摘要：针对目前小电流接地系统的接地检测的难点，提出了一种有效的接地故障保护方法，使其和开关有机的结合起来，达到有效、可*的检测接地故障的目的。并介绍了智能型接地保护开关的使用场合、功能及使用方法
0 概述
在我国6～66 kV电力系统中普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地方式，当系统发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往很小，但系统线电压的对称性并不遭到破坏，系统还可继续运行一段时间，规程规定一般为不超过2h。近年来随着电力传输容量增大、距离延长、电缆线路的使用量逐步增加，发生单相接地故障时接地电流越来越大，造成接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，同时间歇电弧产生的过电压往往又使事故扩大，逐步发展成为短路事故，显著降低了电力系统的运行可*性。为防止系统事故扩大，在接地运行的这段时间里必须设法排除故障或者将故障隔离，这就提出了对单相接地故障进行有效的检测和保护的课题。
然而小电流系统发生单相接地以后，由于故障信号不易检测，使得迅速、准确地指示接地回路有一定的难度，小电流系统单相接地保护一直是继电保护领域未彻底解决的一个难题。目前的难题主要有：①缺少准确获取接地故障信号（Vo、Io、相位差）传感元件（零序互感器）；②干扰信号对故障信号的影响；③科学的判定原理和可*的判断设备（继电保护装置）。
目前国内对接地故障检测技术的研究主要集中在变电站用的小电流接地选线装置上，而对单相接地故障进行通过开关装置进行可*的保护几乎处在空白阶段（不少厂家正在着手做这方面的工作）。这在很大程度上也制约了配网自动化技术的使用和开展。
1 小电流接地系统单相接地故障的特点
1.1 零序电压信号比较明显且较稳定。当发生接地故障时容易知道故障的存在，但不知道故障发生在那条线路及具体位置，无法进行有效的保护。
1.2 零序电流信号太小。小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模大小和线路类型等因素有关，数值甚小，特别是经消弧线圈补偿后，其数值更小，接地电流甚至达到0.2A左右。由于零序电流信号太小，使用一般的零序电流互感器（或滤序器）难以准确的检出，无法作为继电保护的有效判据。
1.3 信号干扰大、信噪比小。
1.4 随机因素影响的不确定。我国配电网一般都是小电流系统，其运行方式改变频繁，造成变电站出线的长度和数量频繁改变，其电容电流和谐波电流也频繁改变；此外，母线电压水平的高低，负荷电流的大小总在不断地变化；故障点的接地电阻不确定等等。这些都造成了零序故障电容电流和零序谐波电流的不稳定。
1.5 电容电流波形的不稳定。小电流系统的单相接地故障，常常是间歇性的不稳定弧光接地，因而电容电流波形不稳定，对应的谐波电流大小随时在变化。
2 目前我国对小电流接地故障检测技术的研究现状
目前国内对接地故障检测技术的研究主要集中在变电站用的小电流接地选线装置上，主要目的是在发生接地故障时能知道那条线路上出现故障。自20世纪80年代以来，众多大专院校、研究院、生产厂家都致力于这一产品的开发与生产，提出了不少新思路与新方法，提出了多种选线原理，并研制基于这些选线原理的多种产品，已经历了几次技术更新换代，其选线的准确性也在不断提高。但工程实际中仍存在误判率较高的问题，且硬件的可*性较低，从现场运行反馈回来的信息来看，用户对这种产品颇有微词, 许多用户有一种不用麻烦，用了也麻烦的感觉，故现场好多情况都是选检设备闲置退出而采用手动拉闸试验的原始方法查找接地，自动选线技术在90年代末期陷入低谷，据称很多地区选线装置退出率达到90%以上。
基于小电流接地系统发生单相接地时具有的特点，目前，小电流接地信号装置的设计判据及选线方法主要有以下几种：①反映零序电压的大小；②反映工频电容电流的大小；③反映工频电容电流的方向；④反映零序功率方向；⑤反映接地时5次谐波分量；⑥反映接地故障电流暂态分量首半波；⑦群体比幅比相法；⑧信号注入法。
目前接地选线装置选线误判原因分析
a)由于各种干扰的影响。特别是当系统较小或是加装自动调谐的消弧线圈后，电容电流数值较小，接地点电弧电阻不稳定时，零序电流(或谐波电流)数值很小，可能被干扰淹没，从而造成误判。
b)零序电流信号检出精度太低。零序电流信号检测一般使用零序电流互感器或零序滤序器（三相电流互感器合成），目前使用的零序电流互感器或零序滤序器，带上规定的二次负荷后，变比误差达20％以上，当一次零序电流小于1 A时二次侧基本无电流输出，无法保证接地检测的准确度。使得利用零序电流大小与方向、零序电流中5次谐波电流大小与方向和零序有功、无功功率原理的接地检测装置和微机保护无法保证接地检测的准确度。特别是有些使用的零序滤序器的线性测量范围超出了实际可能的接地电容电流，无法保障检测精度，是造成现场误判的主要原因。
3 一种接地检测技术及其在开关上的应用
通过上面的分析我们可以看出，小电流的接地检测和保护技术的有效实施可以采用以下两种方式：
①从原理上着手，利用综合判据，对接地故障时的特征信号综合分析，达到正确判断的目的。其优点是对检测元件的要求不是太高；缺点是对检测装置的硬件、软件要求高，成本高。
②从提高检测元件（特别是零序电流检测元件）的精度着手，通过准确的检出零序电压、零序电流信号进行判断。其优点是成本低、且可*。但对检测元件的精度要求高。
目前世界各国对小电流接地检测装置研究的出发点不尽相同，日本基本上沿着第二种方法的思路开展的，并且取得了较大的成功。
平高安川开关电器有限公司公司是河南平高电气股份有限公司和日本株式会社安川电机共同出资成立的合资公司。鉴于目前国内对小电流接地故障检测和保护现状，平高安川公司引进安川相关成熟技术，开发出了智能型接地保护开关。该开关的基本原理是根据零序电流、零序电压的大小及其相位角的关系，进行综合判断，实现正确、可*的对接地故障的检测和保护。将零序电压传感器和零序电流传感器等内置到开关中，有效地解决了零序电压和零序电流检测元件在安装不便，寿命短、接线复杂、干扰大等缺陷。
4 智能型接地保护开关的技术特点
4.1开关本体的外观
图1 开关的外观
4.2 开关的技术参数和特点
4.2.1开关的基本技术参数
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序号 |
项目 |
数值 |
备注 |
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1 |
额定电压 |
12 kV |
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2 |
额定电流 |
630 A |
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3 |
工频耐压 |
4248 kV |
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4 |
冲击耐压 |
75/85 kV |
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5 |
短时耐受电流 |
20 kA |
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6 |
机械寿命 |
20000次 |
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7 |
电气寿命 |
1000次 |
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8 |
开断短路电流 |
4 kA |
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9 |
ZCT
特性 |
变比 |
2000/1 |
用于检测零序电流 |
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误差（0.2A-30A） |
±3% |
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残留特性 |
6mV以下 |
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10 |
ZCT
特性 |
变比 |
5800/1 |
用于检测零序电压 |
|
误差 |
±5% |
4.2.2 智能型皆地保护开关的特点
1) 开关是SF6开关，采用全密封结构，具有简单可*、免维护、长寿命的特点。开关在其设计寿命期30年内免维护。
2) 外壳采用SUS304海军军用优质不锈钢板，水压膨胀成形、采用机器人等离子溶接技术，焊接质量稳定。其圆筒外形，具有抗压强度高、内部电场均匀等优点。不锈钢外壳及外表面数次喷涂聚氨脂树脂漆，使产品具有非常好的耐腐蚀性能。
3) 高品质的瓷套具有优越的绝缘性、耐候性和机械强度，外加绝缘护套，保证绝缘性良好，防污等级达到IV级
4) 断口间开距大（27mm以上），在0表压下也可耐受额定电压和工频电压，并能正常开断额定电流。
5) 负荷开关SF6年泄漏率小于0.1％。操作机构防护等级达到IP67，完全防尘防浸水，确保操作机构使用寿命内不发生锈蚀等故障，真正做到免维护。
6) 开关设有防爆装置，当内部的气体压力异常升高时，能防止壳体的破坏，防止容器内物体向外飞散，安全性高。
7) 开关设有SF6气体压力闭锁装置，当压力下降到设定值时，启动锁定装置，闭锁开关的操作，并通过指示装置发出报警信号。
8) 零序电流传感器(ZCT)和零序电压传感器(ZPD) 内置在开关中，不受外界环境的影响，使用寿命长。二次输出信号为电压信号，检出精度高，一次电流在0.2A时仍有很高的检出精度。
9) 零序电流传感器(ZCT)检出精度受外界温度的变化影响很小。在-40℃-+40℃范围内，检出精度不变，适宜于在户外产品上使用。
10) 残留特性小。对于一次侧三相平衡时可以保证小的残留特性，即使三相不平衡时，残留电流的仍然很小；即使在过电流区域，残留电流也非常小的、且很稳定。因此，没有接地电流的误检测
11) 同系列的产品在日本多地震、沿海气候环境下具有30年10万台运行经验。故障率在每1万台·年不超过1台。
5 智能型接地保护开关的应用
该开关可以用在变电站出口处、高压用户入口处（或者分支线路上）；也可以用在配电线路的干线上，和各种FTU配合组成电流型或者电压型配网自动化系统。
5.1 用在变电站出口处
在变电站10kV馈线出口处装设智能型接地保护开关，可以起到变电站接地选线的作用。
当接地故障发生时，智能型接地检测负荷开关通过对零序电压、零序电流及相位差的分析，对故障线路作出判断，启动保护回路，对故障线路的负荷开关进行分闸，并通过GPRS发出报警信号。非故障线路保持正常运行。也可以仅发出报警信号（不使开关跳闸），主控室可以根据情况对发生故障的馈线进行人工分闸。这样可以避免发生接地故障时，采用手动拉闸试验的方式，缩短故障查找时间。避免了由于接地故障引起的事故扩大。
5.2 用在高压用户接入口或者分支线上
在高压用户的入口或者支线分支口处，装上智能型接地保护检测开关。可以有效的避免由于高压用户（或者支线上）的故障，波及到干线，使停电范围扩大。同时能够更好的进行管理。
当高压用户或者分支线路上出现过载情况时，智能型接地保护负荷开关根据CT的信号进行判断，当电流超过一定值时，开关自动分闸。当电流值超过4000A时，使开关闭锁分闸操作。
当接地故障发生时，智能型接地检测负荷开关通过对零序电压、零序电流及相位差的判断，当电源侧发生接地故障时，开关不动作。当负载侧发生故障时，负荷开关控制器启动保护回路，对负荷开关进行分闸，并发出报警信号。
当出现上述两种故障，开关分闸后，开关通过GPRS可以向相关部门发出开关动作信息。
5.3 作为分段开关用在配电线路上
智能型接地保护开关用在配电线路上作为分段开关使用时，可以和FTU配合组成各种形式配网自动化系统，即可以组成“电流型”配网自动化系统，又可以组成“电压－时间型”配网自动化系统。当系统发生短路故障或者接地故障时，可以自动的隔离故障，并能对非故障区域自动恢复供电。对于故障区域通过变电站内设置的故障表示装置，迅速知道故障区域，缩短查线时间，减少停电面积。
使用内置接地检测传感器的负荷开关组成各种配网自动化系统后，可以有效地克服当前配网自动化处理接地故障的难题，为配网自动化的有效实施打下基础。
京公网安备11011102000836号
