小电流接地系统接地选线技术综述

张辉

（国网宁夏电力有限公司宁东供电公司，宁夏 灵武 750411）

1 引言

我国中压配电网（6～66 kV）普遍采用小电流接地方式，即中性点不接地（neutral ungrounded system，NUS）、中性点经消弧线圈接地（neutral resonant grounded system，NES）、中性点经电阻接（neutral resistor grounded system，NRS）。其优点在于故障电流小、瞬时接地时开关不必立即跳闸、供电可靠性高，但对于永久性接地故障、绝缘损坏易发展两点或多点接地故障，其中弧光接地会引起全系统过电压损坏电力设备，为防止事故扩大故障线路必须迅速、准确选出并予以切除。根据选线原理划分，选线方法主要有以下几类：稳态信息的故障选线方法、暂态信息的故障选线方法、信息融合的故障选线方法。以上选线方法实际效果并不理想，笔者对上述选线方法的优缺点进行分析，并指出未来接地选线技术的研究方向。

2 小电流接地系统接地选线原理

2.1 稳态故障选线方法

2.1.1 群体比幅比相法

文献[1]提出系统发生单相接地时，从馈线中选出3 个幅值较大的作为候选，在此基础上进行相位比较，选出电流方向与其他线路相位相反的线路，该线路即为故障线路，否则为母线故障。针对NUS 系统，此法有效避免CT 等不平衡产生的相位误差。但对于NES 系统，消弧线圈产生感性电流对故障点容性电流起补偿作用，故障线路零序电流可能小于非故障线路，此法选线不能保证可靠性和正确性。

2.1.2 有功分量法

文献[2]提出系统发生单相接地故障时，故障线路零序有功电流为非故障线路和消弧线圈有功电流之和。针对NES系统，此法有效克服因故障线路零序电流受消弧线圈补偿的影响，导致群体比幅比相法无法准确选线，缺点是故障电流有功分量小，易受CT 不平衡电流等因素的影响。文献[3]提出消除不平衡电流的有功功率选线方法，计算出各支路实际的故障零序电流幅值和相位，还原了故障支路和非故障支路的有功分量差异，从而提高了选线的准确性。文献[4]和[5]提出中性点经消弧线圈并联电阻的接地方式，通过故障时中性点投入并联电阻前后故障线路和非故障线路的零序电流有功增量形成判据，实现了永久性单相接地故障准确选线。

2.1.3 零序导纳法

文献[6]和[7]提出，利用馈线出口处测得零序电流和母线零序电压，将计算出的故障前和故障后对地导纳作对比，即可确定故障线路。文献[8]提出该方法的缺陷在于在谐振补偿情况下（即v=0），故障线路测得的零序导纳很接近第一象限，易引起误判，并且对于间接瞬时性接地故障几乎失效。

2.1.4 5 次谐波法

文献[9]提出消弧线圈的补偿对5 次谐波补偿很小，故障时故障线路的5 次谐波零序电流的幅值比非故障线路的都大且方向相反，因此利用5 次谐波幅值相位选线。但故障电流中5 次谐波含量小，检测灵敏度低，加上负荷中谐波源的影响，造成选线效果不理想。针对负荷电流对于选线精度的影响，提出基于比较线路的故障相和非故障相的5 次谐波电流突变量以及本线路和相邻线路的故障相的5 次谐波电流突变量的故障选线方法，克服了选线精度受电流互感器不平衡电流、系统本身谐波、过渡电阻等因素的影响。

文献[10]针对5 次谐波电流较小提出基于5 次谐波能量与LM-Elman 的配电网单相故障选线方法，利用小波包对各线路零序电流的5 次谐波进行分解、重构并进行能量计算，得出5 次谐波能量值；将能量值作为Elman 神经网络的输入，采用LM 算法进行训练与测试，结果表明此方法能够准确地进行故障选线。

2.2 暂态故障选线方法

2.2.1 暂态零序能量

文献[11]和文献[12]提出利用故障后各馈线的零序电流和母线零序电压构成能量函数，根据能量函数的方向和幅值判别故障线路，此法不受负荷谐波源影响，对间歇性接地有效，但针对NUS 系统和高阻接地时算的能量值小，实际效果不理想。文献[13]提出通过对比特征频段下故障后一个周期内首个1/4 周期和最后1/4 周期的相对能量大小，形成故障选线判据。仿真结果表明该方法充分利用了故障暂态信息，放大了故障暂态特征，避开了电流互感器饱和引起的间断角对选线准确性的影响。针对相电压过零点附近或者线路末端发生高阻接地故障时，由于其故障暂态分量小，暂态时间短，选线效果不理想的情况文献[14]提出了一种新的基于暂态小波能量的小电流接地系统选线新方法。将各馈线暂态零序电流进行小波变换；再利用小波系数计算小波高频能量和小波低频能量，根据相电压峰值附近故障和过零点附近故障时故障信号能量谱特征不同，通过比较小波高频能量或小波低频能量极大值进行选线。但基于小波能量的选线方法准确性受小波基选取影响较大。文献[15]提出了基于相电流的能量与相关性的谐振接地系统选线方法以二维坐标的形式融合了能量法与相关性法的选线方法，该方法受故障电阻、故障合闸角、故障位置的影响较小，对不同故障情况均能较好地识别。

2.2.2 暂态零序相位法

文献[16]提出馈线发生接地故障时，故障线路的暂态零序电流第一个周波的首半波与非故障线路的暂态零序电流相位相反，针对NES 系统第一个周期的首半波内故障线路的暂态零序电压与暂态零序电流相位相反，与非故障线路的暂态零序电流相位相同，以此来判别故障线路。其优点是暂态首半波内零序电流模值为稳态的几倍到几十倍，灵敏度较高。缺点是发生接地故障时相电压较小时，导致零序电流模值较小，并且判别故障相零序电压与零序电流时间为2 ms之内，受电网结构参数影响较大，发生弧光接地时抗干扰能力较弱，使得选线效果不理想。

2.2.3 时频域分析法

文献[17]提出故障根据暂态零序电流相频特性将频率分为不同区段，选用低频区段界限明确所有出线零序电压电流均呈容性关系，提出基于暂态零序电流该特定分量幅值极性比较的选线算法，此法可靠性高，克服了消弧线圈和不稳定电弧的影响。

2.3 其他故障选线方法

2.3.1 人工智能法

文献[17]提出目前提出运用神经网络和模糊理论，利用神经网络分析采集各馈线电气特征量与故障间的映射，依据模糊理论得出隶属度函数，最终根据信息共同得出故障线路。但模糊神经网络必须利用特定的样本空间作为数据模型，选线适用性有限。

2.3.2 信息融合故障选线方法

文献[18]提出由于接地故障特性复杂，单一判据无法选线可靠性。利用暂态信息丰富，检测灵敏度高、抗干扰能力强，稳态信息故障时间长易于检测等特点，利用稳态与暂态选线判据的融合来实现故障的识别得出综合判据进行选线。

3 结论

由于稳态方法严重受到消弧线圈补偿，特别受间歇性电弧故障、零序有功分量小等因素的影响，使得故障选线方法选线准确性、可靠性差。暂态选线方法灵敏度高，但比较容易受到系统的运行方式和故障时刻等因素影响。现代信号处理技术的小波变换和人工智能融合了现代数学处理方法，在理论上能够进一步提高选线准确度，但实际效果仍需进一步验证。