小电流接地选线装置的现状及发展趋势

摘要：小电流接地系统在我国35kV及以下的电压等级电网中应用广泛，而单相接地故障在小电流接地系统中故障率很高。文中小电流接地选线装置的现状及发展趋势进行了探讨。

关键词：小电流 接地选线 装置 现状 发展趋势

中图分类号：V242.3文献标识码： A

前言

近年来随着电网容量加大，接地电流也在增大，单相接地故障造成的损失也更大。单相接地故障时，由于不产生短路电流，线电压仍对称，不影响正常供电，按规程允许继续运行1～2小时。但此时非故障相对地电压升高为线电压，易产生系统谐振，长时间带故障运行极易产生弧光接地，形成两点接地故障， 引起系统过电压，对电网设备绝缘产生破坏作用，达到一定程度会造成PT爆炸或绝缘子闪络等情况。通常选接地的办法是利用变电所的交流绝缘监察装置发出接地信号，然后由值班人员采取顺序拉闸的方式寻找故障线路，转移负荷后将故障线路切除。

一、小电流接地选线装置应用现状

针对已有的基于电力系统稳态分量选线理论存在的缺陷和不足，近年来，暂态量选线方法开始逐步得到应用和推广。暂态量选线法就是利用故障信号暂态分量所包含的丰富故障信息，来实现故障选线。故障信号的暂态分量相对于稳态分量具有如下特征：

1单相接地故障发生瞬间(5ms以内)，故障电流中含有丰富的暂态高频分量，是稳态信号的十几倍到几十倍。

2暂态高频分量同样满足故障线路幅值最大、相位与其它健全线路相反的特征。

3暂态分量的能量主要集中在2K~3KHz，消弧线圈对其的补偿作用很小，相当于开路，不会对正确选线带来实质的影响。该选线方法不受系统运行方式和系统参数影响，不受故障条件影响，可以检测到瞬时性故障，具有较高的选线正确率。

二、发展趋势

国内许多科研机构投入了大量的人力和物力进行新的小电流接地选线技术的研究与开发，已取得一定成果，也相应开发生产出新的接地选线装置。目前比较前沿的选线技术是采用多种选线判据的智能化集成，形成多种判据为一体的充分判据，实现多种判据有效域的优势互补的选线理论和方法。

1智能型比幅比相方法

智能型比幅比相方法的基本原理是，比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90。，并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线故障。传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰和有效域方面存在一定的缺陷。智能型的比幅比相方法采用Butterworth数字滤波器，对信号进行有效的数字滤波处理，提取出更可靠的信号成分，提高选线正确性。

2谐波选线方法

谐波选线方法的基本原理是，如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分，则比较所有线路零序电流谐波分量的相位。故障线路零序电流相位应与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线故障。谐波选线方法采用有效的数字滤波手段，提取出能量最高的谐波频带范围，避免了提取单一谐波频率而导致的误差。

3小波选线方法

小波分析是现代信号处理的理论与方法。岂能有效地分析变化规律不确定和不稳定的随机信号，能够从信号中提取到局部化的有用成分。小波选线方法利用单相接地故障产生的暂态电流和谐波电流作为选线判断的依据。由于小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用，在电路中产生的暂态电流通常很大。特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障情况下，暂态电流含量更丰富，持续时间更长。暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系，可以用来选线。

小波选线方法的优点是，该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用；该方法特别适应于故障状况复杂、故障波形杂乱的情况，与稳态量选线方法形成优势互补。

4首半波选线方法

小电流接地系统单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障的最初半个周波内，一定满足故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点，因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线。

5零序能量选线方法

小电流接地系统发生单相接地后，故障线路的零序电流的有功分量与正常线路极性相反，可以用这个特点进行选线。由于有功分量的含量较小，所以装置采用零序电流与零序电压的乘积，即零序能量来度量零序电流的有功分量，零序能量最大的线路就是故障线路。

6突变量的选线方法

对于中性点经消弧线圈接地电网单相接地故障的选线问题，过去一直采用5次谐波比幅比相方法。实践证明对于非金属性接地故障，该方法的选线正确率极低。电流突变量方法是解决这一问题的有效途径。该方法在电网发生单相接地故障后，通过自动装置自动改变消弧线圈参数，使各线路故障电流产生一个突变，利用故障线路和非故障线路电流突变特征的差异选出故障线路。该方法同小波选线方法和其他智能技术相结合，可彻底解决消弧线圈接地电网的故障选线问题。

7样本建模选线方法

样本建模选线方法又称特征指纹选线方法。在选线装置运行过程中，当发现某些极其特殊类型的故障样本，用正规的选线方法很难做出可靠的选线判断时，则提取这类故障样本的个性特征(即指纹特征)，并将该次故障的指纹特征及故障信息保存下来，作为一个参考样本。当再一次出现类似的故障时，通过与保存过的样本指纹特征进行匹配，就可以推断出新故障样本的故障线路。不断地收集和充实样本库，就可以处理各类特殊样本的选线问题。

8网络化选线方法

网络化选线方法是针对目前在电力系统信息网络日益发展和完善的条件下所提出的选线新思路，可以应用于中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统，并可进行连续判断。网络化选线方法需要输入与选线相关的电网运行状态遥信量，如一条线路的投入与退出、线路上各分段开关的开合状态等信息，来掌握电网的拓扑结构和各线路的参数。当电网发生单相接地故障时，根据获得的网络状态参数与故障电压参数来估算各线路对地充电电流，将各线路实测电流值与期望值(估算值)进行对比，非故障线路上实测电流值与期望值相差比较小，而故障线路上实测电流值与期望值相差很大。在选线时，将这些信息考虑进去可以极大提高选线成功率。

9有效域技术

对于不同的故障信号特征，各种选线方法都有一定的适用条件。当适用条件满足时，该选线方法选线结果就正确，否则，选线结果可能出现错误。一般称选线方法能够可靠选线的适用条件为该方法的充分条件，满足充分条件的故障区域，称为该选线方法的有效域。装置对每一种选线方法都界定了有效域。当一个故障落在某方法的有效域内时，该方法对该故障的选线结果一定是正确的，否则给这种方法的选线结果乘以一个系数w(O

10连续判断技术

连续判断技术是针对小电流接地系统单相接地故障中故障信号微弱，容易受干扰的特点而采取的技术措施。该技术不完全依赖于一次判断的结果，而是综合考虑全过程的情况。装置在故障没有消失的情况下，每隔ls重复进行选线计算，直至故障消失，这样可以有效地排除随机大干扰(主要指开关操作)的影响，提高了选线的准确率。

结束语

由于非故障相较长时间承受了线电压，个别情况下会有弧光过电压存在，因此，如果不尽快排除单相接地故障，就有可能诱发两相接地故障或其他形式故障，造成事故范围扩大。在运行中也发生过过电压引发电力电缆爆炸、电压互感器爆炸进而造成用户供电中断的事故。因此，快速确定系统接地点并消除单相接地故障对系统的安全运行意义重大。

参考文献

[1] 张冲,王利强,吕小妹.电力系统中性点接地运行方式综述[J]. 中国高新技术企业. 2009(16)

[2] 姚成,刘剑欣.各种接地选线方法在农网变电站中的应用[J]. 水电能源科学. 2005(03)

[3] 王中荣.中性点不直接接地系统的电容电流[J]. 天津电力技术. 2001(05)

[4] 白阳,侯昭湖,齐放.电子式互感器研究概述[J]. 中国电力教育. 2011(12)