摘要：本文主要介绍小电阻接地系统继电保护系统的优越性。对小电阻接待系统选线提出了主要算法：比幅比相方法、无功功率方法，小波方法、暂态能量方法、能量方法、负序电流法、注入方法等，对小电阻接地系统继电保护的研究提供参考作用，为变电站综合自动化技术的发展开拓了崭新的空间。
关键词：小电阻接地；算法；继电保护
1 小电阻接地系统简介
电力系统中性点接地方式可划分为两大类：大电流接地方式和小电流接地方式。在大电流接地方式中，主要有：中性点直接接地方式、中性点经低电阻、低电抗或中电阻接地方式；在小电流接地方式中，主要有：中性点经消弧线圈接地方式、中性点不接地方式和中性点经高电阻接地方式等。我国配电网中，66kV 和 35kV 电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式，3kV～10kV 电网则以中性点不接地方式为主。
小电流接地系统的故障绝大多数是单相对地短路故障。小电流接地系统在发生单相对地短路故障时，由于大地与中性点之间没有直接电气连接或串接了电抗器，因此短路电流很小，保护装置不需要立刻动作跳闸，从而提高了系统运行的可靠性。尤其在瞬时故障条件下，短路点可以自行灭弧恢复绝缘，不需要运行人员采取什么措施，这对于减少用户短时停电次数具有积极意义。但是随之而来的问题是：如果故障是永久性的，系统仅仅允许在故障情况下继续运行 1～2 个小时，此时运行人员必须尽快查明短路线路和短路点，以便采取相应对策解除故障，恢复系统正常运行。这就提出了小电流接地系统的单相接地故障选线问题。
在中性点直接接地系统中，一旦某条出线发生单相接地短路故障，就会产生很大的零序故障电流，从而启动保护装置动作跳闸。小电流接地系统的优点是接地故障零序电流小，然而在判断故障线路时，这恰恰成了一个非常不利的因素，微弱的零序电流往往混杂在各式各样的干扰信号中间。
2 小电阻接地系统选线算法介绍
目前可以采集利用的电气量有：零序稳态基波分量、零序稳态谐波分量、零序暂态分量、负序分量和注入信号。根据采集的电气量的不同，可以采用不同的方法，而根据电气量的不同特性，也可以看出各种方法在不同故障条件下的优劣。目前可以采用的方法有：比幅比相方法、无功功率方法，小波方法、暂态能量方法、能量方法、负序电流法、注入方法等。
2.1 零序电流比幅算法
这种方法基于早期的继电保护原理，适用于中性点不接地系统。当中性点不接地系统发生单相接地故障时，流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故障元件对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，所以只要通过零序电流幅值大小比较就可以找出故障线路。在具体实现上，通常采用“绝对整定值”原理。即利用零序电流I0与一整定值 IZ做比较，整定值 IZ一般大于系统内任何一条出线的电容电流值，如果I0小于整定值IZ，继电器不动作；如果I0大于整定值IZ则继电器动作，显示器显示该回路的编号，选线完成。
2.2 群体比幅比相算法
这种方法突破了原有的传统的保护原理，充分利用了故障信息之间的联系，将孤立的故障信息融合比较，大大提高了选线正确性。群体比幅比相算法适用于中性点不接地系统。这种方法的基本原理是先进行I0比较，选出几个幅值较大的作为候选，这样在一定程度上就避免了不平衡带来的影响，然后在此基础上进行相位比较，选出零序电流方向与其它零序电流方向不同的，即为故障线路。该方法还引入零序电压作为参考正方向。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实践和理论分析证明，零序电压幅值大，波形稳定，因而以其作为参考正方向，保证了参考正方向的稳定性。
2.3 有功分量法
有功分量算法的基本原理是：当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，提取各条线路的零序有功分量，非故障线路的零序有功分量方向由母线流向线路，大小等于线路本身的有功损耗电流值；故障线路的零序有功分量方向由线路流向母线，大小等于非故障线路的零序有功分量和消弧线圈的零序有功分量之和。当母线故障时，所有线路的零序有功分量都等于线路本身的有功损耗电流值，方向由母线流向线路。利用各线路零序有功分量的相对大小和相位关系就可以确定故障线路或者母线故障。
2.4 无功功率法
这也是比较传统的方法，在欧洲应用的较为广泛。这种方法是通过计算各条线路的容性无功功率来判断是哪条线路发生了故障。这种方法也是利用了容性电流的幅值与方向，所以从本质上讲，无功功率法和比幅比相方法同出一辙，两者的优缺点是一致的。
2.5 五次谐波分量算法
五次谐波分量算法的提出在一定程度上解决了中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障的选线问题。这种方法的基本原理为：中性点经消弧线圈接地系统中的消弧线圈参数是按照基波整定的，即有ωL≈1 /ωC 和 5ωL>>1 / 5ωC，可忽略消弧线圈对五次谐波产生的补偿效果，因此零序电流五次谐波分量在中性点经消弧线圈接地系统中有着与中性点不接地系统中零序电流基波无功分量相同的特点，再利用前述原理（如群体比幅比相算法等），即可解决中性点经消弧线圈接地系统的选线问题。但是五次谐波所的含量占基波的比例很小，且负荷中的五次谐波源、CT 不平衡电流和过渡电阻的大小，都会一定程度上影响选线结果。
2.6 小波算法
针对稳态时故障信息比较微弱的问题，人们提出了利用有较大突变的暂态信息作为故障信号的算法。这其中主要采用的是小波分析，故称为小波算法。小波分析是一门现代信号处理理论与方法，它能有效地分析变化规律不确定和不稳定的随机信号，能够从信号中提取到局部化的有用成分。小波算法利用单相接地故障产生的暂态电流和暂态电压作为选线判断的依据。由于小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大；特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障情况下，暂态电流含量更丰富，持续时间更长。暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系，可以用来选线。小波选线方法的优点是，第一、该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用；第二、该方法特别适应于故障状况复杂、故障波形杂乱的情况，这与稳态量选线方法形成优势互补。由于小波算法采用的暂态信号受过渡电阻，故障时刻等多种因素的影响，暂态信号呈随机性、局部性和非平稳性特点，有可能出现暂态过程不明显的情况，在这种情况下小波算法就要和其它方法联合使用。
3 总结
本文主要介绍小电阻接地系统继电保护，对中性点接地方式以及我国配网中中性点接地方式进行分析，提出了小电阻接地系统的优越性。针对目前可采集利用的电气量，对小电阻接待系统选线提出了主要算法：比幅比相方法、无功功率方法，小波方法、暂态能量方法、能量方法、负序电流法、注入方法等；并对常用的零序电流比幅算法、群体比幅比相算法、有功分量法、无功分量法、五次谐波分量法、小波算法进行详细分析。本文对小电阻接地系统继电保护的研究提供参考作用，为变电站综合自动化技术的发展开拓了崭新的空间。
参考文献：
[1]李先允.中性点径电阻接地系统的分析[J].南京工程学院学报. 2002(03).
[2]范迎青、高文逸.6～10kV电网中性点经中电阻接地的单相接地保护[J].电力自动化设备.2000(01).
论文作者:黄响林
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
标签：电流论文; 故障论文; 方法论文; 分量论文; 系统论文; 算法论文; 电阻论文; 《电力设备》2018年第14期论文;