小电流接地保护原理在变电站中的应用

[摘 要]小电流接地保护主要通过小电流接地选线装置来实现。与传统装置相比，当发生单相接地故障时，新型小电流接地选线装置自动选择接地故障线路的准确率更高。论述了小电流接地系统的特点、小电流接地系统接地故障分析、现有的故障选线原理、数字化变电站中小电流接地选线。

[关键词]小电流接地系统；单相接地故障

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0298-01

当前我国3-66kV电网广泛采用小电流接地方式，随着供电系统规模不断增大，加之个别地区分之多，线路走向复杂，运行中发生的单相接地故障所占总故障率较高。随着数字化变电站的普及，新型小电流接地选线装置的应用已是大势所趋，这将有助于及时的排除发生的故障，保障电网的安全、可靠的运行[1]。

1、新型小电流接地选线装置的特点

1.1 运行可靠性

新型小电流接地选线装置硬件电路设计上较以前的优化许多，综合利用了暂态过程的小波分析法，利用稳态过程的谐波分析法与能量法，从而提高了运行可靠度。尤其是在消弧线圈接地系统中，在中性点发生大电阻接地时，运行可信度较高，能够给维修人员提供参考。

1.2 智能化程度

在数字变电站中，新型的接地选线装置智能化正在凸显出来。当发生故障时，新型接地选线装置会自动启动检测功能，并完成自我调试任务。工作人员可以对其进行在线编程，修改优化线路编号，利用软编程的方式设置各种参数。新型装置的操作系统也提高了智能化程度，改用液晶屏进行操控，简单方便，无论是严寒天气还是酷暑都不会影响其操作的灵敏度。

1.3 安装维护工作

随着新型装置的使用，安装维护工作任务变得较以轻轻松，零序回路对应、回路引入正常、零序平衡、极性对等，保障了选线装置的正确选线。在维护中，由于选线正确率的提高，只需要日常维护工作即可，减少了因为人为排障所消耗的人力物力，节约了成本。

2. 小电流接地系统故障分析

2.1 不接地系统故障分析

简单是中性点不接地方式的主要特点。一般来讲电容电流小于10A的架空线路常用中性点不接地的方式。当发生单相接地故障时，该系统的运行可靠性与配电网的网络结构复杂程度有关。对于相对简单的配电网，其可靠性更高一些，发生故障时，不至于立马断电，还可运行一段时间，保障大概2个小时的供电。当发生单相接地时，不接地系统中的对地电容对非故障线路的零序电流、零序电压有影响，相位上超前零序电压90；故障线路的零序电流等于非故障线路的零序电流之和，相位上滞后零序电压90[2]。

2.2 消弧线圈接地系统故障分析

当前，随着我国电网需求和建设速度加快，以电缆为主的配电网所占比例较大。大多数以电缆为主的配电网并非采用的是传统的不接地系统，而是主要采用消弧线圈接地方式。这主要是考虑到传统接线方式不足以释放出电缆配电网高电容电流所产生的能量，其中性点一般是导电的而非绝缘的。如果采用绝缘的，系统设备会因为产生的严重间歇性弧光过电压而遭受严重的损坏。

在消弧线圈接地系统中，中性点消弧线圈接地的接地方式可以有效地减小接地电流，这主要是因为消弧线圈接地的接地方式使流入接地点的电感性电流与电容性电流发生了相互抵消的作用。当系统发生单相接地时， 消弧线圈接地系统的对地电容对非故障线路的零序电流、零序电压有影响；非故障线路零序电流与消弧线圈的零序电流相加等于故障线路的零序电流，消弧线圈的补偿度会影响到故障线路的零序电流方向和非故障线路。具体的说就是当消弧线圈为欠补偿时，零序电流方向与非故障线路是相反；当为过补偿时，方向又是相同的；当为全补偿时，故障线路零序电流为0。

3.故障选线原理

3.1 故障稳态信息的选线

故障稳态信息的选线原理的方法有好多种，例如零序电流比幅法、零序电流比相法、零序电流群体比幅比相法等。

工频零序电流的值如果大于整定值，则该线路的选择主要是利用零序电流比幅法。这种方法具有工频零序电流幅值比故障线路工频零序电流幅值小的特点。除此之外作为故障线路，还有可能出现某一零序电流幅值最大或者零序电流值变化最大。虽然这种选线方法具有诸多特点，对故障线路比较容易判断，但这种方法也有其不完善的地方。在受限的条件下，可能会出现选线错误，虽然这种概率不是很高，但也会影响到装置的安全运行，也就降低了可靠性，还有就是受某些因素影响会发生无法检测母线接地故障。

3.2 故障暂态信息的选线

基于故障暂态信息的选线原理的方法也有好多种，例如首半波法、利用暂态无功方向选线、基于小波变换的暂态零序电流分析等。

以小波变换的暂态零序电流分析为例。对暂态零序电流进行小波分析，可以选择合适的小波、小波基或小波包。还可以根据故障瞬间产生的零序突变量确定模极大值选或某尺度下故障线路的暂态电流分量幅值最大选出故障线路。除此之外还有故障线路与健全线路暂态零序电流某分量的幅值不同且二者极性相反等多种算法来确定故障线路。但该种方法的局限性在于只给出了实现故障选线方法和仿真结果，能否真正的应用于实际有需要进一步实验的证实。对于小波函数的选择除了缺乏验证还缺少理论上的支持。

3.3 综合判据的选线

基于综合判据选线主要涵盖了三个方面：基于面保护原理、基于遗传算法的BP网络、利用D-S证据理论。其中面保护原理利用本保护元件自身的信息、其它元件的信息作出故障判断。多CPU结构和并行处理技术是实现面保护的必要条件，并行算法的不断完善以及现场总线的推广应用，为面保护提供了基础，使得面保护的实现将越来越容易。通过实践经验可得知，基于面保护原理所采用的小电流接地系统发生错误选线的几率降低，系统运行的可靠性增加。

4.数字化变电站中小电流接地选线

随着数字化变电站的普及，新型小电流接地选线装置的应用已是大势所趋，这将有助于及时的排除发生的故障，保障电网的安全、可靠的运行。

4.1 硬件条件

构成小电流接地选线装置的硬件条件主要包括通讯网络、后台监控系统、通讯管理装置等等。各个组成部分的功能分工不同，只有一起运行才能保证接地选线装置的正常运行。通常情况下，通讯网络主要是进行信号的传输，将从保护控测单元获得的电流或者电容信号以以太网络的方式传到后台监控系统或者通讯管理装置，信息获取完毕后，由已经设定好的程序对其进行运算分析，已最快的速度判断出故障线路，保障故障线路的及时修护。在数字化变电站中，通讯网络的发达、后台监控系统以及通讯管理装置的高度智能化，获取信息能力增强，处理能力不断提升，信息处理速度加快，故障路线判别正确率显著提高，这都证明了其硬件条件的提高有利于小电流接地选线装置的正常运行。

5.结语

小电流接地选线装置能够有效地解决单相接地故障。新型的小电流接地选线装置具有可靠性高、智能化程度高、安装维护方便等优秀特点，在传统变电站以及数字变电站中必将得到广泛的使用。对于小电流接地系统故障的系统分析，能够为不接地系统故障以及消弧线圈接地系统故障的解决提高理论上的支持。基于故障选项原理，也可以进行其他选线方式的尝试。新型小电流接地选线装置的应用目前已经广泛普及，这将为电网的安全、可靠的运行提供长久的保障。

参考文献

[1] 徐安同.小电流接地选线装置在变电站中的应用[J]. 昆明冶金高等专科学校学报， 2010，26（01X）： 28-32.

[2] 焦邵华，肖仕武，秦立军.配电自动化系统的分布式小电流接地保护原理[J].电力设备， 2001，2（3）.