单相接地故障探测器的方案对比

1 五次谐波电流增量与相电压突降方案分析
该方案问题的焦点在于五次谐波电流增量的判据。
五次谐波电流源于电弧炉、可控硅等非线性负荷，如果没有这些非线性负荷，五次谐波电流就很小。《高次谐波》提供的数据是，发电机出线端所有高次谐波电压总和小于0.28%。如果按架空线对地基波电容电流3 A/100  km，五次谐波电压按0.1%计算，可计算出100 km架空线五次谐波电压产生的对地电容电流为3 A×0.1%×5 = 15 mA。也就是说，接地时所产生的五次谐波对地电容电流是远远低于该类接地检测产品说明书中标明的30 mA增量的幅度的，因此根本不可能正确指示。国内农村变电站出线总长大多在100 km左右，且电缆很少，实际的五次谐波对地电容电流还要小于上述15 mA的计算值。
综上所述，从理论上讲，对于非线性负荷较小的系统，单靠线路五次谐波电压产生的五次谐波电流显然不能满足大多数接地故障指示器动作的要求。
再看非线性负荷不算较小的线路情况。
非线性负荷只能在线路上产生谐波电流，但该谐波电流并不能在发生单相接地时在故障线路上产生增量。因为接地故障点流过的电容电流是非故障相对地的电容电流，其中的五次谐波电流是由五次谐波电压产生的。五次谐波电流在线路上产生的谐波电压降为线路阻抗乘谐波电流，该电压降可以给故障线路提供谐波电流增量，但受线路阻抗、非线性负荷的位置等不定因素的影响，这一增量极不确定。由此可见，以五次谐波电流增量作为判断单相接地的判据显然不够充分。
再来看看实际运行情况。
我了解到的运行单位有安宁、珠海供电局，反映此类产品指示不准、误动、拒动严重。
现场录波数据显示，故障出线只有60%左右出现五次谐波电流增加，同时尚有16%非故障出线也有五次谐波电流增加现象，难怪误动、拒动现象频繁。
据此，无论从理论分析、现场运行还是录波数据均证明五次谐波增量法不能作为单相接地故障的判据。所以，以五次谐波电流增量和相电压突降作为判据的故障指示产品是不可能正确动作的。
2 首半波方案
这是一个理论上可行而实际上不可行的方案。先说说理论上可行的情况。
假设发生单相接地时相对地电压处于峰值，同此时该线路绝缘承受的电压最高，发生击穿的机会最大。同时该故障点前后的线路对地电容电压处于峰值，必然对故障点放电。故障点前后的放电电流方向相反，流向故障点。以相电压作为参考，故障点前后的放电电流相位相差180°。变电站故障出线放电电流流出，非故障出线放电电流流入。因此，以此作为变电站小电流接地选线，从理论上讲是可行的。
然而，在几十年前就曾有用此原理做小电流接地选线装置，但运行效果不好，早已被淘汰，目前的接地选线产品也不再采用此原理。
为验证这一点，并分析原因，我们曾做现场录波，结果如下：
现场接地点为金属性接地，用开关操作接地100次，结果显示只有60%的波形符合理论波形。
现场接地点为放电间隙，开关合闸后间隙击穿，模拟实际击穿故障100次， 结果显示只有50%的波形符合理论波形。分析其原因可能有以下三个；第一，首半波的前提是假设绝缘击穿时相电压为峰值，实际上绝缘击穿未必一定在峰值，线路对地电容放电电压也未必在峰值，因此放电电流幅值受限制，首半波的特征就不明显；第二，接地点电阻限制电容放电电流，接地点电阻离布式性很大，不能保证每次首半波放电均能按理想条件进行放电，形成理想波形；第三，接地点电阻应该有一个从高电阻向低电阻转化的过程，如果这个转化过程的速度足够快，那么电容放电首半波就比较明显，反之就不明显。
由于实际波形与理论相符的概率太低，根本不能满足检测故障的要求，难怪采用此原理的早期选线装置被淘汰。
为什么会出现理论和实际有这么大的差距呢？我认为，人们对电弧的认识还处于积累数据阶段，电弧的运动规律尚未完全被认识与掌握。因此，以此原理作为产品投入实际运行，显然还不够成熟。
当然，本着严肃的态度，还希望各地销售人员注意收集用该原理做的产品，在实际运行中的情况。
从以上两种检测方法来看，其共同的缺陷是接地故障后没有明显的电流特征，指示器没有唯一的判据。
3 加装信号源方案
该方案是目前理论上可靠的，经实际运行证实是唯一正确方案。
接地时，信号源给故障线路一个具有明显特征的电流信号，电流幅值可达到几十安，指示器有唯一的动作判据，可以保证正确动作、指示可靠。从近一年运行结果表明，该产品已日趋稳定。
4 结束语
由于众所周知的原因，单相接地故障探测指示器产品在国内市场属于“锦上添花”型的产品，这也给了不负责任的厂家和不成熟的产品以机会和滋生的土壤。然而，随着市场的规范和用户管理水平的提高，大浪淘沙，最终留下的一定是质量可靠的产品。

学习，学习。