1 引言
单相接地故障占10kV架空线路故障总数的80%以上,接地故障发生后按电力规程可以带负荷运行2h，这期间接地故障有自然消失的情况,但如果没有自然消失就容易发展为短路故障，在接地故障发展为短路故障的过程中,对配电设备绝缘的破坏是很大的，而绝缘的破坏又成为新的接地故障发生的因素，因此在接地故障发生时,快速地切断故障是抑制设备劣化的有效的措施。
我国10kV电网大多为中性点不接地系统，传统的以电流为基准处理线路故障的模式，不便于处理单个接地故障。电压时间型需要变电站出口开关多次重合，且恢复时间较长。目前我国的配网自动化普及还很缓慢。其中一个重要的技术原因，也就是如何处理线路上的接地故障。
山东成武成威开关厂和山东科技大学合作，开发了一种带有接地保护功能的SF6开关。该保护开关本体采用SF6断路器,由分压电容组成的零序电压互感器检测零序电压,三相穿心式零序电流互感器用于检测线路零序电流,利用基波电流大小和容性无功功率的实际方向来判断接地故障方向，既故障是在保护开关电源侧还是在负荷侧。两相CT用于检测线路电流，起到过流和短路保护。
该开关适合用于我国10kV中性点不接地系统中,可独立形成接地检测，过流，速断保护系统，具备接地显示、记时、分断、重合等功能;尤其适用于配网主线和用户的责任分界点上;分支线、城网和农网的分界点，可大幅度减少接地故障影响范围，减少短路事故发生次数，提高供电可靠性。
2 工作原理 见图1
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图1：单相接地时，用三相系统表示的电容电流分布图
根据图1可以得出如下结论：
(1)在发生单相接地故障时，全系统将出现零序电压。
(2) 在非故障的线路上有零序电流，其数值等于其本身的对地电流，电容性无功功率的实际方向，为母线流向线路。
(3)在故障线路上，零序电流为全系统非故障线路对地电流之总合，数值一般比较大，容性无功功率的实际方向为线路流向母线。
根据单相接地时零序电流的特点,构成比较基波电流大小的零序电流保护和容性无功功率方向保护。和普通只以零序电流大小为基准进行控制的选线开关相比，可靠性大为提高。
3 接地保护开关的构成和主要功能
接地保护开关由开关本体SF6断路器和电源系统及零序电压、电流互感器，控制器构成;控制器安装在开关机构箱体内,整体结构紧凑,重量轻,安装容易方便。
进行接地检测的ZCT(零序电流互感器),ZPD(电容分压式零序电压互感器),及开关电源回路内置在 SF6气体中,不受外界环境影响,可以长期维持检测部分的可靠性。用于零序电流检测的ZCT无论什么样的一次电流配置,在过流区域即使对于任何两相配置,它的残留电流增加是非常少的。与其他厂家利用三相电流通过数学计算的方法求出零序电流,显然ZCT的精确度和可靠性是非常高的。
SF6断路器 整体结构采用在我国有多年成熟运行经验的LW3-12型SF6断路器，为了内部安装ZCT、ZPD、电源的需要，外壳做了部分改动;整体结构紧凑、防护性能好。
控制器的主要功能如下:
控制器能够对10kV电力系统的零序电压和零序电流的阈值进行检测。在正常的10kV系统中，零序电压要小于200V，零序电流要小于0.1A(0.2A)。当发生单相接地故障时，根据系统的零序电压和零序电流的变化可以判断出接地的发生，同时可以判断接地点在电源侧还是负载侧;当发生负载侧的接地故障，控制器能够输出电容蓄能信号(400UF/80V)，使开关分闸。
电源系统 采用高压分压电容器给储能电容器充电，以提供开关检测和控制的工作电源，本电源装置具有结构简单，体积小，造价低、安全可靠等优点。
接地保 护开关的应用： 应用该开关首先要进行系统零序电流的估算,其估算方法如下:
架空线路电容电流:Ic=(2.7~3.3)U*L*0.001A
U 电网的额定电压
L 线路长度
电缆线路的电容电流: Ic=0.1U*L
通过上述估算,可以得到系统总的零序电流,然后进行接地保护开关零序电 流保护档位选择(0.6A，1A)。
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图2 接地保护开关系统示意图
口 SW 接地保护开关
上例接地保护开关系统由SW1-4等4台"接地保护开关"及控制室设置的"事故区间显示器"构成。
接地事故区间的确定是通过适当设定接地保护开关控制器的接地保护时间来确定的。在图例中,变电站出口的SW1设定为30min,以下的SW2(10min), SW3(3min) , SW4(1min).
接地故障时的系统动作:
当区间2的E点发生接地故障时，对SW3 SW4来说，接地故障发生在其电源侧，因此其不动作。只有SW1，SW2检测到负荷侧接地电流。 若是瞬时故障，接地信号消失。若是永久故障SW1 SW2开始记时，经过10min后SW2分闸，切除接地故障。保证了区间1、3正常供电。
故障区间的表示,将变电站出口处设置的SW1开关检测到的接地持续时间10min,传输到控制室的"事故区间显示器"中,显示故障在区间2。
过流和短路故障时的系统动作
接地保护开关内置的电流互感器，检测到过流和短路电流超过开关设定值时，开关根据设定的延时时间分闸，切除故障线路。
接地开关系统如果配备通信(无线通信和有线通信)，则可以在主站监视线路的运行状况，实现对开关的远方控制。配备通信后的接地开关系统，不仅适用于辐射状线路，也可适用于环网线路，并为系统向更高级升级打下基础。
4 结语
解决线路接地故障问题，能够大幅减少由短路故障引起的设备损伤和劣化，减少设备保养费用。
接地保护开关是一种高品质的开关设备，可用于各种配网自动化方式中，也可以单独用在高压用户的入口处，用于检测和隔离接地故障和短路故障。
接地保护开关系统是一种简单，经济，不需要通信设备，用于检测并隔离接地故障的初级自动化系统，特别适用于发展配网自动化的初级阶段。
王奉启，男，山东成武成威开关厂工程师。
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