摘要：电力系统接地方式有很多种，其中小电流接地非常常见。其主要包括的形式有高阻接地、消弧线圈接地以及不接地。站在该系统的应用角度来说，一旦处于潮湿、多雨等环境之中，很容易出现单相接地情况，进而导致系统无法正常运行，一些线路绝缘层也会被击穿，引起电器元件烧毁、过电压等问题，这也是小电流接地系统单相接地故障诊断技术应用的主要原因。
关键词：小电流接地系统；单相接地故障；选线问题
引言
小电流接地系统是指中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的系统。小电流接地系统发生单相金属性接地故障时，非故障相的相电压上升为线电压，线电压大小和相位不变且对称，系统的相间绝缘能够满足运行要求，且接地点仅流过其他出线总的电容电流，所以，当小电流接地系统发生单相接地故障时，系统通常可以运行一段时间，不会跳闸。
1单相接地理论分析
我国的10kV配电系统电压等级低，为了保证其可靠运行，供电可靠性的提高，大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地。在这种系统中，发生单相接地故障时，由于其中性点是没有有效接地的，因此是没有短路回路的，自然也就不存在短路电流。由于其不影响供电，故允许带单相接地故障运行1~2h。常见的小电流接地系统其短路图，对于图1所示的最简单中性点不接地网络，正常运行时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。通常情况下，各线路对地电容相同，三相电流一般是对称的，各自超前90度，三相电流之和为零。
图1简单网络接线示意图
2小电流接地系统单相接地故障成因分析
在对小电流接地系统单相接地特点有一个初步的了解之后，研究人员还需要将其中出现的故障原因明确出来，本文将故障原因主要归结于导线落地或者是搭载横担上、树体短接、导线断线等，当上述故障原因出现之后，引发小电流接地系统单相接地故障占据总故障发生率的60%。
3小电流接地系统单相接地故障选线问题
3.15次谐波发
NES系统在设立之初主要考量基波频率，最重要的是电网对地基波总容抗几乎等于基波电抗。高次谐波回路类似于中性点不接地系统，相对于电网对地容抗值，电抗值更高，这就导致高次谐波电流补偿需要无法被消弧线圈满足。在这种情况下，配电网中5次谐波的含量最为丰富，根据谐波电流比幅比相原理，我们可以选择5次谐波发进行小电流接地系统单相接地故障选线。这也是实际工作应用中应用最大的方法。
尽管5次谐波发的应用在我国非常广泛，但其效果还是不能满足实际的需求。原因如下：①受接地过程中产生谐波的分量太大，导致不易检测；②在电网中，相对于基波分量，谐波分量很小，甚至很难提取和检测，尤其在线路较短或高阻接地的情况下更是如此；③缺陷不易改善。以上是5次谐波发选线的主要问题，对其应用造成了很大的局限性。
3.2有功分量法及相关改进
在NES系统中，“幅值最大，相位相反”是接地线路零序电流有功分量呈现的主要现象，导致这一想象的内在因素是线路电导、消弧线圈电阻等有功分量的补偿需要无法被消弧线圈的电感满足。根据这一原理，我们可以比较同相分量的相位、幅值来进行选线，其中最具有代表性的是：检测各出线零序电流并分解为2个分量，保证分量和中性点零序电压正交且相同。
该方法的主要问题是①接地电流易受人为因素的影响，接地电流增大，接地电弧重燃几率升高；②对有功分量的要求较高，否则会产生很大的误差；③对于较小的零序电流，相位分解困难、误差大以上选线问题，限制了NES优势功能的发挥。
结合以下思路能提高方法1的准确度：增大零序电流的有功分量可以使得选线更加准确，零序电流的有功分量的增加是通过在永久性接地时短时投入电阻实现的，而消弧线圈与电阻串、并联的中性点接地方式能更好地实现短时电阻的投入。然而有功能量计算方法有多种，比如把零序电压和零序电流相乘，和方法1相比，具有以下优势：不必对小的零序电流相位进行分解，避免出现分解困难、错差大的问题，更易于施行。有功能量选线方法的判据是接地线路的有功能量的相位与非接地线路是否相反且幅值最大。尽管有功能量选线方法非常方便选线，但实际的运行中还是存有一定的问题的：①对于检测装置精度要求较高，特别是在消弧线圈和线路的情况下，零序电流的有功分量越小越不易检测，误选的几率增大；②容易受到三相电流互感器的干扰。
3.3基于扰动原理的选线方法
随着自动跟踪补偿消弧线圈的广泛应用，作为配合其应用的基于扰动原理的选线方法得到了长足的发展，是一种新的接地选线方法。该方法的判据是故障线路的零序电流是否发生改变，而零序电流是随着接地点的残流的改变而改变的，所以当发生单相接地故障后，我们通过微调消弧线圈的脱谐度υ，就可以找到故障线路。在很长一段是时间内，对该方法的应用主要是比较各条出线的零序电流绝对值变化量，尽管同样能找到故障线路，但相对于调消弧线圈的脱谐度υ，比较零序电流绝对值并不能发挥该方法的优势。
不过，我们应该认识到基于扰动原理的选线方法的准确度容易受到接地电阻大小、零序电压高低的影响，比如在阻小、零序电压高的情况下，基于扰动原理的选线方法是非常准确的，否者准确度并不高。比如，当接地过渡电阻较大时，调消弧线圈的脱谐度υ同样会导致非故障线路的零序电流大声较大幅度改变，尤其是那些对地电容大、线路长的电缆馈线，更不可能分辨出故障线路，因为此时故障线路的零序电流变化量几乎与其它线路一样，对选线工作造成很大的困扰。
对于上述问题，我们可以对基于扰动原理的选线方法进行改进，基本思路是：首先测定零序电压值，然后调消弧线圈的脱谐度υ，接着再测定零序电压值，若前后值不一样，对零序电压与零序电流进行折算，继而找出故障线路。方法如下：设：调节前系统的零序电压是U0，调节后系统的零序电压是u0，调节前线路P的零序电流是I0p，调节后线路P的零序电流是i0p，那么经过折算线路k零序电流变化量△I0p。
△I0p=i0pU0/u0-I0p (1)
式(1)是对对线路零序导纳的计算，也是我们进行折算的目的。在理想的物理环境下，正常线路的△I0p=0，故障线路的△I0p≠0。但测量误差、线路损耗，都有可能影响△I0p的大小，所以在实际的选线故障中，应选择△I0p最大的为故障线路。
调消弧线圈的脱谐度υ，找出零序电流变化量较大的线路即为故障线路的选线方法是契合扰动原理的，具有很好的应用效果较好。但该选线方法的问题是适用范围受限制，比如就不能在预调式消弧线圈上适用，因为该方法的核心构件是能随时调式消弧线圈。改变预调式消弧线圈脱谐度并不是不可能，可以通过将电抗器与消弧线圈串、并联投切来实现，但这样会使得接地系统更加的复杂度和难以控制。
结语
本文分析了小电流接地系统单相接地故障选线方法，并对各个方法存在问题进行了论述。本文确定还存在偏颇和不足之处，只希望能对大家相关课题的研究有所帮助，实现准确及时选出故障线路的目标。
参考文献
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[2]薛太林,张建新.基于零序特征量的小电流接地系统单相接地故障仿真分析[J].自动化技术与应用,2018,37(06):79-84.
[3]刘谋海,周灿,叶浏青,等.小电流接地系统单相接地故障暂态特征分析[J].大众用电,2018,32(4):28-29.
论文作者:王菁
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
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