唐力軍

（湖南華菱湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，湖南湘潭 411101）

前言

在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，小電流選線及時(shí)準(zhǔn)確地判定和迅速排除單相接地故障是其最核心的功能。但各種選線裝置在小電流接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接故障時(shí)判斷準(zhǔn)確性不高，往往發(fā)生誤選或漏選，效果不能令人滿意。選線準(zhǔn)確率偏低是現(xiàn)有選線裝置的難題，長(zhǎng)期困擾選線裝置開(kāi)發(fā)廠家和使用單位。小電流接地選線裝置的硬件在不斷升級(jí)，選線原理也在不斷更新，選線準(zhǔn)確率理應(yīng)較以往有所提高，但用戶在安裝時(shí)缺少檢測(cè)，平時(shí)使用缺少維護(hù)，選線準(zhǔn)確率還是不高?，F(xiàn)場(chǎng)小電流選線設(shè)備大多只作參考甚至不用，發(fā)生接地時(shí)大多還是采用按一定順序逐個(gè)開(kāi)路停電法來(lái)選擇。

對(duì)小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)選線準(zhǔn)確性的高低與選線原理有密切的關(guān)系，更與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維護(hù)檢測(cè)有直接的關(guān)系,現(xiàn)就選線原理及選線準(zhǔn)確率不高作簡(jiǎn)要的分析。

1 現(xiàn)流行的接地選線原理

小電流接地系統(tǒng)的接地故障選擇原理較多，主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是比較接地前后零序電流（電容電流）的特征來(lái)判斷接地，其主要是比較接地線路零序電流的輻值大小、增量、相位變化、功率變化等；另一類(lèi)是提取接地時(shí)暫態(tài)電流進(jìn)行小波分析法來(lái)判斷接地線路。具體有以下一些原理。

1.1 比輻比相法

比輻比相法就是比較線路零序電流的幅值及線路零序電流與母線的零序電壓間的相位,故障線路零序電流相位落后接地時(shí)的零序電壓90°并與非接地線路零序電流差180°。若檢測(cè)到所有配出開(kāi)路的零序電流相位一致，并超前接地時(shí)的零序電壓90°，則判斷為母線接地。這種方法適用于無(wú)消弧線圈補(bǔ)償時(shí)，此時(shí)零序電流最大的那個(gè)開(kāi)路為接地線路。這種方法應(yīng)用在接地電容電流較大的系統(tǒng)最為有利。

1.2 零序電流增量法

零序電流增量選線法，是比較兩次不同感性電流補(bǔ)償情況下的零序電流，其中零序電流變化大的就為接地線路，因而接地選線裝置要與消弧線圈控制器配套使用。這種方法也有兩種類(lèi)型，一種是當(dāng)發(fā)生接地時(shí)，在消弧線圈補(bǔ)償前進(jìn)行一次各配出開(kāi)路的零序電流采集，采集完后立即將消弧線圈補(bǔ)償投入運(yùn)行，再對(duì)消弧線圈補(bǔ)償時(shí)的各配出開(kāi)路零序電流進(jìn)行采集，然后比較這兩次的零序電流，變化大的就為接地開(kāi)路。另一種是當(dāng)發(fā)生接地時(shí)，消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，此時(shí)對(duì)各配出開(kāi)路進(jìn)行零序電流采集，采集完后再改變補(bǔ)償電感進(jìn)行第二次零序電流采集，比較這兩次不同補(bǔ)償電感下的零序電流，零序電流變化大的就是接地開(kāi)路。但要注意，第二種零序電流增量化一般不用于預(yù)調(diào)式的消弧補(bǔ)償系統(tǒng)中。

1.3 小波分析法

小波分析是一種信號(hào)處理理論與方法，主要是有效地采信接地時(shí)的隨機(jī)信號(hào)，并分析從隨機(jī)信號(hào)中提取到局部化的有用成分。當(dāng)接地發(fā)生時(shí)，選線裝置采集單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)電流和諧波電流提取到局部化的有用成分，利用小波分析法分析非故障開(kāi)路的暫態(tài)電流和故障開(kāi)路的暫態(tài)電流，根據(jù)其數(shù)值和方向不一致來(lái)判斷接地線路。這種方法對(duì)間歇性弧光接地故障或弧光接地故障的判斷與選擇最為有利，因?yàn)殚g歇性弧光接地故障或弧光接地故障含有更豐富的暫態(tài)電流量，更有利于故障的判斷與選擇。

1.4 消弧線圈并聯(lián)中阻法

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，接地電流較小，為了提高選線準(zhǔn)確性，現(xiàn)有些用單相故障后投入關(guān)聯(lián)中值電阻來(lái)增加接地線路的電流，給判斷接地線路提供較大信號(hào)。該種方法是中性點(diǎn)中電阻接地和消弧線圈接地的配合使用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈投入運(yùn)行，補(bǔ)償電感電流，若接地故障是瞬間，補(bǔ)償后接地點(diǎn)的絕緣可恢復(fù)，接地自動(dòng)解除恢復(fù)正常。對(duì)于永久性接地故障，在經(jīng)一定延時(shí)后在中性點(diǎn)將中電阻投入，形成一個(gè)中性點(diǎn)為中電阻接地系統(tǒng)，在接地點(diǎn)通路中會(huì)產(chǎn)生比接地電容電流大得多的有功電流，檢測(cè)裝置根據(jù)接地線路零序電流的變化量和中值電阻投入后線路的有功功率大小來(lái)判斷接地線路。這種方法增大了接地電流，使接地電流達(dá)到幾十安甚至上百安，對(duì)選線非常有利，因而選線準(zhǔn)確率高，但增大后的接地電流對(duì)接地處的設(shè)備破壞較大，使用還在推廣中。

這幾種接地選線方法，各有利弊，接地故障類(lèi)型、系統(tǒng)容量、消弧補(bǔ)償方式等對(duì)選線方法都有影響，不同的選線方法針對(duì)不同的系統(tǒng)其選線準(zhǔn)確率也差別較大。

2 小電流接地選線系統(tǒng)使用現(xiàn)狀

小電流接地選線系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)均有安裝，但其準(zhǔn)確率偏低，各使用單位均疏于管理，對(duì)相關(guān)的設(shè)備缺少管理與維護(hù)，只要不影響主體設(shè)備運(yùn)行就聽(tīng)之任之。

2.1 一次設(shè)備方面

各單位配電間隔因電纜較多，部分站所的間隔未安裝零序CT。另外零序CT也存在規(guī)格不一致的情況，從而使選線裝置難以通過(guò)接地殘流來(lái)準(zhǔn)確判斷故障線路，使得選線裝置的選線準(zhǔn)確率偏低。此外還有接線錯(cuò)誤，包括張冠李戴和極性接錯(cuò)等。在電纜維護(hù)和開(kāi)關(guān)維護(hù)中破壞了零序CT，沒(méi)有及時(shí)恢復(fù)或修復(fù)。

2.2 選線裝置設(shè)備

另外就消弧補(bǔ)償裝置和選線本體而言，更關(guān)注的是消弧裝置本體而對(duì)選線裝置及功能很少關(guān)注。日常的檢測(cè)也只測(cè)試消弧裝置功能基本完好，對(duì)選線裝置不做檢測(cè)。對(duì)選線開(kāi)展的測(cè)試工作，試驗(yàn)都是在理想的狀態(tài)下，無(wú)法模擬實(shí)際事故環(huán)境，所以測(cè)試結(jié)果只停留在理想事故狀態(tài)，實(shí)際運(yùn)行中事故狀態(tài)時(shí)選線準(zhǔn)確性比實(shí)驗(yàn)時(shí)準(zhǔn)確性要低很多。

3 小電流接地自動(dòng)選線裝置存在的問(wèn)題及原因

3.1 作為判據(jù)的信號(hào)量小

選線裝置大多采集各配出開(kāi)路的零序電流，而小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流是系統(tǒng)電容電流，其值較小，規(guī)程里要求不超過(guò)10 A，超過(guò)該值時(shí)，一般通過(guò)消弧線圈接地，使接地電流更小。另外電網(wǎng)運(yùn)行中負(fù)荷的不平衡對(duì)零序電流也有較大的影響。

3.2 零序CT的誤差及長(zhǎng)距離二次電纜引起測(cè)量誤差

零序CT精度低對(duì)接地時(shí)的零序電流測(cè)量有較大的誤差。特別是一些接地電容電流較小的系統(tǒng)，當(dāng)該系統(tǒng)內(nèi)的變電站選用零序CT精度太低時(shí)，零序CT二次根本無(wú)電流輸出，因此當(dāng)高阻接地電容電流較小時(shí)容易造成誤判。同一站所內(nèi)CT變比不一致，型號(hào)不一致，都對(duì)測(cè)量造成較大誤差。另外，二次電纜的長(zhǎng)度及線徑對(duì)測(cè)量也有較大的影響，特別是信號(hào)量小時(shí)，二次電纜的電阻會(huì)使測(cè)量誤差增大。

3.3 各種干擾對(duì)零序電流測(cè)量的影響

一是電磁干擾。變電站處于一個(gè)電磁干擾場(chǎng)，電磁的突變對(duì)小信號(hào)有較大的干擾。二是系統(tǒng)負(fù)荷不平衡造成的零序電流和諧波電流較大。負(fù)荷不平衡一是表現(xiàn)為負(fù)荷本身不平衡，在回路電流測(cè)量中產(chǎn)生零序電流干擾了接地時(shí)的電容電流；負(fù)荷不平衡另一表現(xiàn)為線路三相參數(shù)不一致引起的各相電流的差異，特別是在同一配出開(kāi)路中兩組以上的單芯電纜配電，電纜長(zhǎng)短不一、擺放排列等問(wèn)題會(huì)造成每相電纜阻抗相差較大，運(yùn)行電流也相差較大。

3.4 隨機(jī)因素的影響

小電流接地系統(tǒng)的接地電容電流與系統(tǒng)的運(yùn)行方式、電壓水平、負(fù)荷情況有較大關(guān)系，另外還與接地時(shí)的接地故障形式和接地點(diǎn)過(guò)度電阻也有關(guān)。這些因素都有隨機(jī)性。

如大型用電企業(yè)，其中壓配電網(wǎng)一般為小電流接地系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，配電站下還配有二、三級(jí)開(kāi)關(guān)站，根據(jù)生產(chǎn)的安排運(yùn)行方式常有變化，有時(shí)帶一個(gè)開(kāi)關(guān)站，有時(shí)又會(huì)帶好幾個(gè)開(kāi)關(guān)站，使得變電站對(duì)地電容隨運(yùn)行方式的變化而變化，其電容電流和諧波電流也變化，多帶一個(gè)開(kāi)關(guān)站，其電容電流成倍增加。此外，故障點(diǎn)的接地有金屬性的和非金屬性的，有死接地和間隙性接地，因而接地點(diǎn)的接地電阻大小具有不確定性，不同的接地方式有不同的接地電流，這些都造成了同一小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時(shí)的零序電容電流和零序諧波電流的不穩(wěn)定。

3.5 選線裝置采樣單元的影響

微機(jī)選線裝置的采樣單元是將零序電流互感器二次電流通過(guò)裝置的變流器變?yōu)殡妷盒盘?hào)。采樣單元的變流器的額定輸入電流有5 A和1 A兩種，要與零序電流互感器二次電流相匹配，使用較多的是5 A，采樣單元的變流器測(cè)量線性范圍為0.1～20IN。當(dāng)零序CT二次電流小于額定輸入電流0.1倍或大于額定輸入電流20倍時(shí)測(cè)量誤差都將很大。以零序CT的變比選用300/5、變流器額定電流選用5 A為例：當(dāng)系統(tǒng)接地電容電流值為5 A時(shí)（有消弧線圈補(bǔ)償時(shí)，一般不大于5 A），二次側(cè)的電流值為0.083 A，實(shí)際輸入電流變換器的電流是其額定輸入電流IN的0.016倍；當(dāng)系統(tǒng)接地電容電流值為20 A時(shí)，二次側(cè)的電流值為0.332 A，實(shí)際輸入電流變換器的電流是其額定輸入電流IN的0.066倍。這兩種情況，二次側(cè)電流值都沒(méi)有達(dá)到0.1IN（0.5 A），落在電流變換器的測(cè)量線性范圍外，測(cè)量誤差較大。

小電流接地系統(tǒng)中，接地時(shí)電容電流一般都較小，各個(gè)站所又采用精度較低的零序CT，選線裝置采樣單元使用線性測(cè)量范圍不匹配的電流變換器使整個(gè)測(cè)量誤差進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)接地選線選取有用信息造成極大因難。

4 解決措施

通過(guò)以上分析可知，接地時(shí)接地電容電流小及存在各種干擾、零序CT的精度低及安裝維護(hù)問(wèn)題、選線裝置的電流變換器存在的測(cè)量誤差是導(dǎo)致選線準(zhǔn)確率偏低的的主要原因，因而我們要從下面幾個(gè)方面采取措施來(lái)有效提高小電流接地選線系統(tǒng)的選線準(zhǔn)確率。

（1）選擇準(zhǔn)確度高的專(zhuān)用零序CT，對(duì)單相電纜出線的開(kāi)路不應(yīng)選用每相一只的零序CT，而選用三相共用一只的零序CT；同一站所選用同一變比的零序CT；零序CT的線性測(cè)量范圍要寬，上限要按系統(tǒng)最大電容電流來(lái)選，即最大電容電流是其線性測(cè)量范圍上限的80%附近，而線性測(cè)量范圍的下限應(yīng)在0.2 A左右，這樣保證零序CT二次值誤差最小。

（2）選線裝置的電流變換器應(yīng)使用變比較小的計(jì)量級(jí)（最好為S級(jí)）CT組合而成，減小變換器產(chǎn)生的誤差，使選線裝置采集到更準(zhǔn)確的接地故障電流，S級(jí)CT相比其他的CT，其測(cè)量精確線性范圍更寬，對(duì)測(cè)量較小的電容電流更有利。

（3）減小零序CT二次電流受各種電磁的干擾。變電所內(nèi)電磁干擾較強(qiáng)，對(duì)零序電容電流影響較大，因而使用帶屏蔽的電纜作為選線裝置零序電流采樣電纜、該電纜屏蔽層兩端均接地，屏蔽掉電磁干擾對(duì)采樣零序電流的影響。

（4）完善零序CT安裝及二次回路，未安裝的增加零序CT，對(duì)安裝錯(cuò)誤及接線錯(cuò)誤的回路進(jìn)行改正，同一站所采用同一型號(hào)、同一變比的零序CT。在安裝零序CT時(shí)注意零序電流穿過(guò)互感器的方向，同一站所內(nèi)各零序電流均以母線流向線路為正，即標(biāo)有“P1”（或“L1”）端應(yīng)朝向高壓母線。另外在安裝零序CT時(shí)還要注意配出電纜屏蔽層接地線的接地位置，要避免屏蔽電流流過(guò)零序CT。日常維護(hù)中不能忽略接地選線系統(tǒng)的維護(hù)，特別是在電纜維護(hù)中破壞了零序CT的完整性。將接地選線系統(tǒng)納入設(shè)備周期性管理中，定期對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。