关键词：小电流接地系统 小电流接地故障 单相接地故障 小电流选线装置 选线误判
1概述
电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全及绝缘水平等有密切的关系。电力系统常用的中性点接地方式主要有大电流接地系统：直接接地、经小电抗接地、经低阻接地；小电流接地系统：经高阻接地、经消弧线圈接地、不接地。
随着化工企业对供电可靠性的要求越来越高，小电流接地系统故障选线的重要性日益突出。配电网故障中绝大部分是单相接地故障。由于小电流接地系统发生单相接地故障时不形成短路回路，只有系统分布电容引起的很小的零序电流，三相线间电压依然对称，不影响系统正常工作。但是，小电流接地系统发生单相接地故障时，非故障相对地电压升高，如果发生间歇性弧光接地时，能够引起弧光过电压，系统绝缘受到威胁，容易扩大为相间短路。因此必须尽快找到故障线路，尽快排除故障。近些年，我国针对小电流接地系统发生单相接地故障的保护处理作了大量研究，并研制出了具有不同原理的选线装置。
2小电流选线装置选线方法介绍
小电流接地选线装置，是一种化工行业中普遍使用的保护设备。该设备适用于3kV-66kV中性点不接地或中性点经电阻、消弧线圈接地系统的单相接地选线，用于电力系统的变电站、发电厂及石油、化工等大型企业的供电系统，能够指示出发生单相接地故障的线路。
2.1基于（五次）谐波量的方法
由于故障点电气设备的非线性影响，故障电流中存在着谐波信号，其中以五次谐波分量为主。由于消弧线圈对五次谐波的补偿作用仅相当于工频时1/25，可以忽略其影响。因此，故障线路的五次谐波电流比非故障线路的都大且方向相反，据此现象可以选择故障线路，称为五次谐波法。缺点是五次谐波含量较小（小于故障电流10%），检测灵敏度低且受间歇性电弧现象影响。谐波平方和方法是将各线路3、5、7等谐波分量的平方求和后进行幅值比较，幅值最大的线路选为故障线路。虽然能在一定程度上克服单次谐波信号小的缺点，但并不能从根本上解决问题。
2.2有功分量法
零序电流有功分量是根据线路存在对地电导以及消弧线圈存在电阻损耗，故障电流中含有有功分量，非故障线路和消弧线圈的有功电流方向相同且都经过故障点返回，因此，故障线路有功分量比非故障线路大且方向相反。根据这一特点，可选出故障线路。在设计具体的选线装置时，可利用零序电压与零序电流计算并比较各线路零序有功功率的大小与方向来确定故障线路。
有功分量法的优点是不受消弧线圈的影响，但由于故障电流中有功分量非常小并且受线路三相参数不平衡的影响，检测灵敏度低，可靠性得不到保障。为了提高灵敏度，有的装置采用瞬时在消弧线圈上并联接地电阻的做法加大故障电流中有功分量。这样做带来的问题是使接地电流增大，加大对故障点绝缘的破坏，很可能导致事故扩大，且对电缆线路来说，这一问题更为突出。
2.3稳态零序电流比较法
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其数值等于全系统非故障元件的对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，且故障线路的零序电流方向与所有非故障线路零序电流方向相反。通过零序电流的幅值和相位的比较可以找出故障线路。局限性：① 零序电流的测量值受到电流互感器由于饱和而产生的不平衡电流的影响。②在中性点经消弧线圈接地系统中，故障相存在零序电流。③会受到过渡电阻大小的影响。
2.4注入信号寻迹法
注入信号寻迹法简称注入法，在发生接地故障后，通过三相电压互感器（PT）的中性点向接地线路注入特定频率（225Hz）的电流信号，注入信号会沿着故障线路经接地点注入大地，用信号探测器检测每一条线路，有注入信号流过的线路被选为故障线路。该方法的优点是不受消弧线圈的影响，不要求装设零序电流互感器（CT），并且用探测器沿故障线路探测还可以确定架空线路故障点的位置。
3选线误判分析
小电流选线及时准确地判定接地回路是快速排除单相接地故障的基础，也是小电流选线的核心功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆分析小电流系统单相接地时的运行状态，其不同于正常运行状态的信息主要有2点：故障线路流过的零序电流是全系统的电容电流减去自身的电容电流，而非故障线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流。故障线路的零序电流是从线路流向母线，而非故障线路的零序电流是从母线流向线路，两者方向相反，或者说两者反相。小电流系统单相接地故障线路的判定并不容易，其原因主要有以下几个方面。
3.1电流信号太小
小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模大小和线路类型（电缆或架空线）有关，数值甚小，经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小，且消弧线圈的补偿状态（过补偿、欠补偿、完全补偿）不同，接地基波电容电流的特点与无消弧线圈补偿时相反或相同，对于有消弧线圈的小电流系统采用5次谐波电流或零序电流有功功率方向检测，而5次谐波电流比零序电流又要小20~50倍。
3.2干扰大、信噪比小
小电流系统中的干扰主要包括2方面：一是在变电站和发电厂的小电流系统单相接地保护装置的装设地点，电磁干扰大；二是由于负荷电流不平衡造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统较小，对地电容电流较小时，接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。
3.3电容电流波形的不稳定
小电流系统的单相接地故障，常常是间歇性的不稳定弧光接地，因而电容电流波形不稳定，对应的谐波电流大小随时在变化。
3.4信号采集设备精度低
工程上所采用的零序电流互感器精度太低。当原方零序电流在5A以下时，许多厂家生产的零序电流互感器，带上规定的二次负荷后，变比误差达20%以上，角误差达20' 以上，当一次零序电流小于1A时二次侧基本无电流输出，无法保证接地检测的准确度，且选线检测装置用的电流变换器线性性能差，目前变电站自动化系统的选线检测元件大多按保护级选择，保护级互感器在所测电流远小于额定电流值时，综合误差难以满足要求，两级电流变换元件的总误差是造成现场误判的主要原因。工程实际中使用的零序滤序器的线性测量范围超出了实际可能的接地电容电流。
4工程中采取的改善措施
通过以上分析可知，测量环节的综合误差是目前各种微机选线装置误判的主要原因，工程应用中尽量使参数配合适当，减小测量环节的综合误差，有效提高小电流接地选线系统的选线准确率。工程中一般采取的有效措施包括：
（1）尽量选择准确度高的专用零序电流互感器，额定原方电流的选择应保证系统出现最大接地电容电流时能处在零序电流互感器的线性范围内（准确限值），原方电流的线性测量范围应向下延伸到0.2A左右，用以适应经消弧线圈接地的小电流接地系统。
（2）零序滤序器应尽量使用变比较小的计量级（最好为S级）电流互感器组合而成，较小的变比可使电容电流的二次值较大，有利于检测装置的电流变换器采集电流值，S级使电流互感器的测量精确线性范围更宽，有利于测量较小的电容电流。工程实践中不宜与计量系统合用同一电流互感器线圈。
（3）微机检测装置的电流变换器的线性测量范围应与互感器的二次输出值配套，工程实践计算经验表明：零序电流互感器的二次侧电流一般为mA级，电流变换器的线性测量范围应以mA级起步，例如：普通型保护零序最小检测电流为6mA。XC-LJK最小检测电流为5mA。德国西门子7SJ系列保护的高灵敏接地保护的零序最小检测电流为3mA。
（4）使用接线中尽量减小误差和电磁干扰影响，二次电缆采用屏蔽电缆，屏蔽层两端接地。在安装零序电流互感器时标有"P1"（或"L1"）端应朝向高压母线，零序电流互感器与母线之间不应有接地点，即高压电缆外皮的接地线应穿过互感器在线路侧接地，当电缆穿过零序电流互感器时，电缆头的接地线应通过零序电流互感器后接地，由电缆头至穿过零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘。
5结束语
本文针对小电流接地系统单项接地故障及小电流选线装置，介绍了不同选线装置的不同选线原理，分析了不同选线装置选线方法。研究了选线装置发生误判的原因，并总结了工程中采取的改善措施。随着技术的进步，小电流接地选线系统的功能渐趋完善，只要选择原理与系统相适应的设备，在工程中尽量减少测量环节的综合误差，采取一定的抗干扰措施必将大大提高目前的接地选线准确性和可靠性。为工程应用中小电流选线装置的使用提供了参考依据。
参考文献
[1]基于五次谐波电流变化特征的单相接地故障选线方法[J]. 刘兴艳,董洋洋.电子质量,2010,(3)
[2]小电流接地系统故障选线法的分析[J]. 刘哲,沈雯婷.电工电气,2018,(2)
[3]小电流接地故障暂态选线与定位技术[J]. 薛永端,张海台,李成刚,徐丙垠.供用电,2015,(4):
论文作者: 冯静
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：电流论文; 故障论文; 线路论文; 谐波论文; 系统论文; 单相论文; 弧线论文; 《当代电力文化》2019年 19期论文;