小电流系统接地选线方法综述

施伟 江维

我国配电网普遍采用小电流接地系统。当发生单相接地时，线电压仍对称，不构成短路回路，故障电流小，可不影响对负荷的供电。但是，长时间单相接地运行易使故障扩大成两点或多点接地，构成短路;接地点的弧光还会引起系统过电压，造成损坏设备，影响系统安全运行。近年来，在配电系统中经常发生由单相接地引起的电缆爆炸、电压互感器PT烧毁，甚至烧毁母线，造成机组停运、工艺流程中断等恶性事故，对安全生产影响极大。所以小电流系统中发生单相接地时，必须及时找到故障线路予以切除。

围绕小电流系统接地选线原理和技术，电力工作者进行了广泛而又深入的研究，提出了多种故障选线方法。概括起来主要包括:人工拉路法、信号注入法、稳态信号法、暂态分量法和行波法等。这些方法的提出和现场应用，有力促进了小电流系统接地选线问题的解决。下面对现有的方法进行一一介绍。

1 人工拉路法

人工拉路法是一种非自动化的方法，不仅是最早的接地选线方法，也是目前仍在使用的选线方法。当系统中发生单相接地时，电压互感器的开口三角电压增大，运行人员发现系统中发生了单相接地，接着通过逐条线路拉合闸的办法，寻找接地线路。如果拉闸后，接地没有消失，则接地点不在该条线路上，重新合上该线路，继续拉下一条线路。如果拉闸后，接地消失，则该线路为接地线路，选线结束。由于该方法无选择性拉合闸，造成系统中正常运行设备的电流、电压冲击，不仅会缩短断路器的使用寿命，还增加了对系统中运行的电气设备的绝缘的要求，易于造成系统中绝缘薄弱点的击穿，使接地转化成短路，造成系统事故。

2 信号注入法

信号注入法是一种主动的接地选线方法，而不依赖于故障产生的故障特征信息。当系统中发生单相接地时，接地相的电压互感器PT原边被短接。此时通过接地相PT向系统中注入一个特定频率的电流信号，在系统中通过手持设备寻找该注入信号。由于注入的信号会沿着接地线路经接地点注入大地，因此在接地点前，手持设备都能检测到该信号，在接地点后，手持设备检测不到该信号，因此可选出接地线路和接地点。信号注入法不仅可以选出接地线路还能确定接地点，但是注入信号强弱受电压互感器容量的限制，当注入信号功率不够大时，信号较弱，难以准确选线。另外，注入信号法受接地点情况的影响大，接地电阻较大时，线路上的分布电容会对注入的信号分流，给选线和定位带来干扰;接地点存在拉弧时，注入的信号在线路中将不连续，信号特征被破坏，信号不易识别，接地选线困难。

3 稳态信号法

稳态信号法顾名思义是利用接地后的稳态信号特征进行接地选线方法。所利用的稳态信号具体包括零序电流、负序电流、基波电流和谐波电流等等，具体方法包括比幅法、比相法、有功分量法、能量法等等。

1)比幅法是通过比较所有线路电流的幅值来确定接地线路的。当发生单相接地时，接地线路的电流幅值最大。接地时，接地线路中的电流为全系统中非接地线路对地电容电流之和;非接地线路电流仅为该回线路的对地电容电流，因此接地线路的电流最大。当系统中性点不接地或者经电阻接地时，该原理成立;当系统中性点经消弧线圈接地时，接地线路电流为非接地线路对地电容电流和消弧线圈支路电流之和，因此在不同的消弧线圈补偿情况下，接地线路电流与非接地线路电流之间的幅值关系将发生变化，绝大多数情况下，接地线路电流最大的关系将不再成立。

2)比相法比较接地线路和非接地线路的电流相位。单相接地时，接地线路的零序电流由线路流向母线，而非接地线路零序电流由母线流向线路。正常运行时，线路零序电流超前零序电压90°;接地时，接地线路零序电流滞后于零序电压90°。同样，比相法在短线路或采用过补偿的中性点经消弧线圈接地的系统中不适用，前者是因为短线路的电容电流太小，角度误差很大，容易引起误判;后者是因为接地线路和非接地线路的零序电流方向相同，前述特征不复存在。

3)有功分量法是利用接地时系统产生的有功电流来确定接地线路的。对于中性点经消弧线圈接地的系统，当发生接地时，流过接地线路始端的零序电流可分为两部分:a.中性点电阻上产生的有功电流，其相位与零序电压相差180°;b.非接地线路零序电流之和，其相位滞后于零序电压90°。由于有功电流只流过接地线路，与非接地线路无关，只要以零序电压作为参考矢量，将此有功电流取出，就可方便地实现接地选线功能。对于中性点不接系统，接地后的有功电流分量很少，增加了利用该方法选线的难度。

4)能量法是利用故障分量网络的零序电流和电压构成能量函数，由能量函数的方向和大小判别接地线路。其依据为网络上的能量都是通过接地线路传送给非接地线路的，故接地线路的能量函数总是小于零，并且其绝对值等于其他线路(包括消弧线圈)能量函数的总和。非接地线路的能量函数总是大于零，消弧线圈的能量函数与非接地线路极性相同。

4 暂态分量法

暂态分量法是利用过渡过程中的电流电气量特征进行选线。首半波法是比较早的暂态分量选线方法。当接地发生在相电压接近最大值时，接地相电容电荷通过接地相向接地点放电，由于分布电容和分布电感具有衰减振荡特性，进而形成暂态接地信号。故障线路零序电流暂态值大于非接地线路零序电流暂态值，且故障线路零序电流故障后首半波方向与非接地线路零序电流方向相反。在此基础上，西安交通大学的学者提出了基于暂态零序电流特征频带相位特征的接地选线方法，有效解决了电流微弱，故障电弧不稳定的选线问题。

5 行波法

当配电网中发生单相接地时，故障点将产生故障行波。根据电磁波理论，在故障行波到达测量点母线时，故障行波将在母线处发生折反射，一部分故障行波透射进非故障线路，一部分故障行波反射回故障线路。故障发生后，故障线路和非故障线路都将感受到故障初始行波。故障线路的电流初始行波幅值最大，极性与非故障线路相反。因此，故障发生后，基于线路电流初始行波的幅值和极性特征，可准确选择单相接地线路。这一方法开辟了解决小电流选线问题的新的方法途径，并且避免了利用工频信号选线所存在的许多问题，具有不受中性点接地方式影响、不受系统正常运行时的不对称分量影响、不受线路长度影响等优点，有很大的发展前景。

小电流系统接地选线问题是配电系统迫切需要解决的问题，也是现场尚未解决的问题。接地选线原理和技术的持续研究不仅促进了该问题的解决，也促进了电力系统继电保护和故障检测技术的发展。

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