摘 要：分界开关是供电企业和用户责任归属的分界点，目前在山东的应用范围非常广泛。当单相接地故障发生时，经消弧线圈补偿后的故障电流较小，接地电弧不稳定，使得基于稳态量整定的分界开关存在误动现象，从故障暂态原理入手，可以使该问题得到可靠解决。

关键词：电力系统；分界开关；暂态法；分界判据

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.157

0 引言

单相接地故障占电网故障的80%左右，根据故障持续时间分为瞬时性、间歇性和永久性故障。谐振接地方式不仅可以自动消除瞬间单相接地故障，还能降低间歇性故障发生概率，已成为国内中压配电网主要接地方式。国际上，日本以及欧洲国家（德国、法国、意大利、俄罗斯等）也是采用小电流接地方式。国内外统计数据表明，经消弧线圈接地故障跳閘率比小电阻接地减少50%左右。

目前，山东电网普遍采用在架空线路责任分界点处（或附近）装设一台分界开关，隔离用户内部故障，确保对非故障用户的供电。通过动作情况的汇报，发现其误动作时有发生。因此，迫切需要找出谐振接地故障分界检测技术中存在的问题，提高分界开关正确动作率，避免误动对非故障用户造成长时间停电，减小停电范围，加快接地故障查找与修复速度，提高配电网安全运行水平与供电质量。

1 分界开关误动原因

针对中性点经消弧线圈接地的配电系统，开展用户分界开关性能测试，模拟区内外金属接地、弧光接地、间歇接地故障，发现间歇接地故障时分界开关误动几率高。

1.1 稳态原因

谐振接地补偿电容电流，非故障线路零序电流比故障线路高，残流小于10A，电流方向相同，不存在零序电流整定值区间，因整定值设置过低造成误动。采用工频滤波算法的普通分界开关控制保护器，滤波后的零序电流幅值偏大，易超过整定值也会引起分界开关误动。

1.2 暂态原因

由于接地电流小，接地电弧易于熄灭和重燃，相当比例的接地故障为间歇性弧光接地故障。间歇性故障暂态过程持续时间长、暂态零序电流幅值大。如果按稳态量整定动作值，在出现间歇性接地故障时，因为有一个持续的暂态信号捣乱，暂态幅值远大于整定值，分界开关误动。

综上所述，谐振接地分界开关零序电流与电容电流难以从有效值上可靠区分，间歇性故障中暂态零序电流幅值偏大，传统保护整定值失效，导致分界开关不能正确动作。暂态量不受消弧线圈的影响，利用其实现分界，能够提高可靠性。

2 解决方案

2.1 原理分析

暂态信号的主频在300～1000Hz，比消弧线圈中的阻抗主频大6～20倍，可以忽略消弧线圈对暂态信号的影响，几乎没有电感电流存在，暂态信号幅值大是因为高频下容抗小，容性电流大。接地故障时，故障相电压出现下降，电容开始对地放电，非故障相电压上升，电容进行充电。因此，信号幅值很大。我们的整定值躲过了暂态信号的最大值，就不会误动了。

图1给出了暂态零序电流分布等效图，R近似等于3倍的接地电阻加上零序线路电阻；电感近似等于零序线路电感；3lp是接与母线中性点的谐振线圈，经过并联C形成回路。电源突然接入瞬间，电感几乎不起作用，电容相当于短路，暂态电流很大。因此暂态分界法不受谐振接地方式的影响。

发生电弧接地时，每一次重燃均有暂态分量产生，并且高频零序电流衰减程度很大，数值出现明显的变化，可以用来判断故障。故障突然发生瞬间，消弧线圈几乎不起作用，采用暂态零序电流法仅需要取故障发生后一个周波的暂态量进行分析计算，不受消弧线圈的影响，因此采用此种原理保护控制器的分界开关仍可正确感知故障。

2.2 分界判据

分界开关安装在线路末端，其下游线路长度远远小于系统中其它部分线路长度之和。当接地故障为系统侧时，分界开关处流过的暂态零序电流仅为用户侧的暂态零序电流，暂态零序电流幅值小；而当接地故障位于用户侧时，则分界开关处流过的暂态零序电流为系统侧所有线路的暂态零序电流之和，将有很高的暂态零序电流。

线路发生故障后，没有故障的区段两端的暂态零序电流幅值相差不大，方向都是从线路流向母线，电流变化曲线相近；故障区内故障点上游的电流幅值远大于故障点下游的幅值，区段两端的电流方向相反，电流变化曲线存在差异。

暂态零序电流幅值法通过检测暂态零序电流的峰值是否超过电流定值判断接地故障的方向。整定值首先应可以躲过系统侧故障，然后根据用户侧暂态零序电流的最大值来整定。因此可以避免间歇性接地故障时系统侧误动。故障出现在分界开关下游时，分界开关处的暂态零序电流与故障点的接地电流幅值相差不大，暂态零序电流法的电流定值远小于流过分界开关电流的最大值，能够正确识别接地点在下游用户系统内。

2.3 故障检测流程

（1）检测到零序电流超过整定值时启动算法。

（2）对故障前后数据进行录波。

（3）判断故障是否在用户界内。

（4）若为用户界内永久故障，执行跳闸隔离故障。

（5）若为用户界内瞬时性故障，上传告警信息。

2.4 故障检测算法

2.4.1 采集对象

分界开关控制器需采集线路零序电流，为保证检测的可靠性，采用零序电流互感器直接采集方式。保证在接地电阻较大时的测量精度，合理选择一次零序CT和二次零序CT的变比以及二者相互匹配。

2.4.2 定值整定

由于暂态零序电流存在多频率组合以及其衰减、呈非周期性等特点，准确计算得到暂态零序的最大值是关键点。由于接地故障产生的暂态零模电流幅值受多种因素影响，如果电流定值设定大，会降低反应下游用户系统接地故障的灵敏度；如果定值电流定值小，易造成系统侧故障时分界开关误动。

接地电流包含整个网络形成的电容电流和经消弧线圈产生的电感电流，当消弧线圈发生有功损耗时，还存在有功电流：

谐振接地电网发生单相接地时，复合序网如图2所示，在零序网络的中性点N经3阻抗接地。其中。

由复合序网可得，线路对地电容产生非故障线路的零序电流，其表达式为，非故障线路的零序电流相位角比零序电压的相位角超前90度。所以非故障线路零序电流的幅值不受消弧线圈的影响，也不会影响零序电流与零序电压间的相位关系。

故障線路的零序电流：

为全网电容电流，说明流过消弧线圈的有功电流经故障线路构成回路时，在过补偿情况下超前的相角大于90度而小于180度；欠补偿时，滞后的相角在90度到180度之间。因此可根据零序功率检测故障区域。

2.4.3 算法说明

研究故障检测算法包括零序电流采集、定值整定、用户侧电容电流估算原则、自动隔离动作时间定值等。终端在检测到故障后启动，按均方根法计算暂态零序电流幅值多次（每周波1次），计算出暂态幅值最大值，当暂态幅值最大值高于判据定值则判定故障发生在用户界内。

实际暂态电流幅值受多种因素影响，一般认为最大可达稳态电容电流的十倍。实际暂态电流幅值受多种因素影响，一般认为最大可达稳态电容电流的十倍。如果用户电容电流是1A，系统故障时，用户暂态电流最大不会超过10A。如果定值选为12A，显然就不会动作。如果用户侧故障，流过分界开关的暂态电流几乎是整个系统的暂态电流，幅值达数十安倍、上百安培，因此，能够可靠动作。

3 方案评价

故障量特征量明确，从原理上克服了分界开关现阶段采用零序电流进行故障判断受消弧线圈接地方式及运行方式影响大，不存在定值区间的问题。对于间歇性故障，采用暂态零序电流法不会出现受暂态影响数值失真而引起误动的问题。综上所述，本方案可以从根本上解决目前分界开关误动频发的问题，是一个原理正确、简单实用的方法。

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作者简介：张新一（1987-），男，硕士研究生，主要研究方向：继电保护及新技术应用。