小电流接地系统单相接地故障选线方法探讨

陈飞建

（兴义供电局，贵州 兴义 562400）

1 小电流接地系统的特征。当小电流接地系统发生单相接地故障时，各种中性点接地方式会表现出不同的故障特征:

1.1 不接地系统

（1）在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。（2）在非故障相的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的方向为由母线流向出线，即零序电流超前零序电压90°。（3）在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线，即零序电压超前零序电流90°。

1.2 经消弧线圈接地系统

（1）当采用完全补偿方式时，流经故障线路和非故障线路的零序电流都是本身的电容电流，电容性无功功率的实际方向都是由母线流向出线。在这种情况下，利用稳态零序电流的大小和功率方向都无法判断出哪一条线路上发生了故障。（2）当采用过补偿方式时，流经故障线路的零序电流将大于本身的电容电流，而电容性无功功率的实际方向仍然是由母线流向线路，和非故障线路的方向一样。在这种情况下，首先就不能用功率方向来判断故障线路；其次由于过补偿度不大，也很难利用零序电流大小的不同来找出故障线路。

1.3 经高电阻接地系统

（1）可以有效地抑制弧光接地过电压。这对运行多年的、设备绝缘弱点较多的老电网，具有直配发电机的电网，或绝缘较低的电缆网络，均有提高运行安全可靠性的明显作用。（2）可以降低设备绝缘水平，提高经济效益。对于电缆、干式变压器等投资较高的设备，降低绝缘水平的经济效益十分明显。（3）运行方式灵活。为提高城市电网的供电可靠性，不少用电线路及用户常由多路电源供电，在线路切换时，往往会改变系统的电容电流，如采用中性点经消弧线圈接地方式，会影响消弧线圈的调谐方式，而采用经电阻接地方式，则无此弊病。（4）电压和谐振过电压等对设备的损害。

2 单相接地故障选线的难点

从小电流接地系统单相接地时与正常运行时状态信息的区别来看，故障线路的判定似乎非常容易，然而事实并非如此，其原因主要有以下四点：

2.1 电流信号太小。小电流接地系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模大小和线路类型（电缆或架空线）有关，数值甚小，经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小，且消弧线圈的补偿状态（过补偿、欠补偿、完全补偿）不同，接地基波电容电流的特点与无消弧线圈补偿时相反或相同，对于有消弧线圈的小电流系统常采用5次谐波电流或零序电流有功功率方向检测，而5次谐波电流远远小于零序电流。

2.2 干扰大、信噪比小。小电流接地系统中的干扰主要包括两方面：一是在小电流接地系统单相接地保护装置的装设地点，电磁干扰大；二是由于负荷电流不平衡造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统对地电容电流较小时，接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。

2.3 随机因素影响的不确定。系统运行方式改变频繁，造成系统出线的长度和数量频繁改变，其电容电流和谐波电流也随之频繁改变；此外，母线电压水平的高低、负荷电流的大小总在不断地变化；故障点的接地电阻不确定等等。这些都造成了零序故障电容电流和零序谐波电流的不稳定。

2.4 电容电流波形的不稳定。小电流接地系统的单相接地故障，常常是间歇性的不稳定弧光接地，因而电容电流波形不稳定，对应的谐波电流大小随时在变化。

3 常用的几种选线原理。以下为小电流接地系统单相接地选线目前常用的几种判别原理，每种选线原理都有其自身的优缺点，在小电流接地选线装置应用中，往往需采取多种不同的选线原理、不同测量点的各种故障特征量进行融合处理，以消除干扰的影响，提高选线的准确性。

3.1 早期的单一判据原理。零序电流法是基于线路自身的电容电流可能大于系统中其它线路的电容电流之和这一特点；"功率方向"原理采用检测零序电流功率方向来完成选线功能；首半波原理基于接地线路的相反的特点实现选择性保护；利用5次或7次谐波电流的大小或方向构成选择性接地保护的谐波方向原理。

3.2 群体比幅比相原理。此种方法为多重判据，多重判据即为用二种及以上的原理为判据，增加可靠性和抗干扰能力，减少受系统运行方式、长短线、接地电阻的影响。

3.3 "注入法"原理。利用单相接地时原边被短接，暂时处于不工作状态的接地相PT人为地向系统注入一个特殊信号电流，用寻迹原理即通过检测、跟踪该信号的通路来实现接地故障选线。

3.4 注入变频信号法。注入变频信号法，其原理是根据故障后位移电压大小的不同，然后监视各出线上注入信号产生的零序电流功角、阻尼率的变化，比较各出线阻尼率的大小，再计及线路受潮及绝缘老化等因素可得出选线判据。

3.5 能量法。根据非故障的能量函数总是大于零，消弧线圈的能量函数与非故障线路极性相同，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）能量函数的总和的特征，提出方向判别和大小判别两种接地选线方法。

3.6 负序电流选线原理。利用负序电流与零序电流比较的故障选线原理。由这种原理构成的保护装置具有不受弧光接地影响，抗过渡电阻能力强。负序电流与零序电流比较式接地保护具有自适应等优点，但负序电流绝大部分由故障线路流向电源，非故障线路负序电流很小，方向准确测量困难，这就使得负序方向接地保护在实际保护配置中使用的可能性较小。

3.7 基于小波变换的接地选线原理。小波分析对暂态信号和微弱信号的变化较敏感，能可靠地提取出故障特征。小波变换的奇异性检测及模极大值理论提出了实现故障启动和选线方法。

3.8 模式识别和多层前馈神经网络方法。用统计模式识别中基于最小错误的贝叶斯（BAYES）决策方法和人工神经网络方法进行小电流接地选线。它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，从而实现故障选线。

4 小电流接地选线系统应用中应注意的问题。①小电流接地系统发生单相接地时,凡是对地有电容的线路都将有零序电流流过。②母线和某一线路都报出接地信号，应检查故障线路的系统设备有无异常。③只报出母线接地信号，应检查母线及连接设备、变压器有无异常。如经检查，站内设备无异常，则有可能是某一线路有故障，而其接地故障失灵，应用瞬停的方法，查明故障线路。对于重要用户的线路，可以转移负荷或者通知用户做好准备后停电查找故障点。在某些情况下，系统的绝缘并没有损坏，而是由于其它原因产生某些不对称状态，可能报出接地信号，此种接地称为"虚幻接地"，应注意区分判断。④寻找和处理单相接地故障时，应作好安全措施，保证人身安全。当设备发生接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内，进入上述范围的工作人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工具。⑤若电压互感器高压侧熔断件熔断，不得用普通熔断件代替。必须用额定电流为0.5A装填有石英砂的瓷管熔断器，这种熔断器有良好的灭弧性能和较大的断流容量，具有限制短路电流的作用。⑥处理接地故障时，禁止停用消弧线圈。若消弧线圈温升超过规定时，可在接地相上先作人工接地，消除接地点后，再停用消弧线圈。

结语。随着小电流接地判据理论与算法的不断发展,不断更新技术、设备以提高系统安全性。同时，还要提高设备检修人员的技术水平，积极改善设备的运行条件，加强设备的检修、维护管理，提高设备的绝缘水平。