影响接地选线准确性的原因分析

唐力军

（湖南华菱湘潭钢铁集团有限公司动力厂，湖南湘潭 411101）

前言

在中性点非有效接地系统中，小电流选线及时准确地判定和迅速排除单相接地故障是其最核心的功能。但各种选线装置在小电流接地电网中发生单相接故障时判断准确性不高，往往发生误选或漏选，效果不能令人满意。选线准确率偏低是现有选线装置的难题，长期困扰选线装置开发厂家和使用单位。小电流接地选线装置的硬件在不断升级，选线原理也在不断更新，选线准确率理应较以往有所提高，但用户在安装时缺少检测，平时使用缺少维护，选线准确率还是不高。现场小电流选线设备大多只作参考甚至不用，发生接地时大多还是采用按一定顺序逐个开路停电法来选择。

对小电流接地系统，当发生单相接地时选线准确性的高低与选线原理有密切的关系，更与现场设备的维护检测有直接的关系,现就选线原理及选线准确率不高作简要的分析。

1 现流行的接地选线原理

小电流接地系统的接地故障选择原理较多，主要有两类，一类是比较接地前后零序电流（电容电流）的特征来判断接地，其主要是比较接地线路零序电流的辐值大小、增量、相位变化、功率变化等；另一类是提取接地时暂态电流进行小波分析法来判断接地线路。具体有以下一些原理。

1.1 比辐比相法

比辐比相法就是比较线路零序电流的幅值及线路零序电流与母线的零序电压间的相位,故障线路零序电流相位落后接地时的零序电压90°并与非接地线路零序电流差180°。若检测到所有配出开路的零序电流相位一致，并超前接地时的零序电压90°，则判断为母线接地。这种方法适用于无消弧线圈补偿时，此时零序电流最大的那个开路为接地线路。这种方法应用在接地电容电流较大的系统最为有利。

1.2 零序电流增量法

零序电流增量选线法，是比较两次不同感性电流补偿情况下的零序电流，其中零序电流变化大的就为接地线路，因而接地选线装置要与消弧线圈控制器配套使用。这种方法也有两种类型，一种是当发生接地时，在消弧线圈补偿前进行一次各配出开路的零序电流采集，采集完后立即将消弧线圈补偿投入运行，再对消弧线圈补偿时的各配出开路零序电流进行采集，然后比较这两次的零序电流，变化大的就为接地开路。另一种是当发生接地时，消弧线圈进行补偿，此时对各配出开路进行零序电流采集，采集完后再改变补偿电感进行第二次零序电流采集，比较这两次不同补偿电感下的零序电流，零序电流变化大的就是接地开路。但要注意，第二种零序电流增量化一般不用于预调式的消弧补偿系统中。

1.3 小波分析法

小波分析是一种信号处理理论与方法，主要是有效地采信接地时的随机信号，并分析从随机信号中提取到局部化的有用成分。当接地发生时，选线装置采集单相接地故障时产生的暂态电流和谐波电流提取到局部化的有用成分，利用小波分析法分析非故障开路的暂态电流和故障开路的暂态电流，根据其数值和方向不一致来判断接地线路。这种方法对间歇性弧光接地故障或弧光接地故障的判断与选择最为有利，因为间歇性弧光接地故障或弧光接地故障含有更丰富的暂态电流量，更有利于故障的判断与选择。

1.4 消弧线圈并联中阻法

小电流接地系统发生单相接地后，接地电流较小，为了提高选线准确性，现有些用单相故障后投入关联中值电阻来增加接地线路的电流，给判断接地线路提供较大信号。该种方法是中性点中电阻接地和消弧线圈接地的配合使用，当系统发生单相接地故障时，消弧线圈投入运行，补偿电感电流，若接地故障是瞬间，补偿后接地点的绝缘可恢复，接地自动解除恢复正常。对于永久性接地故障，在经一定延时后在中性点将中电阻投入，形成一个中性点为中电阻接地系统，在接地点通路中会产生比接地电容电流大得多的有功电流，检测装置根据接地线路零序电流的变化量和中值电阻投入后线路的有功功率大小来判断接地线路。这种方法增大了接地电流，使接地电流达到几十安甚至上百安，对选线非常有利，因而选线准确率高，但增大后的接地电流对接地处的设备破坏较大，使用还在推广中。

这几种接地选线方法，各有利弊，接地故障类型、系统容量、消弧补偿方式等对选线方法都有影响，不同的选线方法针对不同的系统其选线准确率也差别较大。

2 小电流接地选线系统使用现状

小电流接地选线系统在现场均有安装，但其准确率偏低，各使用单位均疏于管理，对相关的设备缺少管理与维护，只要不影响主体设备运行就听之任之。

2.1 一次设备方面

各单位配电间隔因电缆较多，部分站所的间隔未安装零序CT。另外零序CT也存在规格不一致的情况，从而使选线装置难以通过接地残流来准确判断故障线路，使得选线装置的选线准确率偏低。此外还有接线错误，包括张冠李戴和极性接错等。在电缆维护和开关维护中破坏了零序CT，没有及时恢复或修复。

2.2 选线装置设备

另外就消弧补偿装置和选线本体而言，更关注的是消弧装置本体而对选线装置及功能很少关注。日常的检测也只测试消弧装置功能基本完好，对选线装置不做检测。对选线开展的测试工作，试验都是在理想的状态下，无法模拟实际事故环境，所以测试结果只停留在理想事故状态，实际运行中事故状态时选线准确性比实验时准确性要低很多。

3 小电流接地自动选线装置存在的问题及原因

3.1 作为判据的信号量小

选线装置大多采集各配出开路的零序电流，而小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其值较小，规程里要求不超过10 A，超过该值时，一般通过消弧线圈接地，使接地电流更小。另外电网运行中负荷的不平衡对零序电流也有较大的影响。

3.2 零序CT的误差及长距离二次电缆引起测量误差

零序CT精度低对接地时的零序电流测量有较大的误差。特别是一些接地电容电流较小的系统，当该系统内的变电站选用零序CT精度太低时，零序CT二次根本无电流输出，因此当高阻接地电容电流较小时容易造成误判。同一站所内CT变比不一致，型号不一致，都对测量造成较大误差。另外，二次电缆的长度及线径对测量也有较大的影响，特别是信号量小时，二次电缆的电阻会使测量误差增大。

3.3 各种干扰对零序电流测量的影响

一是电磁干扰。变电站处于一个电磁干扰场，电磁的突变对小信号有较大的干扰。二是系统负荷不平衡造成的零序电流和谐波电流较大。负荷不平衡一是表现为负荷本身不平衡，在回路电流测量中产生零序电流干扰了接地时的电容电流；负荷不平衡另一表现为线路三相参数不一致引起的各相电流的差异，特别是在同一配出开路中两组以上的单芯电缆配电，电缆长短不一、摆放排列等问题会造成每相电缆阻抗相差较大，运行电流也相差较大。

3.4 随机因素的影响

小电流接地系统的接地电容电流与系统的运行方式、电压水平、负荷情况有较大关系，另外还与接地时的接地故障形式和接地点过度电阻也有关。这些因素都有随机性。

如大型用电企业，其中压配电网一般为小电流接地系统，结构相对较复杂，配电站下还配有二、三级开关站，根据生产的安排运行方式常有变化，有时带一个开关站，有时又会带好几个开关站，使得变电站对地电容随运行方式的变化而变化，其电容电流和谐波电流也变化，多带一个开关站，其电容电流成倍增加。此外，故障点的接地有金属性的和非金属性的，有死接地和间隙性接地，因而接地点的接地电阻大小具有不确定性，不同的接地方式有不同的接地电流，这些都造成了同一小电流接地系统中发生接地故障时的零序电容电流和零序谐波电流的不稳定。

3.5 选线装置采样单元的影响

微机选线装置的采样单元是将零序电流互感器二次电流通过装置的变流器变为电压信号。采样单元的变流器的额定输入电流有5 A和1 A两种，要与零序电流互感器二次电流相匹配，使用较多的是5 A，采样单元的变流器测量线性范围为0.1～20IN。当零序CT二次电流小于额定输入电流0.1倍或大于额定输入电流20倍时测量误差都将很大。以零序CT的变比选用300/5、变流器额定电流选用5 A为例：当系统接地电容电流值为5 A时（有消弧线圈补偿时，一般不大于5 A），二次侧的电流值为0.083 A，实际输入电流变换器的电流是其额定输入电流IN的0.016倍；当系统接地电容电流值为20 A时，二次侧的电流值为0.332 A，实际输入电流变换器的电流是其额定输入电流IN的0.066倍。这两种情况，二次侧电流值都没有达到0.1IN（0.5 A），落在电流变换器的测量线性范围外，测量误差较大。

小电流接地系统中，接地时电容电流一般都较小，各个站所又采用精度较低的零序CT，选线装置采样单元使用线性测量范围不匹配的电流变换器使整个测量误差进一步扩大，对接地选线选取有用信息造成极大因难。

4 解决措施

通过以上分析可知，接地时接地电容电流小及存在各种干扰、零序CT的精度低及安装维护问题、选线装置的电流变换器存在的测量误差是导致选线准确率偏低的的主要原因，因而我们要从下面几个方面采取措施来有效提高小电流接地选线系统的选线准确率。

（1）选择准确度高的专用零序CT，对单相电缆出线的开路不应选用每相一只的零序CT，而选用三相共用一只的零序CT；同一站所选用同一变比的零序CT；零序CT的线性测量范围要宽，上限要按系统最大电容电流来选，即最大电容电流是其线性测量范围上限的80%附近，而线性测量范围的下限应在0.2 A左右，这样保证零序CT二次值误差最小。

（2）选线装置的电流变换器应使用变比较小的计量级（最好为S级）CT组合而成，减小变换器产生的误差，使选线装置采集到更准确的接地故障电流，S级CT相比其他的CT，其测量精确线性范围更宽，对测量较小的电容电流更有利。

（3）减小零序CT二次电流受各种电磁的干扰。变电所内电磁干扰较强，对零序电容电流影响较大，因而使用带屏蔽的电缆作为选线装置零序电流采样电缆、该电缆屏蔽层两端均接地，屏蔽掉电磁干扰对采样零序电流的影响。

（4）完善零序CT安装及二次回路，未安装的增加零序CT，对安装错误及接线错误的回路进行改正，同一站所采用同一型号、同一变比的零序CT。在安装零序CT时注意零序电流穿过互感器的方向，同一站所内各零序电流均以母线流向线路为正，即标有“P1”（或“L1”）端应朝向高压母线。另外在安装零序CT时还要注意配出电缆屏蔽层接地线的接地位置，要避免屏蔽电流流过零序CT。日常维护中不能忽略接地选线系统的维护，特别是在电缆维护中破坏了零序CT的完整性。将接地选线系统纳入设备周期性管理中，定期对其进行检测。