小电流接地保护新原理的研究

燕 杰

（国网山东省东营市东营供电公司，山东东营10053）

目前我国的供电系统中，如果电压等级在66 kV及其以下，采用的工作方式都是小电流接地系统。小电流接地系统有很多优点，例如，接地系统中流过的电流很小;相比较其他供电系统，瞬时接地也不会造成跳闸现象的发生;供电过程具有很高的可靠性。但是小电流接地系统在运行过程中，很多时候会发生单相接地故障。故障发生时，由于电流较小，造成故障选线工作的困难性增加。所以在故障发生后，一般采取排查方法找出故障的发生方位。如果使用断开开关找到故障点的方式，会给供电设备造成不必要的影响。所以我国目前在研究小电流接地系统的新原理时，要注重检测设备的研究，从而使故障处理的时间减少，将供电系统的可靠性大幅度的提高。

1 对于小电流接地保护的研究

目前国内选用的故障选线方法，通过比较每条出线电流的大小和相位，选择出现故障的方位，但是该方法的接线方式过于复杂，运行时可靠性不高。近年来，我国的供电企业引进了很多新信号的处理工具，例如处理小波分析的工具，采取分析暂态电流特定频带的方式进行选线。但是在出现故障时，由于影响暂态电流的因素很多，这种方式对于故障的分析还不够成熟。经过实践，科技人员通过对于小电流接地系统的分析，根据基本原理提出了一些新型的对于负序电流保护的思路。但是，由于理论不太成熟，在进行实际操作时，可能会遇到一系列的困难。例如，在进行负序过流保护的过程中，整定工作应该避开最大的负序电流，但是在配电的系统中，可能会因为负序电流中负荷变化过大，导致整定工作变得复杂，对于保护的灵敏性降低。

虽然在实际的工作中可以利用故障相电压与支路负序电流相乘得到的结果积分，弥补上述过程中对于暂态能量保护的不足之处，但是整定工作的繁琐性并不会降低。在进行对于负序和零序基波电流的接地保护工作中，工作人员可以设置一个对零序和负序电流进行保护的精密的电流门槛，一旦零序或者负序电流的基波的幅值大于设置的门槛时，系统可以自动启动接地保护。这种接地保护设施利用反时限的特性，在一定程度上具有自适应的特点。该保护方式以基波电流作为参考依据，系统发生故障时，可能会发生因为保护处分配的电流远小于精工电流，降低保护措施的灵敏性和失去选择性。此外，由于补偿方式的不同，保护处观测到的负序电流或者零序电流存在很大的差别，这就使得实际的系统要求和同一个过电流值不相符。所以，这就需要科技人员为负序的单相接地故障保护提出新的技术手段，使之适应各种运行方式。

2 小电流接地系统的技术现状

小电流接地系统分为以下三种:中性点不接地系统;中性点经过消弧线圈接地;中性点经过电阻接地系统。虽然接地系统的类型不同，但是选线问题是三个系统中都存在的技术难点和关键。

(1)采用5次谐波法

在我国的配电网中5次谐波的包含量是比较大的，所以目前很多配电网主要采取5次谐波的分量作为选线的技术手段。但是这种方式所带来的实践效果却不太理想，因为5次谐波的分量和基波分量相比，谐波分量比较小，在选线过程中，会造成选线检测的不准确，而且灵敏度不高。

(2)采用有功分量法

在小电流接地保护系统中，很多时候都存在消弧线圈电阻和线路电导等组成部分的有功分量，检测时可以根据这些分量的大小来进行选线。这种检测方法是对零序电流的有功分量进行分析来选线，但是有功分量检测法在遇到线路或者消弧线圈的电阻较小的情况下，就会失去原本的精度以及准确性，造成选择错误。

(3)零序导纳法

工作人员可以根据对零序导纳数值在导纳平面上的分布来分析对接地系统是否发生接地故障，其实质就是判断电流的有功方向。现如今大多数的供电系统工作人员，都将这种方式作为有功分量法的升级和改进来看待。

(4)扰动原理选线法

在小电流接地保护系统中，如果发生单相接地故障，消弧线圈的脱谐度可以进行微微的调整，这之后便可以检测出接地位置的残流发生相应的改变，故障线路的零序电流发生改变也是可以通过仪器检测出来的，从而判断接地故障的发生位置。

(5)注入信号法

这种检测方法是利用电压互感器将信号感应到系统一侧，通过接地位置组成电流回路，在配电系统中，通过线端对于信号强弱的判断和感应，来分析故障线路的位置。虽然这种方法比较方便，但是在分辨率高的电阻接地检测上仍然缺乏相应的准确度和灵敏性。

(6)暂态信号选线法

如果线路接地故障发生在相电压接近最大值处，采用这样的方式比较方便和有效。但是，如果接地故障发生在相电压在零点附近时，由于暂态电流的分量较小，过渡电阻也会对检测造成影响，检测结果会失去原本的准确度，造成工作人员对故障线路发生位置的判断不准确，影响供电系统的正常工作。

3 小电流接地保护系统新原理的设计思路

在新原理的设计方案下，主要选用双CPU来进行选线装置的设计。双CPU包括DSP以及单片机。运算CPU的组成是DSP，它可以将信号进行采集选线的计算;而单片机则是作为管理CPU而存在，在人机交互上起到主要的作用。在DSP的内部结构中，主要采用哈佛总线的结构，在操作过程中，主要是采用流水线的指令，相应地和它配合的是独立存在的硬件乘法器结构，这样的组成结构很适合数字信号的处理，从而可以对数据进行分析，实现实时的监控。实际工作中，选择DSP时，科技人员可以采用高效CPU，快速地实现对系统中参数的计算，进行数据的采集，要选择具有很强抗干扰能力的单机片，从而适应实际工作中的人机交互。

4 小电流接地保护系统调试中的注意事项

(1)在设计安装无选择性的零序电压以及零序功率的保护装置时，工作人员应该注意，在电压互感器中对于一次或者二次的中性点接地时必须保证接地的可靠性。一次中性点接地要求连接到工作接地以及安全接地，一旦一次中性点的接地不牢靠，直接会导致二次系统不能正确地将系统中发生的接地故障反映出来，所以保证接地的牢靠性可以保证保护系统的工作顺利进行。

(2)一些接地保护装置主要由零序电流互感器构成，如果发生了接地故障，会造成电流经过大地进行流动，甚至会经过电缆外皮进行流动，这样会给供电系统带来很大的安全隐患。所以在零序互感器构成保护装置时，要确保电缆头沿电缆方向在穿过LH后从内侧进行接地，以保证安全和保护装置的精度。

(3)在配电网中，有时候会采用经消弧线圈接地组成电网的单相接地保护装置。在这种保护装置中，一般采用5次谐波分量以及暂态电流分量来保护电流的流动，从而增加选线难度。所以工作人员可以在发现故障线路实际位置后，向系统中投入有效地电阻，使有功分量在故障电流中增加，配以其他的保护装置，将故障线路进行更改或者切除。

(4)零序电流的过滤器一般由三个互感器组成，而这种装置中会有不平衡电流的出现，可能会给保护系统带来安全隐患，所以在使用时必须克服电流的不平衡。

5 结束语

综上所述，在小电流接地保护中，独立的选线装置逐步应用到系统中来。虽然目前对于小电流接地保护新原理的研究还有不成熟的地方，但是通过科技人员的不断创新和研究，不断地引进新的技术手段，在小电流接地保护装置中进行有效地接地判断以及选线方面的技术水平有大幅度提高，为电力行业的发展起到推动作用。

［1］王智勇.小电流接地保护新原理的研究及微机型保护装置设计［J］.城市建设理论研究，2011，(33):25-27.

［2］张培毅，孔永乐，茹予波.适用于高阻接地保护的新算法研究［J］.中小企业管理与科技，2013，(34):78-79.

［3］肖仕武，林晓敏.基于故障分量电流的单相接地保护新原理［J］.陕西电力，2009，37(10):90-91.