浅析小电流接地系统单相接地选线方案

摘要：小电流接地系统是配电网普遍的接线方式，由于中低压配电网的中性点不直接接地和受馈线分布电容的影响，在任一馈线发生单相接地故障后，在其他馈线上会产生潜供电流，这给故障选线和配网保护造成很大困难，文章对小电流故障选线算法进行了一个归纳和综述，并分析了现有小电流接地系统发生单相接地故障选线方法的优缺点。

关键词：电力系统；小电流；接地；选线

前言

小电流接地系统发生单相接地故障时其线电压仍对称，不影响对用户供电，故不必立即分断故障线路，提高了供电可靠性，所以，在我国中压配电网一般都采用小电流接地方式。但小电流接地系统单相接地故障时电流小，故障选线困难，通过详细分析现有单相接地故障选线方法的优缺点，可得出一些基于故障产生的稳态信号选线方法受故障电流微弱、电弧不稳定等影响，实际使用效果并不理想；一些基于故障暂态信号的选线方法，易受电流互感器采样精度、不平衡电流以及电网运行方式影响大。总结了当前选线方法和进一步研究的方向。

1各种选线方法优缺点分析

1.1基于稳态分量的选线方法

1.1.1基波零序电流比幅法

零序电流比幅法利用的是流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故障元件的对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，所以只要通过比较零序电流幅值大小就可以找出故障线路。但这种方法受CT不平衡、线路长度按、出线多少、系统运行方式及过渡

电阻大小的影响，不适用于经消弧线圈接地的系统。

1.1.2基波零序电流相对相位法

零序电流相对相位法利用故障线路零序电流与非故障线路零序电流流动方向相反的特点，找出故障线路。但是，此法在故障点离互感器较远，零序电压较小且线路较短，电流较小时，相位判断困难，且受CT不平衡电流、过渡电阻大小、继电器工作电压死区及系统运行方式的影响，易误判，并对中性点经消弧线圈接地系统失效。

1.1.3群体比幅比相法

其基本原理是：先进行故障线路零序电流幅值比较，排队后去掉了幅值小的电流。然后在此基础上进行相位比较，选出方向与其他不同的，即为故障线路。但是由于噪声、干扰等影响，所采集到的零序电流无论幅值还是相角均有可能不满足上述关系，不可避免出现误判、漏判，同时还受到CT不平衡及过渡电阻大小的影响，以及存在相位判断死区。

1.1.4五次谐波分量法

发生单相接地故障时，故障电流中存在的谐波信号以5次谐波为主。由于消弧线圈是按照基波整定的，因此可忽略消弧线圈对5次谐波产生的补偿效果，再利用5次谐波电容电流群体比幅比相法，就可以解决经消弧线圈接地系统的选线问题。但故障电流中5次谐波含量较小（小于故障电流10%），且受CT不平衡电流和过渡电阻的影响，选线的准确度也不是很稳定。

1.1.5有功分量法

其原理是利用自动补偿电网中消弧线圈上并联或串联阻尼电阻的特点，在发生接地故障后，电阻产生的有功分量只流过故障线路，且其方向与非故障线路的零序有功漏电流方向相反，在数值上故障线路的有功电流比非故障线路的有功电流大，据此，只要以零序电压作为

参考向量，将此有功电流取出，就可以方便地实现接地选线保护。该方法不仅受消弧线圈串联或并联的电阻的影响，同时也受接地电阻和CT不平衡的影响。

1.1.6基于负序电流的选线方法

当电网中发生单相接地故障时，基波负序电流分量与中性点接地方式无关，故障线路基波负序电流分量的有效值，与所有非故障线路者相比，前者不仅数值最大，而且比后者高出许多，同时故障与非故障线路的负序电流分量的相位相反据此可构成选线判据。但负序信号获取困难且易受负荷变化的影响。

1.2基于暂态分量的选线方法

1.2.1首半波法

首半波法是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。用故障线路中故障后暂态零序电流第一个周期的首半波与非故障线路相反的特点实现选线。但该原理不能反映相电压较低时的接地故障，且受接地过渡电阻影响较大，同时也存在工作死区。

1.2.2暂态能量法

暂态能量法是对系统故障后的全部过程均以能量的观点来解释的选线方法，定圈的零序能量函数，考虑到电流的参考方向，非故障线路的能量总是大于零，故障线路的能量函数总是小于零，并且其绝对值等于其它线路（包括消弧线圈）的能量的总和，根据能量函数的上

述特征可以构成选线方法。

1.2.3小波分析法

单相接地故障发生后，故障电压和电流的暂态过程持续时间短，并含有丰富的特征信息，且比稳态值大，因此选择合适的分析方法分析暂态信号，将有利于故障选线。小波变换具有时频同时局部化的特点，能够很好地提取故障暂态特征。利用小波变换的多分辨率分析将暂态信号分解到特定的频率空间后，根据故障线路上暂态零序电流特征分量的幅值高于非故障线路，且其特征分量的相位也与非故障线路相反的特点构成选线判据。但此方法受过渡电阻、干扰信号对突变信号干扰影响较大，故离实际应用还有一定距离。

1.2.4基于方向行波的选线方法

利用故障线路的方向电压行波和正向电压行波同时到达，而非故障线路的反向电压行波滞后正向电压行波一定时间后到达，并且故障线路和非故障线路正向电压行波的初始极性相反，利用这两个特征来选择故障线路，此方法不受运行方式、过渡电阻以及故障初相角影响。但受线路长短和故障点远近影响。

1.2.5基于粗集理论的选线方法

发生单相接地故障后，通过电流互感器采样得到的暂态零序电流能量损失较大，使基于小波包的选线方法可靠性大为降低，为了提高小波包选线的准确性，提出了一种基于粗集理论的改进故障选线方法。将提取的暂态零序电流故障特征作为条件属性，信号增强倍数作为

决策属性，构成一个决策系统。通过对决策表的约简，得到决策系统的最小决策算法，从而实现信号增强。再利用小波包变换对增强的信

号分解，实现故障选线。该方法从一定程度上减小了CT不平衡对选线造成的影响，但仍然受接地电阻的影响，特别是小波分析对突变信号很敏感，抗干扰能力不太强，经过粗集理论将信号增强，无疑也增加了干扰信号的强度。

1.3.1模糊神经网络法

模糊神经网络具有模糊信息处理能力，采用相对成熟的零序电流群体比幅比相法和能量函数法的结合，对其作算法上的改进并取得样本，通过模糊神经网络中的极大一极小神经网络进行训练，利用多层训练的收敛结果作为选线的判据。这种方法对电网结构和系统运行方式没有依赖性，而且比较特征量明显，选线准确率高。

1.3.2模式识别和多层前溃神经网络法

采用统计模式识别中基于最小错误的贝叶斯决策方法和人工神经网络方法进行选线。这种方法将故障后各线路零序电流看作某类故障的一个模式，通过人工神经网络的训练与学习来判断故障模式，实现故障选线。

1.3.3基于D-S证据理论的选线方法

其采用D-S理论，针对故障选线的具体特点，合理构造了选线识别框架分配函数，将故障选线问题转化为证据理论模型给出证据组合的选线判定原则，制定基于信息融合的综合选线策略，其充分利用单相接地故障的互补信息来提高选线的准确性。

1.4其它选线方法

1.4.1电流信号注入法

借助电压互感器空闲状态的接地相，向电力系统注入一个特殊波形的电流信号，其频率可取在各次谐波之间，由于系统发生单相接地故障时，被注入信号仅在接地相的线路中流通，非接地相的线路中没有信号，故只要检测各线路中有无注入信号电流，便可进行故障选线。对于注入法高阻接地时存在的问题，提出了注入变频信号的方法，其原理是考虑故障后位移电压大小的不同，而选择向消弧线圈电压互感器注入谐振频率恒流信号还是向故障相电压互感器副边注入频率为70Hz的恒流信号，然后监视各出线上注入信号产生的零序电流功角、阻尼率的大小，再计及线路受潮及绝缘老化等因素可得出选线判据。

1.4.2残流增量法

在电网发生单相永久接地故障的情况下，若增大消弧线圈的失谐度（或改变限压电阻的阻值），则只有故障线路中的零序电流会随之改变，因此只要对失谐度变化前、后各条馈线的零序电流进行实时采集，对比找出残余电流明显变化的馈线，便可确定为故障线路。

1.4.3基于最大原理的选线方法

最大初原理是把所有线路故障前、后的零序电流都投影到故障线路零序电流方向上，计算出各线路故障前、后的投影值之差，然后找出差值的最大值，即最大。显然，当差值的最大值大于零时，对应的线路为故障线路。这种方法的本质是寻求最大零序无功功率突变量的代数值，从理论上基本消除了不平衡的影响，但也有两个缺陷，计算过程中需选取一个中间参考正弦信号。如果该信号出现问题，如发生断线、交流电源失压等，将造成该算法失效。此外，这种算法在计算过程中需求出有关向量的相位关系，计算量很大。

2尚需解决的问题

2.1选线方法大部分都受到电流互感器不平衡、采样精度低、甚至转换时间的影响，所以应加强互感器优化的研究，充分利用新材料，新工艺，利用新原理。尽可能地减小其对信号的影响。

2.2短路故障时存在过渡阻抗，并且过渡阻抗在不同短路情况下（长久性故障、瞬时性故障），过渡阻抗大小差别很大，因受其变动影响，一些选线方法的可靠性变换很大，所以需要我们的选线方法能够较小或避免过渡阻抗对其的影响。

2.3中性点运行方式和线路长短即电网参数变化，也会影响到一些选线方法的适用范围，随着我国配电网自动化水平的提高，中性点采用自适应接地方式也有可能，所以选线的原理和方法应能适应电网参数变化，提高选线正确率。

3 结束语

通过对现有单相故障选线方法的综合分析，可得出单相基地故障复杂性与选线方法单一性，故障信号信息的多样性与利用量低之间的矛盾，为解决这两个矛盾，需要加强对小电流接地方式的稳态和暂态分析，充分利用其故障信号中的信息，采用综合的选线原理或选线方法，提取其有效的特征量，提高其故障选线的可靠性。由电力系统本身的特性所决定，每一种方法都有其自身的局限性，不能够通用于各种运

行方式、接地方式中。所以，应当加强对单相接地故障的分析、完善现有理论并及时发展新理论，关注信号提取、分析的新技术和新方法

的发展，为处理小电流接地系统单相接地故障选线提供新理论和新方法。