小电流接地选线装置应用现状探讨

万正道

摘 要：在供电系统发生单相接地故障时，使用小电流接地选线装置不会改变系统原来的电压对称性，同时故障电流的大小不足以对供电设备造成严重损害。目前，小电流选线装置由于选线判断依据单一，已很难适应电力系统发展变化的要求。因此，进一步挖掘小电流接地选线装置的应用方法非常必要。基于此，本文对影响小电流接地选线装置应用的主要因素予以分析，并对小电流接地选线装置的发展趋势进行展望，希望能对我国小电流接地选线装置的发展和应用提供有益参考和借鉴。

关键词：小电流；接地选线；应用现状

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0158-01

我国对小电流选线装置的研制比较晚，但进展较快，从上世纪80年代的刚刚起步，到90年代在全国电力系统中的广泛应用，足以说明我国小电流接地选线技术的应用和发展之快。但是因为选线的判断依据较为单一，在实际选线过程中还存在选线准确率不高等问题，因此，研究和开发小电流接地选线技术，具有非常重要的意义。

1 小电流接地选线装置的工作原理

1.1 稳态分量法

根据判定依据的不同，稳态分量法分为三种不同类型，以下分别进行介绍：

（1）零序电流比幅法。在中性点不接地系统中，如果出现单相接地故障，流经故障线路的零序电流一定等于其他正常线路的对地电容电流之和，因此，零序电流幅值最大的那条线路就是故障线路，根据这一点，只要对不同线路的零序电流幅值进行比较，就能判断故障线路所在。

（2）零序电流相对相位法。通过对单相接地电容电流的相量分析，可知流经故障线路的零序电流方向和其他正常线路正好相反，其中，故障线路上的零序电流是从线路流向母线，而正常线路上的零序电流是从母线流向线路，据此能够判断哪一条是故障线路。

（3）群体比幅比相法。在实际选线过程中，由于各方面因素的影响，仅仅采用一种方法很难保证选线的正确性，因此需要灵活运用多种方法进行综合判定。群体比幅比相法就是基于这种思路而提出的综合性选线方法，其首先需要比较各线路零序电流的大小，并确定几条比较大的线路作为备选，再对电流相位进行比较，其中零序电流方向有别于其他线路的就是故障线路。

1.2 谐波分量法

在中性点经消弧线圈接地系统中，如果在过补偿状态下出现单相接地故障，则实际接地电流要大大小于补偿之前的电流，同时流经故障线路的零序电流方向与其他正常线路一致，且大小相差无几，此时，就不能使用传统的比幅比相法了，但依然可以利用电流中包含的高次谐波进行选线，具体原理如下：

此类系统出现单相接地故障时，受故障点、线路设备等因素带来的非线性干扰，会在故障线路的零序电流中产生一些谐波信号，并且分量数值最大的当属5次谐波。研究发现，流经故障线路首端的5次谐波零序电流是其他正常线路的5次谐波零序电流之和，而方向则与正常线路相反，因此，通过分析5次谐波电容电流的大小和方向，就能够找出故障线路。见图1。

2 小电流接地选线装置应用中的主要影响因素

2.1 故障电流太小

小电流接地选线中需要提取的零序电流是一种电容电流，其数值通常很小，检测难度非常大，特别是经过消弧线圈的补偿作用后，还会变得更小。实践表明，采用谐波分量法时需要检测的5次谐波电容电流通常还不到一般零序电流的二十分之一。

2.2 不平衡电流的影响

一方面，小电流系统本身负荷电流的不平衡，会导致零序电流与谐波电流偏大，在部分小型系统中，甚至有可能出现非接地回路零序電流大于接地回路零序电流的情况。另一方面，在实际选线中，通常利用零序电流互感器获得零序电流，或者采用零序电流滤过器，而在变压器一次电流较小时，前者实际测得的变比误差往往高达20%以上，角误差也在10°以上；而采用后者产生的误差比前者更高。

2.3 零序电流不确定

小电流系统本身具有多变的特点，一旦运行参数发生改变，与之相关的电容电流及谐波电流也会随之改变。除此之外，在电网运行过程中，母线电压、负荷电流均在不停的变化当中，且接地电阻也是因地而异，以上因素的不稳定，均会导致零序电流的不确定。

2.4 电容电流波形不稳定

在单相接地故障中，有很大一部分属于不稳定的弧光接地，这种接地产生的电容电流是间歇性的，其波形总是在不停地变化，再加上电容电流本身较小，很容易被各种干扰所淹没，导致装置测得的相位很可能是错误的，并由此导致误判。在实际选线中，由于零序电流互感器的测量精度达不到要求，很难保证选线的正确性。因此，现有选线技术在原理上就存在一定缺陷，如果再考虑硬件方面的影响，就更难保证选线的准确率了。

3 小电流接地选线装置的发展趋势

3.1 智能型比幅比相法

传统比幅比相法由于干扰因素多、信号提取困难，实际应用范围有限，而智能型比幅比相法利用巴特沃斯数字低通滤波器对电流信号进行处理，可以获得相对可靠的信号成分，从而大大增加了选线的正确率。采用智能型比幅比相法进行选线时，故障线路零序电流要比零序电压的相位滞后90度，且和非故障线路零序电流的相位相反，如果发现各线路零序电流的相位一致，可判定故障发生在母线上。

3.2 谐波选线法

该选线方法通过比较各线路零序电流谐波分量的相位，来判断故障线路所在。采用谐波选线法时，故障线路零序电流谐波分量的相位与非故障线路相反，如果发现各线路相位一致，说明故障在母线上。该选线法通过先进的数字滤波技术对信号进行处理，可获取高能量频段的谐波信号，有效防止了因谐波频带过窄而引发的误差，进而提高了选线正确性。

3.3 有效域技术

针对不相同的故障信号，各种选线方法都有一定的运用范围。只有依据具体情况选择合适的选线方法才能得出正确的结果，假如选用的方法并不符合条件，就会大大降低选线的成功率。通常情况下，将某种选线方法可以实现可靠选线的条件作为这一选线方法的充分条件，如果故障区域具备这些充分条件，就将其认定为这一方法的有效域。在选线装置中，可为不同选线方法设定不同的有效域，只要故障位于有效域之内，就不会发生选线错误的情况。

4 结语

综上所述，小电流接地选线是一项十分复杂的工作，采用单一选线判据很难得出正确的选线结果。因此，应当大力研究综合智能型选线装置，实现不同判据之间的优势互补，更好地应对当前接地故障类型复杂、电力系统运行方式繁多的新形势，大幅提升选线的准确性和技术水平。

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