配電網接地故障分析與分界開關控制器的接地判據
新鄉市裕誠電氣郭君保
1、 架空線路與電纜線路的接地故障現象和接地保護現狀
架空線路接地故障主要集中在絕緣子、pt、高壓電容器、高壓熔斷器、電力變壓器等裝置絕緣故障和高壓導線與樹枝樹葉或其它高空接地物體的接觸，開始表現為暫態閃絡和高阻接地，接地電流變現為數值很小，時間很短，隨著絕緣進一步破壞，碳化，逐步引發剛性接地故障，此時線路有較大諧振過電壓，另外兩相工頻電壓提高1.7倍。如不快速斷電處理就會引發相間短路事故擴大，另外如果此時在其它線路上同時存在另外一相的接地故障，就形成短路故障，將會造成較大的損失，並且恢復送電需要較長時間。
電纜線路接地故障常常集中電纜終端，如環網櫃電纜接頭處、後插式避雷器還有高壓電容器、高壓熔斷器、pt、電力變壓器等裝置絕緣故障和安裝工藝故障，還有城市建設經常出現高壓電纜被挖斷。這些接地接地故障發生都會產生更為嚴重的影響。一般控制器能可靠處理接地故障將可以避免80%以上線路故障，減少多數短路故障的發生。
接地故障初期接地電流一般很微弱，高阻接地一次電流毫安級，很難檢測，需要感應靈敏度高、採集精度高的零序互感器，而且三相zct特性要求非常一致。還有閃絡故障要求採集暫態波形而不是連續波形。一般接地電流越大形成短路故障時間越短，接地電流越小持續時間越長而且不易發現。
新鄉市裕誠電氣採用1000/1,0.5級zct解決了採集的問題。可以採集帶0.
01a一次值，最小保護設定0.1a（一次值）。
接地故障總是伴隨相電壓的變化和零序電壓的產生，這是乙個重要的判據，一般零序電壓越大，接地故障越嚴重，如果剛性接地那麼零序電壓等於相電壓，裕誠電氣採用3-6只電子式電壓感測器採集進出線側相電壓，並合成出零序電壓和線電壓，它具有採集精度高、角差誤差小，採集波形不失真、損耗小，不怕二次短路，不怕一次線路過電壓諧振等優點，非常適合中壓配網線路開關電壓採集使用。
中性點不接地系統接地故障都是容性電流，零序電流超前零序電壓90度，負荷側接地在270度左右，開關電源側與負荷側接地零序電流方向相反，電源側90度左右。根據接地迴路負載感容負載或阻容負載不同相位角有相應的變化，但不超過85度。
中性點消弧線圈接地系統一般分為過補償和欠補償，過補為阻感性負載，負荷側接地vo、與io的夾角在90-180度，欠補為感容性負載，負荷側接地vo、與io的夾角在180-270度.所以vo與io的夾角是判定接地故障界內界外的最重要判據。
現在市場上多數的開關零序電流互感器採用20/1的互感器，安匝比小，採集靈敏度低，精度差，很難達到0.5級。甚至有些用10p10保護ct合成零序電流，這樣採集的零序電流不准，很難採集毫安級接地電流；另外控制器測量範圍小，精度低，抗干擾能力差，有些0.
2a以下不能顯示，有些可以測量更小的幅值，但零飄電流很大，抗干擾能力差；控制器接地判據僅僅是零序電流幅值，而真正判定接地故障界內界外的判據是vo和io的相位角。所以控制器判定接地故障要麼有故障不動作，要麼誤判斷接地故障誤動作。也就錯過接地故障初期的判斷和故障處理，也就談不上可靠的接地保護了。
傳統控制器接地保護叫做零序保護，僅採用零序電流幅值為接地保護依據，設定幅值小時系統上開關亂動，設定幅值大時，接地保護不動，目前多數使用者採用設定幅值大，報警不動作來規避接地保護判斷不准亂動的現狀，這樣就增加了短路故障的發生。裕誠電氣引進南韓技術生產的分界開關控制器、線路分段控制器和重合器不僅可以形成局域配網自動化系統（自動判斷故障點、自動隔離故障點、快速自動恢復非故障區域送電、故障和動作資訊上傳），而且均具備採用零序電流（最小一次設定動作值0.1a，採集值0.
01a），零序電壓（10%-100%相電壓），相位角採集（誤差小於2度，動作相位角基準0-360度可調、判斷範圍0-180度可調）做綜合判據，正確的設定判斷接地故障準確率100%，可以準確判定那兩台開關之間或那台分接開關負荷側存在故障，並可以通過我公司超聲波接地故障探測儀快速找到故障點。曾有不少客戶反應開關接地跳閘找不到故障點均被我公司協助找到，有些為樹枝短時接地（樹枝已燒糊）有些微絕緣損壞（有較強閃絡爬電痕跡）,接地保護採集閃絡時暫態值，對比相位角並採集工頻與諧波，濾除不相關干擾波形，準確採集資料。控制器就應當做到預防故障為主，不能等到演變為短路故障再保護，那時已經造成巨大的損失，而且停電時間會更長，停電面積會更大。
一、中性點不接地系統的接地分析
1. 在負荷側（使用者側）發生接地故障時
在中性點不接地系統上發生負荷側接地故障時向量圖如下.
在負荷側發生接地故障時接地電流值如下：
此時從裕誠電氣控制器-ass檢測出來的零序電流值如下
上述的計算式可以表現為如下圖式.
在a相發生接地故障時，零序電壓和零序電流如下。並且對地電容成分和
阻抗成分一起存在的向量圖如下：
因此以零序電壓的相位角為基準的零序電流的相位角位於 270°附近.
2. 在電源側發生接地故障時
在電源側發生接地故障時，電容電流檢測不出來，此時零序電流值如下：
在a相發生接地故障時，如阻抗成分存在的話，零序電流的方向向量圖如下：
3. 概要
在中性點不接地系統上，接地電流為容性電流，零序電流超前與零序電壓，如在負荷側發生接地故障時零序電流以零序電壓的相位為基準而位於270°附近，如在電源側發生接地故障時零序電流的相位角位於90°角附近，所以易判別接地故障的方向。根據上述結果在中性點不接地系統中，控制器的最適當的相位設定範圍是270±85°，根據線路長度，線徑、接線方式不同,如果接地迴路為阻容負載接地相位角在第四象限，如果接地迴路為感容負載接地相位角在第三象限，動作範圍根據線路執行環境和條件可以調整。
二、消弧線圈接地系統的接地保護
裕誠電氣控制器是採用微電子技術，依據饋線接地故障穩態分量和對接地故障線路的故障相和非故障相暫態分量進行提取分析計算，依據零序電壓v0和零序電流i0 的幅值，零序電流i0,、零序電壓v0的相位進行分析及比較，提取出更可靠的訊號成分來作為接地故障位置的判據。適用中性點不接地(nus)、經小電阻(nrs)或經消弧線圈(nes)接地系統。
從故障點暫態電流的組成分析，主要有：1、故障相的對地電容的放電波；2、非故障相對地電容的充電波；3、消弧線圈的暫態電感電流。由於暫態接地電流的頻率很高，幅值很大，並且暫態零序電流與零序電壓之間存在著固定的相位關係。
說明：由於消弧線圈的接入使nes的基波分布（如欠或過補償）與nus的基波分布不一樣，從而適用於nus的基波大小、相位判據對於nes失效。（日本判據：基波無功方向方法）
nes由於消弧線圈的接入，使得其單相接地故障判據較nus難度增加很大，傳統的單一判據很難正確判斷故障或故障點，而綜合判據原理巧妙利用了故障的暫靜態特徵量，減小了單一判據而導致的誤判。
1. 在負荷側（使用者側）發生接地故障時
在消弧線圈接地系統上發生負荷側接地故障時情況如下.
1.1 在負荷側發生接地故障時電流值如下：
此時從裕誠電氣控制器-ass檢測出來的零序電流值如下：
上述的計算式可以表現為如下圖式.
1.2 在a相發生接地故障時，零序電壓和零序電流如下,在實際系統線路上除了純電感成分和對地電容成分以外，阻抗成分也一起存在。因此考慮電阻因素可以表現為如下公式：
上述的計算式可以表現為如下圖式.對零序電壓的電容電流位於90°以上角度，電感電流位於-90°以下角度。
過補償和欠補償時零序電壓和零序電流的關係如下：
因此，以零序電壓的相位為準，零序電流的相位在過補償時位於＞90°~＜180°範圍
，在欠補償時位於＞180°~＜270°範圍。
2. 在電源側發生接地故障時
在電源側發生接地故障時，電容電流和電感電流不被檢測出來，零序電流值如下：
考慮阻抗成分的零序電流的方向如下：
在電源側發生接地故障時，以零序電壓的相位為基準，零序電流的相位位於＞0° ~ ＜90°角度範圍，
3. 概要
在消弧線圈接地系統中，如消弧線圈的電感補償值充分補償於線路電容值條件時（即il＞ic），在負荷側發生接地故障時零序電流值極小，零序電壓和零序電流位於180°的相位差。但此時可以造成線路諧振，所以發生過補償或欠補償的問題。
按上述計算方法，尤其經消弧線圈(nes)接地系統，無論安裝在變電站出線端、線路中段和線路末端，在負荷側發生接地故障，過補償時位於＞90°～＜180°角度範圍，如欠補償時位於＞ 180° ～＜270° 角度範圍。在電源側發生接地故障時，位於＞0°～ ＜90°角度範圍。
所以，裕誠電氣控制器-ass的最適當的相位設定範圍是180o±85°。無論安裝在變電站出線端、線路中段和線路末端，依據零序電壓v0和零序電流i0 的幅值以及零序電流i0, 零序電壓v0的相位能準確判定接地故障和故障點位置。
裕誠電氣控制器-ass的接地故障的判據原理
1、接地故障的判據原理
單相接地保護、高阻抗接地故障保護和斷線保護功能的判據：採用微電子技術，依據饋線接地故障穩態分量和對接地故障線路的故障相和非故障相暫態分量進行提取分析計算，依據零序電壓v0和零序電流i0 的幅值、零序電流i0, 零序電壓v0的相位進行分析及比較，提取出更可靠的訊號成分來作為接地故障位置的綜合判據，準確、迅速地判斷接地故及故障點位置；
2、接地故障的檢測過程
1）裕誠電氣控制器-ass採集故障線路暫態分量為主作為故障計算分析依據，結合採集穩態分量作為比較引數，採用以下三個因素和綜合比較判據來判斷接地故障與否和區內或區外的接地故障。
①零序電流i0的大小
② 零序電壓v0的大小
③ 以零序電壓v0比較零序電流i0的相位角
2）零序電流i0的檢測過程如下.
3）零序電壓v0的計算過程如下.
中性點非直接接地系統弧光接地過電壓的危害
1.1弧光接地的產生 固體絕緣裝置的增多降低了系統承受過電壓的能力 隨著我國電網的發展，具有固體絕緣的電纜線路逐漸取代架空線路。由於固體絕緣擊穿的積累效應，在3 4倍的內部過電壓作用下，區域性放電會造成絕緣的積累性損傷.真空斷路器的大量採用使操作過電壓的概率大大提高 由於真空斷路器很強的滅弧能力，在...
接地保護系統安設標準
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