小电流接地系统接地选线分析

摘要：小电流接地系统的接地选线功能，在综合自动化发电厂、变电所以及电网中是一项重要的功能。应用得当，将使小电流接地系统选线装置快速找到故障点。通过认真分析研究小电流接地选线装置的原理，并结合在工程应用上的经验，对小电流接地选线进行分析。

关键词:小电流接地系统；单相接地；小电流接地选线装置应用。

0 引言

一般情况下，电力系统的电压等级不高时普遍采用中性点非可靠接地的方式，如在66kV电压等级以下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系统方式。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，系统线电压仍然对称，系统还可继续运行一段时间，一般不超过2小时。但是单相故障若不及时处理，其他两相的对地电压升高，会破坏电力设备的绝缘，可能会扩展成两相短路故障甚至其他严重的事故，造成电力系统更大的事故。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接地点。于是引入了小电流接地选线问题。

1 小电流接地系统

要了解电流接地系统，首先需要了解三相交流电力系统中性点的接地方式：三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。一般来说，电网中性点接地方式也就是变电所中变压器的各级电压中性点接地方式。

我国110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式。

6～35kV配电网一般采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。中性点非有效接地方式主要可分为以下三种：不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地。

以小电流接地方式进行中性点非有效接地的系统，称为小电流接地系统。

2 小电流接地系统中的单相接地

2.1单相接地故障在小电流接地系统中是最常见的，约占电网故障的80%以上。单相接地时，由于故障电流小，使得故障选线较困难。

2.2单相接地时中性点不接地系统的特点

中性点不接地系统正常运行时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。

当系统出现单相接地故障时(假设线路3的W相接地)，见图1，则W相对地电压UW=0，U相和V相对敌电压卞伟该相对W相之间的线电压，即：

UU=EU-EW=√3 EW e-j150°；UV=EV-EW=√3 EW e-j150°。

可见，U、V相对地电压升高了√3倍。电网中出现零序电压U0，等于中性点对地电压UN，即U0=UN=1/3(UU+UV+UW)=-EW，即中性点电压UN上升为相电压（-EW），线电压仍保持对称。

由图1可见，在非故障线路1中，W相电流为零，U，V相中流有本身的电容电流，在线路1始端的零序电流为3I01=I1L1+I1L2；在故障线路3的U、V相也流有它本身的电容电流I3L1和I3L2，而接地点电流Ie=（I1L1+I1L2）+(I2L1+I2L2)+(I3L1+I3L2)。此电流要从W相流回去，因此，从W相流出的电流就为I3L3=-Ie ，那么，在线路3的始端所流过的零序电流3I03=I3L1+I3L2+I3L3=-(I1L1+I1L2+I2L1+I2L2)。

从以上分析可得出如下结论：

1)中性点不接地系统发生单相接地后，电网中会出现零序电流和零序电压，零序电压大小等于电网正常工作时的相电压。

2)故障线路与非故障线路出现零序电流，故障线路零序电流3I0大小等于所有非接地线路零序电流之和，电容性无功功率的方向为线路流向母线；非故障线路零序电流大小等于本线路对地电容电流，其电容性无功功率的方向为母线流向线路。

3)非故障线路零序电流超前零序电压90°，故障线路的零序电流滞后零序电压90°，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反。

4)接地故障处电流的大小等于所有线路(包括故障线路和非故障线路)的接地电容电流的总和，并超前零序电压90°。

3 小电流接地选线装置原理及应用

小电流接地选线主要原理：零序电压原理，也称绝缘监察装置；零序电流原理；

零序功率原理。

小电流接地系统发生单项接地故障时，凡是对地有电容的线路都将有零序电流通过，但由于零序电流较小，又有很大的分散性，选择接地线路有一定困难；若系统中有消弧线圈，困难更大。

针对以上困难，国内陆续研制出的一些小电流接地选线装置，从原理上讲有以下几种：

1)最大值分析法；2)功率方向法；3)有功分量法；4)谐波分析法。

这几种原理的产品都是依靠定值或功率方向来选线的。当系统运行方式发生变化、线路长短相差较大及系统中有消弧线圈时，经常发生误判；目前大部分产品原理上采用零序电压启动，谐波电流方向选择故障线路，充分考虑了PT断线过渡电阻变化而引起的零序电流变化等影响，在软硬件的设计上进行了重大改进，基本上无需整定和调试，使小电流接地选线准确率得到了大大提高。

4 选线失误的原因及应对措施

4.1 选线失误主要原因有以下几点：电流信号太小，干扰大、信噪比小，随机因素影响的不确定，电容电流波形的不稳定。

4.2 对选线不准确采取的措施

尽量使参数配合适当，减小测量环节的综合误差。

1）尽量选择准确度高的专用零序电流互感器。

2）零序滤序器应尽量使用变比较小的计量级(最好为S级)电流互感器组合而成。

3）微机检测装置的电流变换器的线性测量范围应与互感器的二次输出值配套。

4）使用接线中尽量减小误差和电磁干扰影响。

5 总结

随着技术的进步，特别是微机小电流既接地选线装置的出现和不断完善，小电流接地选线系统的功能渐趋完善，只要选择原理与系统相适应的设备，在实际的操作中尽量减少测量环节的误差，采取一定的抗干扰措施必将大大提高目前的接地选线准确性和可靠性。