（广东电网有限责任公司惠州供电局 广东惠州 516000）
摘要：本文首先分市场上现有小电流接地选线装置的普遍缺陷，并在此基础上对小电流接地选线装置选线技术需求和发展方向进行阐述。期望通过本文的研究能够对提高选线装置的可持续性研究提供帮助。
关键词：小电流接地系统；单相接地故障；有效域；选线原理；
Abstract：in this paper，the common defects of the existing small current grounding line selection device on the market，and on this basis，the paper describes the technical requirements and development direction of the selection of small current grounding line selection device.It is hoped that the research of this paper can help to improve the sustainability of the line selection device.
Key words：small current grounding system；single phase to earth fault；valid field；line selection principle；
引言
中压电网接地故障约占全部故障的80%以上，是影响中压电网安全运行的主要因素。由于接地现象非常复杂，特别是小电流接地系统单相接地故障时，故障电流微弱、故障点电弧不稳定等原因，使得电网故障辨识及选线定位一直是一个难题。长期以来，人们做了大量的工作，开发出了许多种检测方法及装置，但实际运行效果并不理想。借此，本文就小电流接地选线装置现有技术展开研究。
1 传统的小电流接地选线装置技术分析
小电流接地选线装置作为一种保护性在线自动监测装置，常被安装在变电站中，不论电力系统或者企业的自主变电站，都能看到它的身影，该装置的使用目的就是为了及时、准确地判定出接地线路，便于故障的快速排除。[1]
a）零序电流原理
基于接地支路工频电流大于非接地支路，该原理适用于无消弧线圈的低阻线性接地，对信号极性无要求，当电网电容电流集中在某条支路时，易误选。
b）谐波电流方向原理
当中性点不接地系统发生单相接地故障时，在各线路中都会出现零序谐波电流。由于谐波次数的增加，相对应的感抗增加，容抗减小，所以总可以找到一个m次谐波，这时故障线路与非故障线路m次谐波电流方向相反，同时对所有大于m次谐波的电流均满足这一关系。该原理适用于线性接地，对信号极性有要求，但因为谐波信号含量较小，易误选。
c）外加高频信号电流原理
当中性点不接地系统发生单相接地时，通过电压互感器二次绕组向母线接地相注入一种外加高频信号电流，该信号电流主要沿故障线路接地相的接地点入地，部分信号电流经其他非故障线路对地电容入地。用一只电磁感应及谐波原理制成的信号电流探测器，靠近线路导体接收该线路故障相流过信号电流的大小（故障线路接地相流过的信号电流大，非故障线路接地相流过的信号电流小，它们之间的比值大于10倍）判断故障线路与非故障线路。
高频信号电流发生器由电压互感器开口三角的电压起动。选用高频信号电流的频率与工频及各次谐波频率不同，因此，工频电流、各次谐波电流对信号探测器无感应信号。
在单相接地故障时，用信号电流探测器，对注入系统接地相的信号电流进行寻踪，还可以找到接地线路和接地点的确切位置。
该方法极易受干扰。
e）零序功率选线法
由式（1）-（5）可知，当系统A相发生接地故障时，中性点的对地电压会上升成为相电压，网络中的正常相B和C的对地电压也都会随之升高为原本的 倍，此时整个高压配网当中均会出现零序电压，其方向与故障相相反。为此，在选线时可先设定参考电压，然后再用各线路的零序电压幅值与参考电压进行比较，以此作为判断依据。
f）工频增量法
故障后，在中性点投入中电阻或改变消弧线圈的感抗，使得中性点电流发生变化，该变化的电流主要流过接地支路，通过判断接地支路电流的变化来判断接地支路，，该原理适用于低阻线性接地，对信号极性无要求，故障信号特征明显，须增加一次设备。
g）首半波原理
首半波原理是基于接地故障信号发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。当电压接近最大值时，若发生接地故障，则故障相电容电荷通过故障线路向故障点放电，故障线路分布电感和分布电容使电流具有衰减振荡特性，该电流不经过消弧线圈，故不受消弧线圈影响。但此原理的选线装置不能反映相电压较低时的接地故障，易受系统运行方式和接地电阻的影响，存在工作死区。[2]
综上所述，传统的小电流接地选线装置面临的问题如下：
1）采样率低、小信号时精度不能保证、故障信号捕获不完整。
2）UO升高就认为是接地，不做故障类型辨识，或辨识不全面。
3）假定故障信号的特征出现在固定的时域或频域段，所以很多时候抓不到特征或抓不到强特征，特征易被通道失真干扰。譬如，很多选线方法是基于工频信号的，这种选线方法往往在有消弧线圈或非线性接地时失效。
4）直接套用某一算法，或套用多种算法，但不清楚各种算法的前提条件和使用范围，甚至通过同时套用多个算法，通过加权来得出结论，没有考虑电网的实际工况。
5）不能有效辨识复合故障。很多故障是个复合过程，譬如开始是瞬间接地然后演变为串联谐振，从某条支路接地转变为两条支路直接接地，再转换为另一条支路接地。
6）没有有效的手段解决工程中信号接错、极性接反的情况。
7）一旦选错，没有手段找到判断错的原因（算法漏洞、软件BUG还是硬件问题），无法持续改进产品。
2 小电流接地选线装置的选线技术发展趋势研究
根据以上问题，小电流接地选线装置的技术研究需要攻克这些问题，才能有效提高选线准确性。
首先，我们需要确定的是，传统选线原理和技术的有效域是有所限定的，所谓的有效域具体是指选线方法能可靠选线的适用条件充分，而满足该条件的故障区域，即选线方法的有效域。通常情况下，选线装置对每一种方法都界定了一个有效域，若是接地故障在某个选线方法的有效域内出现时，则该选线方法对故障的选线一定是正确的，由此获得的结果具有相当高的准确率。[3]
那本文重点提出一种不限制特征时域、频域的全新选线原理和方法：
2.1 基于强特征域搜索的选线方法
1、采用“完整录波技术”解决故障信号的捕获问题
完整、不遗漏、低失真的捕获故障前后各路信号的波形数据是故障诊断的基础。以往的诊断方法往往仅关心故障发生后的稳态数据，这样仅需在故障发生后再录取电网稳态数据即可，但事实证明，仅利用稳态数据不能有效辨识故障，必须全面的捕获故障发生前后的稳态数据和故障发生时的暂态信息，同时还应该记录电网稳态时稳态的漂移特征，才可能对故障作出准确判断。
2、基于波形数据，采用专业数据分析软件，可以及时发现信号接错、极性接反的情况。
3、采用“基于故障过程分析、复合故障拆解、故障类型辨识技术”解决故障类型辨识问题
该技术实现对各类故障类型的辨识，这些故障类型包括支路故障、铁磁谐振、消弧线圈串联谐振、母线端故障、电网扰动等。
该技术的特点是充分利用了故障发生前后的稳态信息和故障发生时的暂态信息，并对这些信息进行分层次、分过程的综合分析，对故障类型进行了全面的辨识。
4、采用“采用暂稳态相结合的科学方法，基于强特征域搜索的选线技术”进行准确选线
经“故障类型辨识技术”辨识出是支路故障的，采用该方法进行选线。该方法的创新在于对录波数据进行全时域和全频域搜索，找出故障强特征所在的区域，然后进行纵向比较（所有信号最强特征域之间比较）和横向比较（最强特征域与其他域之间进行谐波、幅值、相位的比较），从而得出选线结果。
5、在现场条件允许的前提下，还可采用基于IP网络的远程控制技术，统一对同网络中的所有前置装置进行远程监控，解决了大量录波数据的集中管理和算法的远程更新等技术问题。
2.2连续选线方法
现场运行中，采用“基于强特征域搜索”原理方法的选线装置实际选线准确性可达70%以上，除了通过研究人员收集装置记录的故障数据作为分析依据，进行选线技术算法的针对性完善以外，还可以通过“连续选线”的方法快速提高选线准确性。具体方法是指：第一次选线准确性在70%以上，若选错，装置会立即启动第二次选线动作，由于排除了第一次选线错误的非故障线路，选线准确性将大大提高，尤其在改进现场工况漏洞和选线技术算法的前提下，选线装置的选线准确性可达90%以上。
综合“基于强特征域搜索的选线方法”“连续选线方法”两个方法，紧密围绕现场实际工况，针对性完善技术原理、算法、故障数据的研究、开发，提高选线准确性。
结论
综上所述，本文在对传统小电流接地选线装置现有技术进行分析的基础上，对其技术的发展趋势进行了阐述。其中基于故障过程分析、采用暂稳态相结合的科学方法，充分利用故障的暂稳态信息，抓住了每次故障的最强特征，选线准确性大大提高，是目前选线技术的最新发展方向。可以展望，应不断加大对选线技术的研究力度，除了要对现有的技术进行不断取长补短、完善外，更重要的是进行有效创新。只有突破原先的技术盲点，才能从真正意义上提高选线技术水平，及时且有效地排除故障，这对于确保电网安全、稳定、可靠的运行状态具有切乎实际的重要意义和效益。
参考文献：
[1] 张新慧.小电流接地系统单相接地故障检测方法分析[J].淄博学院学报（自然科学与工程版）.2010（2）.
[2] 龚静.小电流接地系统单相接地故障选线诸方法原理及利弊探讨[J].电站系统工程.2011（4）.
[3] 苗友忠.杨华.中性点不接地配电系统馈线单相接故障的暂态电流保护新原理[J].中国电机工程学报.2013（2）.
论文作者:郑兆典
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/23
标签：故障论文; 电流论文; 信号论文; 方法论文; 谐波论文; 支路论文; 稳态论文; 《电力设备》2017年第21期论文;