接地故障选线精度差、误差大

1）小电流方式下中性点非有效接地方式下的小电流接地选线保护，在面临高阻、间歇性等故障时，仍存在选线准确率差，无法有效隔离故障，存在巨大安全隐患。

中性点不接地系统中的弧光接地过电压，空载线路的合闸过电压，空载线路、空载母线和电容器分闸时的开断电容负载过电压，空载变压器、电抗器和电动机分闸时的开断电感负载过电压。

2）中性点经小电阻接地方式下的零序电流保护，在面临高阻、间歇性等故障时，仍存在选线准确率差。

单项接地故障都为弧光接地和间歇性接地。故障电流表现出零序电流值小、信号不稳定，故障点难以维持稳定的故障零序电流故障信号难以监测和捕捉。单相接地后由于非故障相对地电压升高（全接地时升至线电压值），系统中的绝缘薄弱点可能击穿，造成短路故障。

零序保护整定计算中性点不接地系统的单相接地电容电流数值很小，一般在1~10A之间，经消弧线圈接地后更小，但很多工程的零序CT经常选择通用变比（50/1居多），这样计算出的零序保护动作电流值时就非常小，甚至小于微机保护最小允许整定值0.02A，这么小的定值，正常运行时非常容易受到各种电磁干扰而导致误动。

4、精准识别小电流单相接地故障

中性点不接地系统中，故障线路的零序电压超前零序电流90°，无功功率由线路流向母线，而健全线路与此相反（负序检测），据此可选择故障线路。成套设备是具有中性点接地（方式）故障检测装置，系统性地解决了小电流和小电阻接地系统跳闸率高、谐振接地系统选线困难等问题，通过分类处理瞬时性接地和永久性接地两种故障，很好的保证了供电可靠性和安全性。

1）、发生单项接地故障时，早期的接地故障电流比较小。而且受故障点接地电阻等多种因素的影响，接地电流无法精确的计算。

2）、接地故障状态不稳定。单项接地故障都为弧光接地和间歇性接地。故障电流信号不稳定，故障点难以维持稳定的故障零序电流故障信号难以监测和捕捉。

3）、消弧线圈的作用破坏了接地故障特征，消弧线圈补偿作用下产生感性电流 进入接地发生线路。变电站母线通往故障点，路径上故障零序电流的特征会被破坏。

4）、检测设备受限制，现场互感器和传感器，变比精度和信号噪声的影响，难以检测到有效的接地故障信号。误报误动。

5、单相接地故障处理系统

配电网发生单相接地故障十分频繁，由于配网结构日趋混杂、中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障特征不明显和接地状态不稳，短路阻抗变化大，暂态故障电流不稳定，故障电流很小等原因，配网接地故障选线是继电保护领域研究的难点。

1）消弧线圈接地方式

当发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流补偿系统的电容电流，使故障点的接地电流（即残流）小于电弧支撑电流，系统可以带故障运行一段时间，对于瞬时接地故障不会启动线路跳闸，供电可靠性较高。

但消弧线圈接地系统在原理上增加了故障选线的难度，难以快速切除故障。

中性点经消弧线圈接地隶属于中性点不接地方式，其实就是电抗线圈。中性点不接地系统中发生一相接地时，接地点相电流属于容性电流。装设消弧线圈后，发生一相接地时，接地点接地相电流中增加了一个感性电流分量，它和装设前的容性电流相抵消，减小了接地点的电流，使得接地点电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。

2）接地选线装置

消弧线圈并联运行系统主要由接地变压器、消弧线圈及其调节装置、小电阻的阻值调节及其投切装置、控制装置、PT和CT等组成。中性点不接地情况下要改进靠多次拉闸选线的方法。

3）接地故障处理系统

新型接地故障处理系统，具有精准判断、熄弧、选线、跳闸、故障定位功能、信息传输等。集成消弧设备、接地小电阻、动态信号源、通信系统、智能控制单元，优化各种功能的算法和逻辑组合，扩展装置功能、实现故障精确定位，完善整体性能指标。

4）能精准检测接地故障成套开关

新型成套设备是具有异常接地故障下继电保护和自动监测装置，能够实现电网开关设备的智能化和一体化，以保证配电网的安全运行。

6、改进零序互感器

小电流接地系统故障判断优化方案，最终实现故障管控模式的统一，即实现配电网自愈控制。中性点小电阻（2 Ω -50 Ω ）中电阻（ 100—200 欧）是为提高选线准确率，也就是通过减小阻抗--增大接地点阻性电流让选线装置容易捕捉，这样做的坏处是破坏了消弧线圈的“保护”，比如原来补偿保护后电流只有5安，那么并联中电阻后可能几十安，那么故障接地点将更加不安全，间歇性弧光有可能很快导致邻相被击穿，导致短路而发生停电事故。

7、成套设备终端DTU 内嵌接地故障指示器

开展就近快速隔离小电流接地系统单相接地故障的实践，

检测方法，选线定位，快速隔离单相接地故障。

三、配网自动化成套设备

配网自动化成套设备（Automation）是指电气开关设备在系统或过程中在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过对单相接地故障的自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。

通常用于电气设备的保护控制装置。提供预先的动作参数整定自动去完成规定的动作，装置会严格按照程序逻辑顺序执行。10kVSF6全绝缘断路器柜自动化成套设备智能化、小型化、高安全性和可靠性能集成一体，也就是最终研发出新一代一二设备相融合的电网智能装备。

现有接地故障选线保护主要采用中性点经小电阻接地方式下的零序电流保护或中性点非有效接地方式下的小电流接地选线保护，在面临高阻、间歇性等故障时，仍存在选线准确率差，无法有效隔离故障，存在巨大安全隐患。当高阻接地达到1000欧姆以上时，装置动作可靠率80%；装置动作后选线准确率90%。故障检测精度差开关拒动误动率高，导致配电网安全可靠性降低。

从配电网规划设计入手合理的选择中性点接地方式，开展成套设备技术研究，开展小电流接地系统单相接地故障选线方法的研究，进一步提高单相接地故障选线的准确率。

采用小电流接地系统的地区要配置永久性接地故障线段判别与隔离装置。国家电网正在修订的《配电网技术导则》规定变电站要安装可靠的选线装置，在10s内切除永久性的接地故障。在小电流接地配电网中，消弧线圈将接地电流降至只有几个安培，尽管有利于熄弧，但也使故障线路的工频零序电流往往小于非故障线路的电流而且二者的相位也基本相同，故障线路工频零序电流没有了区别与非故障线路的特征，这对于单相接地故障检测来说正确选线是困难的。

10KV电力系统大多是小电流接地系统，当系统中发生单相接地时，不会产生很大的短路电流。故障点电弧经过消弧线圈补偿感抗后可以自行熄灭，熄弧后接地点绝缘可自行恢复，能自动清除单相接地故障。如果间歇性弧光不能熄灭，长期带电运行会造成谐振过电压，产生几倍于正常的过电压，过电压将进一步使线路上的绝缘层绝缘子击穿，造成严重的相间短路事故。不管是哪种情况都必须要对故障点定位，随后尽快安排维修故障点。单相接地故障发生后能维持运行一定时间，因而大大提高了供电可靠性。

配电开关的一二次成套设备的技术研发，是为了更好的规范配网主设备，保障建设过程中一二次同步建设投运，避免后期的改造，对于缩短施工期、提高可靠性及运维效率、简化招标流程等具有重要意义。

中压成套环网设备市场需求越来越大。多数用户开始习惯采用免维护、小型化的SF6负荷开关柜，加装FTU相关的电子化操控装置，基本能够实现了配电房无人值班、环网供电，配电自动化水平大大提高。中小电气制造企业加快研制质量可靠、价格适中的免维护、小型化、成套自动化程度高的开关设备。所以成套环网柜设备免维护、小型化、自动化程度高是成套厂商今后的发展方向。

编辑：jq