劉萃萃，薛永端*，王超，徐丙垠,3

（1.中國石油大學(xué)（華東）新能源學(xué)院，山東省 青島市 266580；2.山東科匯電力自動化股份有限公司，山東省 淄博市 255087；3.山東理工大學(xué)智能電網(wǎng)研究院，山東省 淄博市 255049）

0 引言

中國6 kV～35 kV中壓配電網(wǎng)多采用中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地（諧振接地）的小電流接地方式。發(fā)生單相接地故障后，由于故障電流較小且故障后系統(tǒng)線電壓不受影響，傳統(tǒng)處理方法是允許系統(tǒng)在1～2 h內(nèi)帶故障運(yùn)行，并由人工拉路巡線找出故障位置進(jìn)行處理。國家電網(wǎng)公司最新頒布的《配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》則明確提出：中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，線路開關(guān)宜在延時一段時間（最短約10 s，級差3 s）后動作于跳閘[1]，切除故障，實現(xiàn)故障區(qū)段的快速判斷、就近隔離，保證健全區(qū)段的正常供電。這從根本上改變了沿用已久的配電網(wǎng)“2小時運(yùn)行+接地選線”處理原則。

傳統(tǒng)接地故障保護(hù)都是動作于信號，以報警的形式告知工作人員出現(xiàn)故障以及故障的位置，并由工作人員進(jìn)一步確認(rèn)故障的情況，對檢測算法可靠性的要求并不高。然而，故障快速就近隔離的實現(xiàn)離不開保護(hù)跳閘的配置，保護(hù)算法的可靠性與適用性將直接影響保護(hù)跳閘的準(zhǔn)確性，關(guān)系著整個系統(tǒng)供電的安全可靠。因此，小電流接地故障保護(hù)跳閘將會對故障檢測算法的可靠性與靈敏性提出更高要求。

近年來有關(guān)接地故障的保護(hù)新技術(shù)層出不窮，但對于小電流單相接地故障的處理還存在一些欠缺，致使保護(hù)拒動和誤動的情況時有發(fā)生。保護(hù)跳閘的配置一方面有利于實現(xiàn)故障的快速就近隔離，另一方面，相比上報結(jié)果到主站，由工作人員進(jìn)行判斷可以規(guī)避相當(dāng)部分的誤動情況，保護(hù)跳閘會擴(kuò)大保護(hù)誤動產(chǎn)生的不利影響，威脅系統(tǒng)供電可靠性。目前，大部分故障保護(hù)方法都是針對常規(guī)的小電流單相接地故障狀態(tài)和非故障狀態(tài)下電氣量的不同表現(xiàn)進(jìn)行故障特征提取，進(jìn)而完成故障選線、定位判據(jù)的設(shè)計，對于相繼接地、同桿并架線路接地等非常規(guī)單相接地故障的適用性缺乏具體、深入的分析；對于高阻接地故障及間歇性接地故障的處理技術(shù)還不夠完善，由于故障特征微弱以及間隔時間長短不一，高阻接地及間歇性接地故障的檢測與保護(hù)成為長久以來未能有效攻克的一個難題。以上種種問題的存在使得保護(hù)跳閘的準(zhǔn)確性難以保證，對系統(tǒng)安全可靠供電尚存較大威脅，保護(hù)跳閘的高要求也給當(dāng)前故障檢測與保護(hù)算法的可靠性與適應(yīng)性提出了巨大挑戰(zhàn)。

小電流接地系統(tǒng)單相接地故障現(xiàn)有處理方案可靠性的分析及效果評價成為衡量當(dāng)前保護(hù)算法能否支持保護(hù)跳閘安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，也為適應(yīng)保護(hù)跳閘快速就近隔離故障的處理原則，進(jìn)一步改進(jìn)和完善保護(hù)算法指明方向。本文對現(xiàn)有故障檢測算法的可靠性，高阻接地、間歇性接地等非常規(guī)單相接地故障保護(hù)的處理能力進(jìn)行深入分析，并就影響故障檢測的重要因素—系統(tǒng)擾動進(jìn)行全面的梳理，明確保護(hù)跳閘快速就近隔離故障在故障檢測與保護(hù)技術(shù)層面上面臨的挑戰(zhàn)，也為進(jìn)一步提升配電網(wǎng)單相接地故障處理能力奠定基礎(chǔ)。

1 小電流接地故障改帶故障運(yùn)行為快速就近隔離的必要性

長期以來，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障允許系統(tǒng)在1～2 h內(nèi)帶故障運(yùn)行，一方面是因為故障殘余電流小，接地電弧往往能夠自行熄滅，帶故障運(yùn)行可以減少故障跳閘率，提高系統(tǒng)供電可靠性；另一方面，由于小電流接地故障電流小，間歇性接地故障多，特別是在諧振接地系統(tǒng)中，消弧線圈補(bǔ)償電流還會使故障線路電流甚至小于非故障線路，以上種種因素使得小電流接地故障保護(hù)相對比較復(fù)雜，同時因為可以通過人工拉路選線處理故障，長期以來小電流接地故障保護(hù)沒有得到足夠的重視，一直沿用“2小時運(yùn)行+接地選線”的接地故障處理原則。

隨著配電網(wǎng)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，單相接地故障電流不斷增大，接地電弧難以自動消除，間歇性弧光接地故障還會在健全相上產(chǎn)生過電壓，使健全相絕緣擊穿并進(jìn)一步引發(fā)兩相接地短路故障的風(fēng)險大大增加[2]；電弧接地故障還時常引發(fā)電纜溝與電纜隧道著火、開關(guān)柜燒損等事故而導(dǎo)致大面積停電，使故障的不利影響進(jìn)一步擴(kuò)大；在發(fā)生導(dǎo)線墜地、導(dǎo)線碰樹等接地故障時，故障如不能被及時消除，極易引發(fā)觸電事故與火災(zāi)，甚至造成人員傷亡，給人民的生命財產(chǎn)安全帶來巨大威脅。另外，人工拉路固然能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確選線，但往往會造成非故障線路出現(xiàn)不必要的短時停電，對高科技數(shù)字化設(shè)備、大型聯(lián)合生產(chǎn)線等敏感負(fù)荷造成嚴(yán)重影響，給相關(guān)生產(chǎn)部門帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對配電網(wǎng)供電質(zhì)量與安全提出了更高的要求，小電流單相接地故障保護(hù)問題已引起了業(yè)界的高度重視。國家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)公司均修改制定配電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)程，要求解決小電流接地故障的保護(hù)問題，快速就近隔離永久性接地故障。同時，配網(wǎng)自動化及其他技術(shù)手段的發(fā)展，也給小電流接地保護(hù)就近隔離故障，恢復(fù)其他健全區(qū)段供電提供了基礎(chǔ)，保證系統(tǒng)在快速隔離故障的同時供電可靠性不下降。快速就近隔離接地故障，成為小電流接地故障處理方案的發(fā)展目標(biāo)。

2 小電流接地系統(tǒng)非常規(guī)單相接地故障的檢測與保護(hù)

接地故障保護(hù)跳閘安全可靠運(yùn)行的首要前提是故障檢測的高靈敏性和高可靠性以及各級保護(hù)的協(xié)同配合。當(dāng)前小電流接地系統(tǒng)單相故障檢測包括故障的選線與定位，故障檢測算法多依據(jù)常規(guī)情況—系統(tǒng)某一處發(fā)生一般接地故障時所表現(xiàn)出的電氣量特征進(jìn)行設(shè)計，對于系統(tǒng)內(nèi)不同出線相繼發(fā)生單相接地故障、同桿并架線路段發(fā)生單相接地故障、高阻接地故障以及間歇性接地故障的處理能力以及對保護(hù)跳閘的適應(yīng)性尚不明晰，下面將給出具體分析。

2.1 系統(tǒng)相繼接地故障檢測

電力系統(tǒng)相繼故障是指前一故障后，系統(tǒng)狀態(tài)尚未調(diào)整到足夠健康的情況下，又遭受新擾動的故障場景[3]。大量研究表明，近年來的大停電事故己經(jīng)很少由單一故障引起，基本上都是由相繼故障引發(fā)[4]。因此，為保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對電網(wǎng)相繼故障的預(yù)防與檢測做深入研究非常必要。保護(hù)跳閘快速隔離故障固然可以在一定程度上減少由于長時間帶故障運(yùn)行使健全相電壓升高引發(fā)的相繼故障[5]，但若沒有準(zhǔn)確可靠的相繼故障檢測算法的支撐，使得保護(hù)頻繁誤動或拒動，將給系統(tǒng)供電的安全可靠性帶來巨大威脅。本小節(jié)主要就系統(tǒng)中兩點相繼發(fā)生接地故障的情況分析現(xiàn)有故障檢測算法的適用性，明確在當(dāng)前保護(hù)算法的基礎(chǔ)上配置保護(hù)跳閘在系統(tǒng)發(fā)生前述相繼故障可能面臨的問題。根據(jù)故障點位置、相別的不同，兩點相繼接地故障可以分為同一線路同一相別（同線同相）、不同線路同一相別（異線同相）、同一線路不同相別（同線異相）、不同線路不同相別（異線異相）等4種類型[6]。

2.1.1 同線同相兩點接地故障

同一出線同一相別相繼發(fā)生接地故障時，引起系統(tǒng)電壓、電流的變化與單相單點接地故障類似[7]，現(xiàn)場故障選線裝置基本能夠準(zhǔn)確檢測出故障位置，但對于兩處不同位置的故障都能夠有效定位的相關(guān)研究或試驗并未看到相關(guān)報道，所以其可靠性難以保證。倘若只找出一處故障位置，維修結(jié)束后再次投入運(yùn)行相當(dāng)于重合閘于故障線路，使系統(tǒng)再次遭受故障的沖擊。同時，保護(hù)再次跳閘，一方面使得下游線路再次停電，難以保證系統(tǒng)供電的可靠性；另一方面，頻繁跳閘易使斷路器使用壽命縮短，增加設(shè)備維護(hù)成本。

2.1.2 異線同相兩點接地故障

不接地系統(tǒng)中，對于單點接地故障，故障線路零序電流幅值總是大于等于其他健全線路，且二者相位總是相反，存在明顯差異，因此采用零序電流群體比幅比相法可以實現(xiàn)接地故障選線。然而，文獻(xiàn)[8]通過理論推導(dǎo)證明，對于同相兩點接地故障，故障線路與健全線路的零序電流不再總是存在明顯差異，即：接地電阻較小的故障線路零序電流相位始終與健全線路相反，但接地電阻較大的故障線路零序電流可能相同也可能相反，故障線路零序電流幅值既可能大于健全線路，也可能小于健全線路，不能確保兩條故障線路零序電流幅值都大于等于其他所有健全線路。因此，發(fā)生同相兩點接地故障時，傳統(tǒng)零序電流群體比幅比相法既可能漏選，也可能誤選。漏選時，保護(hù)跳閘不能快速隔離所有故障，長時間運(yùn)行可能使故障擴(kuò)大；誤選時，保護(hù)跳閘錯誤動作，嚴(yán)重影響系統(tǒng)供電可靠性。

雖然文獻(xiàn)[8]同時提出了一種基于兩階段無功功率方向的選線方法，但無功功率方向法本身只適用于不接地系統(tǒng)，無法解決諧振接地系統(tǒng)中同相兩點接地故障的問題。

2.1.3 同線異相兩點接地故障

當(dāng)兩點接地電阻較小時，異相兩點接地故障的本質(zhì)是“相間短路接地”，故障電流幅值較大。當(dāng)兩接地故障點在同一線路上時，該線路將經(jīng)歷較大的故障電流；當(dāng)兩接地故障點分別在兩條線路上時，兩條線路都將檢測到較大的故障電流[9]?？紤]到接地電阻較小時，異相兩點接地時的電流故障特征較為明顯，文獻(xiàn)[10]提出一種基于零序電流特征分量幅值相位關(guān)系的兩點相繼接地故障選線方法，但其特征分量及其相位指意不明，選線結(jié)果的準(zhǔn)確性難以保證。當(dāng)前對于異相兩點接地故障的相關(guān)分析和研究甚少，特別是當(dāng)兩點接地有一處接地電阻較大時，與單相單點接地故障特征相近，給異相兩點相繼故障的檢測增加了困難。目前，單點接地的故障檢測算法無法直接用于兩點接地故障的困境還會存在較長時間，依舊給小電流接地故障有效檢測，實現(xiàn)保護(hù)跳閘快速就近隔離故障的目標(biāo)帶來不小的挑戰(zhàn)。

2.2 同桿并架線路接地故障檢測

近年來，隨著城市配電網(wǎng)發(fā)展，線路走廊越來越緊張，部分架空線被地下電纜替代，還有部分架空線越來越多地采用同桿雙回或多回線路的架設(shè)方式。配電網(wǎng)中同桿并架線路不僅常見，而且形式多樣，如不同電壓等級的并架線路[11]。然而，同桿并架線路的出現(xiàn)在極大地緩解線路土地資源壓力的同時，也帶來了線路故障的復(fù)雜多樣性，給繼電保護(hù)工作增添了不小的難度。

配電網(wǎng)中同桿并架線路發(fā)生單相接地故障時，線路耦合作用會對非故障線路及非故障系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響。尤其是在消弧補(bǔ)償裝置運(yùn)行的系統(tǒng)中，可能會造成兩個不同的10 kV系統(tǒng)因線路線間的耦合，形成串聯(lián)諧振，產(chǎn)生危險的過電壓，一方面給生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行造成威脅，另一方面容易使基于電壓信號的保護(hù)誤動作，影響系統(tǒng)供電的可靠性。

同桿并架線路的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，運(yùn)用一般的電路方程計算故障電壓和電流難以實現(xiàn)，且計算量大，不易在微機(jī)保護(hù)中實現(xiàn)。當(dāng)下對于同桿并架線路接地故障保護(hù)的研究多集中于輸電系統(tǒng)，在配網(wǎng)中的相關(guān)研究鮮見。因此，同桿并架線路的發(fā)展也給小電流接地故障保護(hù)快速準(zhǔn)確檢測，跳閘就近隔離故障的目標(biāo)增加了挑戰(zhàn)。

2.3 高阻接地故障檢測

高阻接地時，故障電流小，系統(tǒng)三相電壓和線電壓均變化不大，可以繼續(xù)維持對用戶的供電。因此，從供電可靠性的角度看，高阻接地故障時并不要求立即切除故障。與輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)中的高阻接地故障發(fā)生概率更高，接地電阻更小，且配電網(wǎng)深入人員密集地區(qū)，架空距離低，高阻接地故障的危害主要體現(xiàn)在人身安全方面。小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障主要是由導(dǎo)線碰樹、導(dǎo)線墜地及生物體觸電引起的，接地電阻在幾百歐到幾十千歐甚至上百千歐不等，如不能及時檢測并有效切除故障，極易引發(fā)森林、草原火災(zāi)以及人身觸電事故，給人民的生命財產(chǎn)安全帶來巨大威脅。隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們安全意識越來越高，高阻接地故障的保護(hù)問題近年來也得到了足夠高的關(guān)注度。文獻(xiàn)[2]總結(jié)了現(xiàn)有小電流接地保護(hù)方法（包括零序無功功率方向保護(hù)、中性點投入并聯(lián)中電阻的保護(hù)以及暫態(tài)法）的耐接地電阻能力，由于互感器精度與裝置設(shè)計等方面的限制，實際運(yùn)行的接地保護(hù)裝置反應(yīng)接地電阻的能力一般在2 kΩ以下，理論分析以及國際上小電流接地保護(hù)的工程實踐都證明了這一點[12-13]。另外，零序電壓監(jiān)察法雖檢測靈敏性與可靠性高，理論上在諧振接地系統(tǒng)處于全補(bǔ)償狀態(tài)時，能夠可靠地檢測出過渡電阻達(dá)10 kΩ的接地故障[14]，但不能確定出具體的故障出線，仍需要人工拉路法配合，確認(rèn)接地故障位置，依舊不能達(dá)到保護(hù)跳閘快速就近隔離故障的目標(biāo)。

對于高阻接地故障保護(hù)的主要難點有：故障時的工頻和諧波等低頻分量以及行波、暫態(tài)等高頻分量的幅值都比較低，且易受噪聲等擾動的影響，故障特征不明顯，閾值難以整定[15]。針對上述問題，大量的高阻接地故障檢測方法被提出。文獻(xiàn)[16]提出了一種基于故障相電壓極化量的諧振接地系統(tǒng)高阻故障方向檢測方法，通過分析故障暫態(tài)過程中線路各檢測點所測零序電流與故障相電壓的相似程度來完成故障的方向檢測，該方法具有自舉性，在不具備通信條件的配網(wǎng)中仍能適用，并在人工接地試驗中實現(xiàn)了2 kΩ及以下接地故障的有效檢測，提高了高阻接地故障檢測算法的可靠性和實用性。文獻(xiàn)[17]通過分析諧振接地系統(tǒng)中高阻接地故障的暫態(tài)電氣量特征，提出了一種基于故障線路暫態(tài)零序電流在母線暫態(tài)零序電壓上投影系數(shù)的高阻接地故障檢測判據(jù)，并在仿真驗證中實現(xiàn)了3 kΩ接地故障的有效檢測。以上兩種方法都是基于諧振接地系統(tǒng)特性得出的，對于不接地系統(tǒng)的適用性尚不明晰。文獻(xiàn)[18]采用了行波分量來完成接地故障的檢測，根據(jù)故障線路零模電流和零模電壓初始波頭的極性關(guān)系構(gòu)建了故障檢測算法，該方法可以實現(xiàn)接地電阻在400 Ω以下的接地故障保護(hù)。行波法不受中性點運(yùn)行方式的影響，對小電流接地系統(tǒng)均具有良好的選線效果，但該方法的靈敏性受接地電阻的制約，對于提升高阻接地故障檢測能力并沒有顯著效果。

對于不同類型的高阻接地故障，不少專家學(xué)者也進(jìn)行了更具有針對性的深入研究。

2.3.1 導(dǎo)線碰樹

導(dǎo)線碰樹故障，也稱樹閃故障，故障初始時刻電阻一般大于3 kΩ，隨著故障的持續(xù)，電弧使樹枝逐步碳化，過渡電阻逐步減少至1 kΩ以下，同時，過渡電阻具有短時非線性特性及長時緩變特性，使故障難以實現(xiàn)快速檢測并就近隔離。文獻(xiàn)[19]針對10 kV架空導(dǎo)線單相觸樹接地故障進(jìn)行了深入分析，并進(jìn)行了大量的實際線路的試驗，提出了基于故障分量的長時變化趨勢進(jìn)行故障判斷的方法，該方法的耐過渡電阻能力可達(dá)17 kΩ以上，并且在實際線路實驗中，導(dǎo)線碰樹故障檢出時過渡電阻約51 kΩ，有效提高了保護(hù)對導(dǎo)線碰樹故障的耐過渡電阻能力。但文中的試驗系統(tǒng)覆蓋范圍有限，對于不同種類、不同尺寸以及不同環(huán)境狀態(tài)下的樹木發(fā)生觸線故障的情況，難以保證故障模型及檢測方法的適用性，與實用尚有一定差距。

2.3.2 弧光高阻接地

由于接地電弧電流小、墜地導(dǎo)線跳動等方面的原因，配電網(wǎng)高阻故障常以弧光接地的形式存在，電流存在嚴(yán)重的畸變，非線性特征顯著?，F(xiàn)有檢測方法多采用閾值設(shè)定的定量分析，難以同時兼顧其可靠性與靈敏性，正動率較低。文獻(xiàn)[20]通過分析弧光高阻接地故障時特征頻帶內(nèi)零模電壓、電流間的伏安特性動態(tài)軌跡，提出了一種基于伏安特性動態(tài)軌跡的檢測方法，使弧光高阻接地故障檢測的可靠性有所提高。但該方法在故障開始一段時間內(nèi)，可能會因為零序電壓及零序電流的幅值太小，無法保證能夠及時有效地識別出故障線路，需要故障持續(xù)一段時間才能觸發(fā)該保護(hù)正確動作。雖然文中提出了基于母線零模電壓和各出線零模電流初始極性特征的疑似判據(jù)，但決定保護(hù)最終是否動作還是要前述檢測方法的判斷，并未有效提高保護(hù)動作的快速性。

2.3.3 人體觸電

配電線路深入人員密集地區(qū)，人體觸電事故的發(fā)生概率尤其高。經(jīng)人體的接地故障，過渡電阻一般在幾百甚至上萬歐[21]。人體電阻由內(nèi)電阻與皮膚電阻構(gòu)成，根據(jù)德國科學(xué)家BIEGELMEIER[22]的研究結(jié)果，人體內(nèi)電阻值固定不變，數(shù)值為500 Ω；皮膚電阻因人而異，且隨皮膚條件變化，干燥、潔凈、無損的皮膚電阻可達(dá)40 kΩ～200 kΩ。人體電阻除與皮膚條件有關(guān)外，還與觸電電壓的大小、電流的頻率以及環(huán)境溫度有關(guān)。因此，人體觸電的情況復(fù)雜多變，其預(yù)防與檢測都是極其困難的。針對經(jīng)人體高阻接地故障的保護(hù)問題，文獻(xiàn)[23]分析了非生物體導(dǎo)電介質(zhì)與人體介質(zhì)的阻抗特性及故障特征，并結(jié)合現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)，驗證了非生物體與豬、羊等生物體介質(zhì)的阻抗特性及其典型故障特征，但試驗條件單一，其可靠性難以保證，且并未提出有效的針對人體觸電的高阻接地故障檢測方法。

綜上所述，盡管近年來已有許多專家學(xué)者針對小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障的檢測問題進(jìn)行了大量的深入研究，并提出了許多優(yōu)化算法，但多數(shù)方法難以保證其實用性，并且對于保護(hù)耐接地電阻能力的提升并沒有顯著效果。因此，到目前為止，高阻接地故障的有效檢測技術(shù)仍然是一大難關(guān)，實現(xiàn)保護(hù)跳閘快速就近隔離故障的目標(biāo)對于小電流高阻接地故障檢測來說，仍是一個很大的挑戰(zhàn)。

2.4 間歇性接地故障保護(hù)

傳統(tǒng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時允許短時帶故障運(yùn)行，無法像輸電線路保護(hù)一樣通過重合閘之后故障是否消失來判別瞬時性和永久性，一般通過是否需要人工修復(fù)將接地故障分為永久性接地和瞬時性接地。所以現(xiàn)場工作一般只關(guān)注永久性和瞬時性故障，故障檢測算法的設(shè)計一般也只針對永久性接地故障所表現(xiàn)出來的特征來完成，而間歇性接地故障長期以來未引起足夠的重視。

隨著配電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，系統(tǒng)對地電容電流逐漸增加，發(fā)生單相接地故障時，電弧往往難以可靠熄滅，故障相電壓恢復(fù)到一定幅值時，電弧重燃，接地故障再次發(fā)生，從而形成熄弧與重燃相互交替的間歇性電弧接地故障。此外，城市配電網(wǎng)中使用越來越廣泛的電纜線路，受制作和施工過程中不規(guī)范操作以及地理環(huán)境的影響，絕緣性降低，容易造成電纜間歇性對地放電，出現(xiàn)間歇性接地故障[24]，典型的間歇性接地故障錄波如圖1所示。

圖1 典型的間歇性接地故障錄波圖Fig.1 Typical intermittent ground fault oscillogram

配電網(wǎng)發(fā)生間歇性接地故障時，會在故障相和非故障相上產(chǎn)生高頻諧振過電壓。這種過電壓幅值高、持續(xù)時間長，遍布于整個電網(wǎng)，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的絕緣和安全穩(wěn)定運(yùn)行[25]。由此，間歇性接地故障發(fā)生后，及早有效識別并進(jìn)行后續(xù)處理顯得尤為重要。

當(dāng)前，小電流接地保護(hù)跳閘快速就近隔離故障的目標(biāo)原則下，間歇性接地故障的有效處理主要面臨兩個難題。

一是間歇性接地故障與瞬時性接地故障的劃分不明。若系統(tǒng)某出線先后發(fā)生間隔時間較短的兩次瞬時性故障，此時與間歇性接地故障便難以區(qū)分，尤其在諧振接地系統(tǒng)中，消弧線圈的作用延長了故障相電壓的恢復(fù)時間，電弧重燃的延遲時間比較長，這導(dǎo)致故障在外部表現(xiàn)上呈現(xiàn)瞬時性，給后續(xù)的故障處理增加了困難。

二是故障持續(xù)時間計算困難。為了設(shè)計上下級保護(hù)配合的時間級差，對于間歇性接地故障的保護(hù)還需要計算故障的持續(xù)時間，保證全線保護(hù)的動作時間都在故障持續(xù)時間內(nèi)。故障持續(xù)時間的計算主要有兩個思路：一是第一次起始時間到最末一次熄弧時刻，二是每次燃弧時間的累計。不管是最末一次的熄弧時刻，還是故障持續(xù)期間的熄弧時刻都難以確定，故障持續(xù)時間的計算困難；更重要的是，由于干線與分支線的保護(hù)裝置往往來自不同廠家，計算標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，給多級保護(hù)之間的配合帶來了極大的困難。

3 故障與擾動的區(qū)分

小電流接地系統(tǒng)單相接地故障除電流信號弱、波形不穩(wěn)定以外，還具有干擾范圍大、隨機(jī)因素多的特點，保護(hù)易受系統(tǒng)擾動（如鐵磁諧振、串聯(lián)諧振及互感器測量誤差等）的影響，發(fā)生誤動。

在電力系統(tǒng)中，存在著變壓器、電磁式電壓互感器、消弧線圈等感性設(shè)備，這些設(shè)備容易與線路電容之間形成諧振，諧振的時候通常會伴隨著過電壓和過電流現(xiàn)象，不但會危及設(shè)備的絕緣、引起設(shè)備過熱甚至燒毀，還會干擾接地保護(hù)裝置的正常工作，降低動作的正確性，對電力系統(tǒng)供電的安全可靠性產(chǎn)生威脅。

由于系統(tǒng)中使用的電壓互感器具有飽和特性，當(dāng)系統(tǒng)受到?jīng)_擊（如拉合刀閘、單相接地故障、單相光弧接地）使電壓互感器電感飽和時，若系統(tǒng)電感參數(shù)與對地電容參數(shù)匹配，就會發(fā)生鐵磁諧振，中性點出現(xiàn)較高位移電壓，并維持較長一段時間。依據(jù)諧振頻率的不同，鐵磁諧振具體可以分為基頻諧振、高頻（倍頻）諧振和分頻諧振。其中，高頻諧振及分頻諧振可以利用現(xiàn)在的微機(jī)型保護(hù)裝置分析零序電壓的頻率實現(xiàn)有效辨識。而基頻諧振產(chǎn)生的零序電壓為50 Hz，僅依靠零序電壓、零序電流啟動的傳統(tǒng)選線裝置，不能辨識出基頻鐵磁諧振，保護(hù)容易誤動。文獻(xiàn)[26]提出了一種綜合對比系統(tǒng)零序電壓和三相電壓的鐵磁諧振辨識方法，但也只能夠有效辨識一部分的鐵磁諧振情況。文獻(xiàn)[27]總結(jié)了單相接地故障與鐵磁諧振產(chǎn)生的零序分量的相位關(guān)系，提出通過希爾伯特變換的方法來判別接地故障與系統(tǒng)基頻諧振。但文中分析過程中的線路指代不明，且缺乏具體的分析過程及仿真試驗驗證，其可靠性難以保證。

中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在消弧線圈接近全補(bǔ)償?shù)那闆r下，系統(tǒng)可能發(fā)生串聯(lián)諧振，出現(xiàn)較高的零序電壓。在發(fā)生單相接地故障時阻尼電阻退出運(yùn)行，如果接地故障消失后阻尼電阻沒有快速投入，就可能造成串聯(lián)諧振，出現(xiàn)零序電壓異常升高的現(xiàn)象，與單相接地故障現(xiàn)象類似。依靠零序分量啟動的保護(hù)，同樣不能準(zhǔn)確識別出串聯(lián)諧振過電壓，出現(xiàn)誤動。與文獻(xiàn)[26]相似，文獻(xiàn)[28]通過對比零序電壓和三相電壓來辨識消弧線圈串聯(lián)諧振，雖然該方法設(shè)計簡單，現(xiàn)場改動不大，且具有實用性，但并不能有效辨識出串聯(lián)諧振的所有情況。

另外，實際系統(tǒng)中還存在一些測量誤差。其中一項就是角度測量誤差。角度測量誤差主要來源于一次電流較小時零序電流互感器的測量誤差，零序電流越小，信號頻率越低，零序電流互感器的角度測量誤差越大[29]。零序電流互感器的角度測量誤差總是使裝置感受到的零序電流更為超前，這往往給基于零序電流相位關(guān)系的保護(hù)判據(jù)帶來不利的影響。

綜上，當(dāng)前保護(hù)算法對于鐵磁諧振、串聯(lián)諧振以及互感器測量誤差等系統(tǒng)異動情況還不能與小電流單相接地故障進(jìn)行完全的有效區(qū)分，并且很多選線裝置并沒有像對零序電壓進(jìn)行頻譜分析的這種功能，故障與擾動的有效辨別對接地保護(hù)跳閘實現(xiàn)快速就近隔離故障的目標(biāo)來說依舊是個難題。

4 小電流接地故障保護(hù)裝置實際運(yùn)行情況

由于暫態(tài)法選線成功率高，適應(yīng)性廣，且不受消弧線圈影響，不需要安裝額外的一次設(shè)備、安全性好，目前國內(nèi)主流廠家生產(chǎn)的接地故障保護(hù)裝置基本都采用暫態(tài)法作為主保護(hù)[2]。然而，盡管占據(jù)當(dāng)前小電流接地故障檢測技術(shù)主流的暫態(tài)法可靠性較高，但與選線成功率100%的目標(biāo)還有很大差距，對于相繼接地、高阻接地、間歇性接地等故障的處理效果仍不理想。

國網(wǎng)福建省某地市公司下轄的15個變電站安裝的暫態(tài)保護(hù)裝置，根據(jù)調(diào)度部門和運(yùn)檢部門的記錄和反饋，其中14個變電站在2012年至2015年6月期間有記錄的故障共134次。其中，正確選線109次，占81.3%；未實現(xiàn)準(zhǔn)確選線的具體情況如下：

1）裝置運(yùn)行正常，高阻故障未啟動4次，占 3.0%；

2）相繼故障，僅上報一次選線結(jié)果，計為選線錯誤或未啟動 4 次，占3.0%；

3）間歇性故障，每次持續(xù)時間低于永久故障時間而未上報 3 次，占2.2%；

4）故障線路極性錯誤導(dǎo)致選線錯誤3次，占 2.2%；

5）接入了消弧線圈柜導(dǎo)致選線錯誤2次，占1.5%；

6）接線與線路參數(shù)設(shè)置不一致導(dǎo)致選線錯誤2次，占 1.5%；

7）故障出線無信號導(dǎo)致選線錯誤3次，占2.2%；

8）裝置運(yùn)行正常臨時被退出運(yùn)行導(dǎo)致未選線的故障2次，占1.5%；

9）裝置丟失歷史數(shù)據(jù)無法確認(rèn)的故障2次，占1.5%。

國網(wǎng)山東省某地市供電公司針對轄區(qū)內(nèi)小電流接地保護(hù)裝置動作情況進(jìn)行統(tǒng)計，安裝XJ系列裝置的17所變電站2017年動作成功率為80.96%（故障共計42次，正確動作34次，裝置退出4次，選線正確通信問題未上報2次，高阻故障未啟動2次）。

總體看來，當(dāng)前小電流接地保護(hù)裝置的選線準(zhǔn)確率已實現(xiàn)較高水平，除通信錯誤、接線錯誤、裝置自身問題等系統(tǒng)原因造成選線錯誤以外，高阻接地、相繼接地、間歇性接地故障的有效處理仍是一個難題。就故障保護(hù)跳閘功能的投入來講，小電流接地故障檢測與保護(hù)仍面臨較大挑戰(zhàn)。

5 結(jié)論

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、配電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大以及全民安全意識的增強(qiáng)，對電力系統(tǒng)供電質(zhì)量提出了更高要求。小電流接地故障處理原則改“帶故障運(yùn)行”為“快速就近隔離故障”，給接地保護(hù)帶來新一輪發(fā)展契機(jī)的同時，也給故障檢測與保護(hù)技術(shù)帶來了極大的挑戰(zhàn)。本文總結(jié)了當(dāng)前小電流接地保護(hù)技術(shù)適用的范圍及存在的問題，分析表明，當(dāng)前小電流接地故障保護(hù)領(lǐng)域中存在以下問題：故障檢測算法的可靠性不高，難以有效處理相繼故障、同桿并架線路接地故障；高阻接地故障保護(hù)方法的適用性不廣，耐接地電阻能力不高；間歇性接地故障的劃分不明晰，難以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)上下級保護(hù)的配合以及故障與系統(tǒng)擾動的區(qū)分復(fù)雜等暫未解決的難題。小電流接地保護(hù)準(zhǔn)確可靠跳閘、隔離故障面臨巨大挑戰(zhàn)，給系統(tǒng)供電的安全可靠性帶來威脅。因此，小電流接地故障保護(hù)算法需進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，才能配合保護(hù)跳閘實現(xiàn)高可靠性地快速就近隔離故障。本文的具體分析也為后續(xù)小電流接地保護(hù)領(lǐng)域的技術(shù)完善提供了方向。