配网中性点接地及故障检测.pdf

11配电网中性点接地 与故障监测技术配电网中性点接地 与故障监测技术徐丙垠 山东理工大学科汇电气技术研究所徐丙垠 山东理工大学科汇电气技术研究所 e-mail: xuby@ 2007-10-20，黄山，黄山2内容内容中性点接地技术 故障监测与管理 故障测距 小电流接地故障选线 故障指示与定位 故障管理系统23一、配电网中性点接地技术一、配电网中性点接地技术4配电网中性点接地方式的选择配电网中性点接地方式的选择是目前行业上关注的关键技术问题之一是一个综合的技术经济问题考虑问题的角度很重要：供电企业：对配电网运行管理的影响用户角度：供电可靠性、电能质量（电压骤降）35中性点接地方式的发展中性点接地方式的发展早期，大部分国家采用中性点不接地或消弧线圈 接地（谐振接地） 1960年代后，许多国家电缆网络改用小电阻接 地：电网规模的扩大、电缆线路的广泛应用，使故障电流 增大，接地电弧难以自行熄灭，难以体现小电流接地 方式的优势 继电保护配置简单，选择性好发生接地故障时保护 瞬时动作，切除故障线路，减少过电压危害6中性点接地方式的发展中性点接地方式的发展/2近年来，小电流接地（非有效接地）方式又引 起了人们的重视：电力市场化，对供电可靠性要求不断提高。

消弧线圈自动调谐技术的应用，可以精确地补偿电 容电流（甚至包括谐波电流、阻性电流），提高了 电弧自动熄灭的几率 小电流接地故障选线技术取得了重大进展 统计数据表明：电缆网络也存在大量的瞬时性故障47国际上情况国际上情况/1德国： 消弧线圈的故乡：Peterson在一战期间发明了消弧线 圈 早期中高压电网（至220kV)均采用谐振接地现在中压配电网仍广泛应用谐振接地方式 供电可靠性很高，用户年平均停电时间不到20分钟8国际上情况国际上情况/2日本： 早期主要采用谐振接地 二战后进口美国设备，大量应用直接接地或经小电 阻、阻抗接地 后谐振接地与中性点不接地得到了发展 目前，中压配电网主要采用谐振或中性点不接地59国际上情况国际上情况/3意大利 中压配电网中性点主要采用不接地方式 采用瞬时短接接地相母线的方法消弧、选线 为满足电力监管要求，提高供电可靠性，2000年以来 实施谐振接地改造工程，已有25%的变电所完成改 造 采用可调消弧线圈后，接地故障引起的供电中断减少 50%以上采用固定调谐消弧线圈，接地故障引起的供电中断减 少26%以上10国际上情况国际上情况/4法国 早期采用中性点不接地或谐振接地方式 1960年代推广小电阻接地 为提高供电可靠性，限制大规模电缆网络的接地电容 电流，1990年代改为谐振接地。

611国际上情况国际上情况/5英国 中压配电网中性点主要采用大电流接地（有效接地） 方式 尝试将以架空线路为主的中压配电网改造为谐振接 地 英格兰北部的约克郡（York)电力公司已对50个变电所 中压配电网进行了谐振接地改造12国内情况国内情况主要采用中性点不接地、谐振接地 1990年代，部分城市电缆配电网络采用小电阻接 地 深圳、广州、北京、上海等地的部分电缆网络采取了 小电阻接地方式713供电可靠性与接地方式紧密相关供电可靠性与接地方式紧密相关/1大电流接地为主200598美国谐振接地、不接地200448.0法国不接地、谐振接地200455.9意大利主要采用谐振接地200531.4奥地利大电流接地为主200564.4英国主要采用谐振接地谐振接地、不接地接地方式接地方式200418.2德国20056日本年份年均停电时间，年份年均停电时间，Min国家国家部分发达国家配电系统供电可靠性部分发达国家配电系统供电可靠性 单位：单位：14供电可靠性与接地方式紧密相关供电可靠性与接地方式紧密相关/2国内部分城市采用小电阻接地后供电可靠性下降 S市一变电所采用小电阻接地后，10kV线路3年共跳闸 136次，平均每年46次；改造前2年共跳闸53次，平均 每年27次。

G市电缆网络采用小电阻接地后，跳闸次数明显增多， 1992、1993年10kV线路因接地故障跳闸354次，1993 年因配电网故障损失的供电量是1992年4.4倍815小电阻接地与谐振接地特点的比较小电阻接地与谐振接地特点的比较相对简单运行管理高低过电压复杂简单继电保护稍低投资难分优劣轻但持续时 间长严重但短暂对电信系统的影响难分优劣轻但持续时 间长严重但短暂人身安全影响（故障 电流、地电位升高）高低供电可靠性说明谐振接地小电阻接地项目说明谐振接地小电阻接地项目16自动跟踪补偿装置自动跟踪补偿装置/1技术已经成熟，补偿电流超过200A，完全满足现 场应用要求 有载调匝式 利用有载分接开关，调节具有多个接头的消弧线圈 分接头在9~21个之间简单实用，成本低，但不能做到无级精确补偿 技术成熟，是目前应用最广泛的调谐装置917自动跟踪补偿装置自动跟踪补偿装置/2调容式 消弧线圈增加二次绕组，改变接入其中电容器组数，调节补偿 电流 简单、易于实现，但电容体积大，成本较调匝式高 国内外都有一定数量的应用C1C2Cn18自动跟踪补偿装置自动跟踪补偿装置/3相控（可控硅调节）式 补偿电流由可控硅调节 响应速度快，可实现无级连续调节。

存在非线性，会引起谐波 国内有一定应用面可控硅调节电路等效电路1019自动跟踪补偿装置自动跟踪补偿装置/4全电流补偿装置 电力电子产生宽频补偿电流，从中性点注入 实现全电流（有功电流、谐波电流）补偿 成本高，可靠性有待考验20消弧线圈调谐方式消弧线圈调谐方式预调式： 接地故障发生前，消弧线圈靠近谐振点运行 需自动测量电容电流，以自动跟踪其变化 灭弧效果好， 需串/并联限压电阻，防止串联谐振过电压广泛用于调匝式、调容式自动补偿装置 随调式： 故障前远离谐振点运行，故障后迅即调整到位 要求自动跟踪速度快，仅用于相控式等电子式自动补 偿装置1121故障选线技术的发展故障选线技术的发展故障选线技术已经成熟，实际故障选线成功率在 90%以上（低阻故障选线成功率100%），满足现 场应用要求 实用选线方法投入中电阻 注入信号法 暂态信号法（被动法） 高阻故障选线技术有待进一步探讨22结论结论小电流（有效接地）、大电流接地（非有效接 地）方式各有千秋，均有广泛的应用 供电可靠性谐振接地方式最高、不接地方式次 之，小电阻接地方式最差 从保证供电可靠性角度出发，应尽量采用谐振接 地 大规模电缆网络，可选用小电阻接地。

使用消弧线圈可限制接地电容电流1223二、配电网故障监测与管理二、配电网故障监测与管理24故障监测与管理概述故障监测与管理概述/1故障点定位的作用 对永久故障来说，减少停电范围，缩短修复时间 对瞬时性故障来说，可及时采取措施消除隐患，防止故 障再次发生 是提高供电可靠性、保证供电质量的关键技术 是配电网运行管理的重要组成部分1325故障监测与管理概述故障监测与管理概述/2配电网故障定位的特殊之处： 星罗棋布、接线方式复杂多变、T接线与分支线多高阻、间歇性故障多 小电流接地系统单相接地电流微弱 故障监测设备成本要低 随着配电网装备与运行管理水平的改善，故障管 理变得更加重要 在供电可靠性水平已经很高的发达国家，故障管理是 供电企业管理的重头戏26故障监测与管理概述故障监测与管理概述/3其他原因 40%故障停电 60%在发达国家，停电主要是由故障引起的，缩短故 障停电时间是提高供电可靠性最有效的途径其他原因 86%故障停电 14%2004年中国城市 用户平均停电时间发达国家用户平均 停电时间平均水平1427故障管理的内容故障管理的内容自动故障分段 配网（馈线）自动化 故障测距 小电流接地选线 故障指示与定位 故障（信息）管理系统28故障管理的内容故障管理的内容自动故障分段 配网（馈线）自动化 故障测距 小电流接地选线 故障指示与定位 故障（信息）管理系统1529故障测距：阻抗法故障测距：阻抗法通过测量故障回路阻抗（电感）换算故障距离～～ZlVmIm30阻抗测距用于配电网的特殊问题阻抗测距用于配电网的特殊问题众多的负荷点（电流法） 可通过计算电源与负荷阻抗补偿 分支线路 可通过故障指示器确定故障分支线 混合线路，沿线导体电阻率不同 可采用图解换算法确定故障点位置 故障电阻大，且往往不稳定。

测距结果受分布式电源影响1631阻抗测距法的应用与评价阻抗测距法的应用与评价用于距离较长的配电线路，作为保护与故障录波 器的附加功能，简单易行 误差在1.5km左右，能够确定故障大致范围 受负荷、互感器误差、线路参数不均匀、故障电阻等 因素影响 电缆线路阻抗小，分布电容大，故障定位误差较大 不能解决小电流接地故障测距 在奥地利、芬兰、法国等欧洲国家配电网获得广 泛应用32行波测距原理：利用故障行波路上的传播时间测距 1950年代提出，1990年代我国开发出利用电流行波的故 障测距装置，将行波测距技术实用化 在国内外输电网获得了广泛应用变电所行波测距行波测距1733故障点距变电所S的距离：[]LvTTXRSS+⋅−=)(21[]LvTTXSRR+⋅−=)(21L – 线路长度；；V – 行波速度故障点距变电所R的距离：测量故障初始电流/电压的行波到达 线路两端的时刻计算故障距离TSTR变电所 S变电所 R行波测距行波测距-原理原理34行波测距行波测距-系统构成系统构成分析主站行波测距 装置线路两端的行波测距装 置记录故障产生的行波 信号故障行波数据经通信网 络送到调度中心的分析 主站分析主站保存、处理数 据，计算故障距离。

WAN 通信网络 调 度 控 制 中 心1835对行波测距的评价对行波测距的评价测距精度高达300米 测距结果不受故障电阻、线路负荷等因素影响 能够测量小电流接地故障距离 投资较大，主要用于重要的长距离高压配电线 路、铁路电力线路36电缆故障测距电缆故障测距电缆退出运行后进行故障点的探测 故障探测基本步骤： 故障性质诊断 故障测距（粗测） 精确定点：探测放电声音 电缆故障探测很大程度上是一门艺术 技术成熟，多个国内外厂家提供电缆故障测试仪 器设备1937电缆低阻、断线故障测距电缆低阻、断线故障测距低阻、断线故障 低压脉冲反射法（雷达法）：测量低压脉冲在电缆端 头与故障点之间往返一趟的时间计算故障距离Δt38电缆高阻故障测距电缆高阻故障测距电缆绝大部分故障属于高阻故障 故障电阻在MΩ级低压脉冲在故障点没有明显的反射 采用便携式高压设备使故障点击穿放电，进行测 距2039电缆高阻故障测距电缆高阻故障测距--脉冲电流法脉冲电流法利用故障点击穿产生的电流脉冲在故障点与测量 端往返一趟的时间测距测试接线图脉冲电流波形40高阻故障测距高阻故障测距—二次脉冲法二次脉冲法/1在故障击穿时注入低压脉冲，获得一低压脉冲反 射波形，与无电弧时脉冲反射脉冲比较测距。

波 形上差异点是故障点反射脉冲测试接线图2141高阻故障测距高阻故障测距—二次脉冲法二次脉冲法/2无电弧时脉冲反射波形带电弧时脉冲反射波形两个波形的比较故障点反射42故障管理的内容故障管理的内容自动故障分段 配网（馈线）自动化 故障测距 小电流接地选线 故障指示与定位 故障（信息）管理系统2243小电流接地故障选线概述小电流接地故障选线概述小电流接地故障的故障电流微弱、电弧不稳 定，长期以来，缺少可靠的接地故障保护监测 技术 人工拉路寻找故障点，健康线路供电短时中 断，对用户用电设备带来不利影响 近年来涌现出投入中电阻法、信号注入法、暂 态法，小电流接地故障选线问题基本得到了解 决44基于稳态工频量的接地选线方法基于稳态工频量的接地选线方法零序电流继电器、零序电容无功功率继电器、零 序电流幅值与相位群体比较法 优点： 简单易行 缺点： 稳态电流小，灵敏度低 不能用于消弧线圈接地的系统 受故障电弧不稳定影响 在中性点不接地系统有一定应用2345中电阻选线法中电阻选线法在中性点瞬间投入中电阻，使零序电流的有功分 量明显加大，解决灵敏度问题 优点：具有较高的灵敏度 。