小电流接地系统单相接地故障选线方法的探讨

邱翡翠

摘 要：以变电站统计的低压配网发生单相接地故障的数据为研究背景，分析单相接地时电流和电压的变化以及当前站内接地装置的选线方式，从而解析小电流接地故障选线率偏低的原因。同时，在停电改造期间对选线方式进行改进，将原有的补偿方式改为采用并联中电阻进行选线，通过模拟故障试验，与实际运行的接地选线正确性进行对比、分析，得出相关结论。

关键词：小电流接地方式；消弧线圈；单相接地故障；中电阻

中图分类号：TM862+.3 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）20-0029-02

1 传统选线存在的问题

目前，我国低压配网系统大部分都采用小电流接地方式，而单相接地故障是小电流接地方式最为常见的一种故障。但是，随着对配网供电可靠性的重视，供电质量要求不断提高，小电流接地故障的正确定位和合理的选线方式成为供电可靠性的关键因素。国内各种小电流选线装置所采用的原理一般都是利用单相接地发生故障时线路零序电流的异常增大，通过采集各条线路上零序电流的基波或高次谐波分量，对比电流特征量的变化来进行选线的。这种选线原理在系统线路结构复杂、对地电容电流差异较大以及测量装置精度误差和相移等因素的影响下，选线效果并不理想。

当系统经消弧线圈接地后，由于消弧线圈的补偿作用，故障线路的零序电流趋近于零，与非故障线路的电流特征无明显差异，导致这些依据传统选线理论的装置失去了基本的选线条件，选线结果呈现非常不正确的状况。以河源供电局为例，截至9月，2014年度共发生在投入接地选线装置变电站10 kV线路上91条次，与SCADA系统历史接地告警信息进行对比，接地选线系统正确作出接地告警判断的情况占75.82%，发出接地告警并选择出一条或多条线路接地的情况占40.66%，发出告警信号且仅选对接地线路的情况占29.67%. 对全局的110 kV变电站进行统计，由于中性点安装了消弧线圈系统，传统选线装置的正确率都比较低，基本上处于闲置状态，因此，如何解决消弧线圈系统的选线问题是一个亟待解决的难题。

2 单相接地故障选线方法的原理

要进行小电流接地系统单相接地故障的正确选线和正确定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系统原理如图1所示。

从系统原理图可以看出，该控制装置为“一控二模式”，消弧线圈控制器根据分段开关的变换，通过可调开关的控制，调节消弧线圈的电抗大小，达到补偿效果。当10 kV线路发生单相接地时，通过母线电压TV1、TV2开口三角电压的变化，1TV、2TV零序电压和1TA、2TA零序电流的大小来选择补偿容量，根据馈线穿心CT流过的容性电流来选择故障线路的条件。在中性点不接地系统中，故障线路上的零序电流为各条非故障线路的电容电流之和，出线越多，电缆和架空线路越长，故障线路的电容电流就越大。如果电容电流过大，故障点电弧不易熄灭，中性点必须采用经消弧线圈接地方式。单相接地故障的电流分布如图2所示。

从图2可以看出，当线路N发生A相接地故障时，非故障相流过穿心CT的电流为：

很明显，故障相流过穿心CT各条馈线的电容电流之和不为零，即：

消弧系统就是通过采集每条馈线的穿心CT电流，根据比较非故障相和故障相穿心CT电流的大小来选择故障相的。但是这种选线方式没有外加条件，当系统中可能存在馈线的线路比较长时，电容电流会大于其他所有线路的电容电流之和，这样就会出现拒动；同时，线路的长短、系统的运行方式、过渡电阻的大小都会影响到选线方式，从而很容易出现误选、漏选现象。

从图1所示的系统原理图可看出，通过在消弧线圈两端并联中电阻，中电阻的投入通过永久接地故障时延时1 s投入。并联中电阻选线的基本原理是通过对并联电阻的投退控制，短时且有限地增加零序电流的有功分量，使得故障线路与非故障线路上的零序电流出现明显的特征差异，然后通过独特的计算方法，准确识别故障线路，达到选线的目的。经过理论和大量实践的验证，这种选线方法正确率极高，同时可以抑制中性点电压，无需正确判断零序CT的极性，具有很高的实用价值。

3 并联电阻选线

装设消弧线圈后的单相接地选线问题一直是困扰企业工作人员的一大难题。传统的选线装置普遍存在误选、漏选现象，传统选线原理的局限性在此得到了充分的体现。无论采用的是首半波法、五次谐波法，还是注入法，都存在选线信号采样困难、判据不明显等缺陷，所以有必要对选线原理进行重新分析，找出一种全新的选线原理。为此，采用投并联中电阻的方式，使接地点产生一个阻性分量电流，再将这个阻性分量电流作为选线的依据。根据图1所示的中电阻选线系统原理图，在发生单相接地时的等值零序电路如图3所示。

图3中，C为系统对地电容，U0为接地点的零序电压。单相接地一定时间后，1K闭合投入接地电阻ZR，发挥故障的选线功能。故障点电流矢量如图4所示。从矢量图可以看出：

当单相接地时，流过穿心CT的零序电流比传统的未采用中电阻选线要大很多，更加突出故障线路与其他线路的区别。由于中电阻只是在有故障时投入，并且快速返回，所以相比传统的选线方式，该种接线方式具有以下优点：①响应速度快，响应时间小于10 ms；②没有过电压，投入电阻只会降低系统的过电压；③故障回路零序电流变化大，非故障回路变化小；④投入电阻的时间可以控制，一般为0.5～1 s。

4 现场验证

2013-06，在110 kV新投运义合站和思源电气共同协作下，验证了并联中电阻选线的正确率，分别进行了金属接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地对线路6进行试验，同时选择传统选线选择的线路零序电流和并联电阻选线选择的线路零序电流进行对比。

现场试验模拟705开关线路（义合北线）单相接地故障。结果显示，选线结果全部正确。试验数据见表1.

从表格1可以看出，投入中电阻选线方式的动作正确率达到100%，并且零序电流的变化大，更有利于区分故障线路和非故障线路。现场调试的录波图如图5所示。

从调试录波图可以看出，并联中电阻投入过程中，中性点电压下降，故障线路和非故障线路电流特征差异明显。并联中电阻的投入在1 s内完成，满足技术要求，中性点电压降低过程无冲击现象，装置选线正确。

5 结论

从现场试验和当前运行状态可以看出，小电流接地方式系统采用并联中电阻的选线方式，既保持了电阻接地可以正确选线的优点，又可以减少接地点的残流，限制了弧光接地过电压，合理补偿电容电流，确保系统单相接地之后带故障运行2 h以上。这种并联中电阻选线方式综合了谐振接地和电阻接地两种接地方式的优点，成本低、效果显著，对提高电力系统供电可靠性、提高供电电能质量，具有很好的参考价值和推广、应用价值。

参考文献

[1]李吉旭.小电流接地故障选线方法与定位关键技术研究[D].沈阳：东北大学信息科学与工程学院，2011.

[2]刘连鑫.基于DSP2812小电流接地系统选线装置的设计研究[D].大庆：大庆石油学院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小电流接地系统单相接地故障选线和测距的研究[J].继电器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龙华.零序电流有功分量方向接地选线保护原理[J].电网技术，1999，23（09）：60-62.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：以变电站统计的低压配网发生单相接地故障的数据为研究背景，分析单相接地时电流和电压的变化以及当前站内接地装置的选线方式，从而解析小电流接地故障选线率偏低的原因。同时，在停电改造期间对选线方式进行改进，将原有的补偿方式改为采用并联中电阻进行选线，通过模拟故障试验，与实际运行的接地选线正确性进行对比、分析，得出相关结论。

关键词：小电流接地方式；消弧线圈；单相接地故障；中电阻

中图分类号：TM862+.3 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）20-0029-02

1 传统选线存在的问题

目前，我国低压配网系统大部分都采用小电流接地方式，而单相接地故障是小电流接地方式最为常见的一种故障。但是，随着对配网供电可靠性的重视，供电质量要求不断提高，小电流接地故障的正确定位和合理的选线方式成为供电可靠性的关键因素。国内各种小电流选线装置所采用的原理一般都是利用单相接地发生故障时线路零序电流的异常增大，通过采集各条线路上零序电流的基波或高次谐波分量，对比电流特征量的变化来进行选线的。这种选线原理在系统线路结构复杂、对地电容电流差异较大以及测量装置精度误差和相移等因素的影响下，选线效果并不理想。

当系统经消弧线圈接地后，由于消弧线圈的补偿作用，故障线路的零序电流趋近于零，与非故障线路的电流特征无明显差异，导致这些依据传统选线理论的装置失去了基本的选线条件，选线结果呈现非常不正确的状况。以河源供电局为例，截至9月，2014年度共发生在投入接地选线装置变电站10 kV线路上91条次，与SCADA系统历史接地告警信息进行对比，接地选线系统正确作出接地告警判断的情况占75.82%，发出接地告警并选择出一条或多条线路接地的情况占40.66%，发出告警信号且仅选对接地线路的情况占29.67%. 对全局的110 kV变电站进行统计，由于中性点安装了消弧线圈系统，传统选线装置的正确率都比较低，基本上处于闲置状态，因此，如何解决消弧线圈系统的选线问题是一个亟待解决的难题。

2 单相接地故障选线方法的原理

要进行小电流接地系统单相接地故障的正确选线和正确定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系统原理如图1所示。

从系统原理图可以看出，该控制装置为“一控二模式”，消弧线圈控制器根据分段开关的变换，通过可调开关的控制，调节消弧线圈的电抗大小，达到补偿效果。当10 kV线路发生单相接地时，通过母线电压TV1、TV2开口三角电压的变化，1TV、2TV零序电压和1TA、2TA零序电流的大小来选择补偿容量，根据馈线穿心CT流过的容性电流来选择故障线路的条件。在中性点不接地系统中，故障线路上的零序电流为各条非故障线路的电容电流之和，出线越多，电缆和架空线路越长，故障线路的电容电流就越大。如果电容电流过大，故障点电弧不易熄灭，中性点必须采用经消弧线圈接地方式。单相接地故障的电流分布如图2所示。

从图2可以看出，当线路N发生A相接地故障时，非故障相流过穿心CT的电流为：

很明显，故障相流过穿心CT各条馈线的电容电流之和不为零，即：

消弧系统就是通过采集每条馈线的穿心CT电流，根据比较非故障相和故障相穿心CT电流的大小来选择故障相的。但是这种选线方式没有外加条件，当系统中可能存在馈线的线路比较长时，电容电流会大于其他所有线路的电容电流之和，这样就会出现拒动；同时，线路的长短、系统的运行方式、过渡电阻的大小都会影响到选线方式，从而很容易出现误选、漏选现象。

从图1所示的系统原理图可看出，通过在消弧线圈两端并联中电阻，中电阻的投入通过永久接地故障时延时1 s投入。并联中电阻选线的基本原理是通过对并联电阻的投退控制，短时且有限地增加零序电流的有功分量，使得故障线路与非故障线路上的零序电流出现明显的特征差异，然后通过独特的计算方法，准确识别故障线路，达到选线的目的。经过理论和大量实践的验证，这种选线方法正确率极高，同时可以抑制中性点电压，无需正确判断零序CT的极性，具有很高的实用价值。

3 并联电阻选线

装设消弧线圈后的单相接地选线问题一直是困扰企业工作人员的一大难题。传统的选线装置普遍存在误选、漏选现象，传统选线原理的局限性在此得到了充分的体现。无论采用的是首半波法、五次谐波法，还是注入法，都存在选线信号采样困难、判据不明显等缺陷，所以有必要对选线原理进行重新分析，找出一种全新的选线原理。为此，采用投并联中电阻的方式，使接地点产生一个阻性分量电流，再将这个阻性分量电流作为选线的依据。根据图1所示的中电阻选线系统原理图，在发生单相接地时的等值零序电路如图3所示。

图3中，C为系统对地电容，U0为接地点的零序电压。单相接地一定时间后，1K闭合投入接地电阻ZR，发挥故障的选线功能。故障点电流矢量如图4所示。从矢量图可以看出：

当单相接地时，流过穿心CT的零序电流比传统的未采用中电阻选线要大很多，更加突出故障线路与其他线路的区别。由于中电阻只是在有故障时投入，并且快速返回，所以相比传统的选线方式，该种接线方式具有以下优点：①响应速度快，响应时间小于10 ms；②没有过电压，投入电阻只会降低系统的过电压；③故障回路零序电流变化大，非故障回路变化小；④投入电阻的时间可以控制，一般为0.5～1 s。

4 现场验证

2013-06，在110 kV新投运义合站和思源电气共同协作下，验证了并联中电阻选线的正确率，分别进行了金属接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地对线路6进行试验，同时选择传统选线选择的线路零序电流和并联电阻选线选择的线路零序电流进行对比。

现场试验模拟705开关线路（义合北线）单相接地故障。结果显示，选线结果全部正确。试验数据见表1.

从表格1可以看出，投入中电阻选线方式的动作正确率达到100%，并且零序电流的变化大，更有利于区分故障线路和非故障线路。现场调试的录波图如图5所示。

从调试录波图可以看出，并联中电阻投入过程中，中性点电压下降，故障线路和非故障线路电流特征差异明显。并联中电阻的投入在1 s内完成，满足技术要求，中性点电压降低过程无冲击现象，装置选线正确。

5 结论

从现场试验和当前运行状态可以看出，小电流接地方式系统采用并联中电阻的选线方式，既保持了电阻接地可以正确选线的优点，又可以减少接地点的残流，限制了弧光接地过电压，合理补偿电容电流，确保系统单相接地之后带故障运行2 h以上。这种并联中电阻选线方式综合了谐振接地和电阻接地两种接地方式的优点，成本低、效果显著，对提高电力系统供电可靠性、提高供电电能质量，具有很好的参考价值和推广、应用价值。

参考文献

[1]李吉旭.小电流接地故障选线方法与定位关键技术研究[D].沈阳：东北大学信息科学与工程学院，2011.

[2]刘连鑫.基于DSP2812小电流接地系统选线装置的设计研究[D].大庆：大庆石油学院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小电流接地系统单相接地故障选线和测距的研究[J].继电器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龙华.零序电流有功分量方向接地选线保护原理[J].电网技术，1999，23（09）：60-62.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：以变电站统计的低压配网发生单相接地故障的数据为研究背景，分析单相接地时电流和电压的变化以及当前站内接地装置的选线方式，从而解析小电流接地故障选线率偏低的原因。同时，在停电改造期间对选线方式进行改进，将原有的补偿方式改为采用并联中电阻进行选线，通过模拟故障试验，与实际运行的接地选线正确性进行对比、分析，得出相关结论。

关键词：小电流接地方式；消弧线圈；单相接地故障；中电阻

中图分类号：TM862+.3 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）20-0029-02

1 传统选线存在的问题

目前，我国低压配网系统大部分都采用小电流接地方式，而单相接地故障是小电流接地方式最为常见的一种故障。但是，随着对配网供电可靠性的重视，供电质量要求不断提高，小电流接地故障的正确定位和合理的选线方式成为供电可靠性的关键因素。国内各种小电流选线装置所采用的原理一般都是利用单相接地发生故障时线路零序电流的异常增大，通过采集各条线路上零序电流的基波或高次谐波分量，对比电流特征量的变化来进行选线的。这种选线原理在系统线路结构复杂、对地电容电流差异较大以及测量装置精度误差和相移等因素的影响下，选线效果并不理想。

当系统经消弧线圈接地后，由于消弧线圈的补偿作用，故障线路的零序电流趋近于零，与非故障线路的电流特征无明显差异，导致这些依据传统选线理论的装置失去了基本的选线条件，选线结果呈现非常不正确的状况。以河源供电局为例，截至9月，2014年度共发生在投入接地选线装置变电站10 kV线路上91条次，与SCADA系统历史接地告警信息进行对比，接地选线系统正确作出接地告警判断的情况占75.82%，发出接地告警并选择出一条或多条线路接地的情况占40.66%，发出告警信号且仅选对接地线路的情况占29.67%. 对全局的110 kV变电站进行统计，由于中性点安装了消弧线圈系统，传统选线装置的正确率都比较低，基本上处于闲置状态，因此，如何解决消弧线圈系统的选线问题是一个亟待解决的难题。

2 单相接地故障选线方法的原理

要进行小电流接地系统单相接地故障的正确选线和正确定位分析，首先要明白其工作原理和故障特性，其系统原理如图1所示。

从系统原理图可以看出，该控制装置为“一控二模式”，消弧线圈控制器根据分段开关的变换，通过可调开关的控制，调节消弧线圈的电抗大小，达到补偿效果。当10 kV线路发生单相接地时，通过母线电压TV1、TV2开口三角电压的变化，1TV、2TV零序电压和1TA、2TA零序电流的大小来选择补偿容量，根据馈线穿心CT流过的容性电流来选择故障线路的条件。在中性点不接地系统中，故障线路上的零序电流为各条非故障线路的电容电流之和，出线越多，电缆和架空线路越长，故障线路的电容电流就越大。如果电容电流过大，故障点电弧不易熄灭，中性点必须采用经消弧线圈接地方式。单相接地故障的电流分布如图2所示。

从图2可以看出，当线路N发生A相接地故障时，非故障相流过穿心CT的电流为：

很明显，故障相流过穿心CT各条馈线的电容电流之和不为零，即：

消弧系统就是通过采集每条馈线的穿心CT电流，根据比较非故障相和故障相穿心CT电流的大小来选择故障相的。但是这种选线方式没有外加条件，当系统中可能存在馈线的线路比较长时，电容电流会大于其他所有线路的电容电流之和，这样就会出现拒动；同时，线路的长短、系统的运行方式、过渡电阻的大小都会影响到选线方式，从而很容易出现误选、漏选现象。

从图1所示的系统原理图可看出，通过在消弧线圈两端并联中电阻，中电阻的投入通过永久接地故障时延时1 s投入。并联中电阻选线的基本原理是通过对并联电阻的投退控制，短时且有限地增加零序电流的有功分量，使得故障线路与非故障线路上的零序电流出现明显的特征差异，然后通过独特的计算方法，准确识别故障线路，达到选线的目的。经过理论和大量实践的验证，这种选线方法正确率极高，同时可以抑制中性点电压，无需正确判断零序CT的极性，具有很高的实用价值。

3 并联电阻选线

装设消弧线圈后的单相接地选线问题一直是困扰企业工作人员的一大难题。传统的选线装置普遍存在误选、漏选现象，传统选线原理的局限性在此得到了充分的体现。无论采用的是首半波法、五次谐波法，还是注入法，都存在选线信号采样困难、判据不明显等缺陷，所以有必要对选线原理进行重新分析，找出一种全新的选线原理。为此，采用投并联中电阻的方式，使接地点产生一个阻性分量电流，再将这个阻性分量电流作为选线的依据。根据图1所示的中电阻选线系统原理图，在发生单相接地时的等值零序电路如图3所示。

图3中，C为系统对地电容，U0为接地点的零序电压。单相接地一定时间后，1K闭合投入接地电阻ZR，发挥故障的选线功能。故障点电流矢量如图4所示。从矢量图可以看出：

当单相接地时，流过穿心CT的零序电流比传统的未采用中电阻选线要大很多，更加突出故障线路与其他线路的区别。由于中电阻只是在有故障时投入，并且快速返回，所以相比传统的选线方式，该种接线方式具有以下优点：①响应速度快，响应时间小于10 ms；②没有过电压，投入电阻只会降低系统的过电压；③故障回路零序电流变化大，非故障回路变化小；④投入电阻的时间可以控制，一般为0.5～1 s。

4 现场验证

2013-06，在110 kV新投运义合站和思源电气共同协作下，验证了并联中电阻选线的正确率，分别进行了金属接地，100 Ω、200 Ω、500 Ω高阻接地对线路6进行试验，同时选择传统选线选择的线路零序电流和并联电阻选线选择的线路零序电流进行对比。

现场试验模拟705开关线路（义合北线）单相接地故障。结果显示，选线结果全部正确。试验数据见表1.

从表格1可以看出，投入中电阻选线方式的动作正确率达到100%，并且零序电流的变化大，更有利于区分故障线路和非故障线路。现场调试的录波图如图5所示。

从调试录波图可以看出，并联中电阻投入过程中，中性点电压下降，故障线路和非故障线路电流特征差异明显。并联中电阻的投入在1 s内完成，满足技术要求，中性点电压降低过程无冲击现象，装置选线正确。

5 结论

从现场试验和当前运行状态可以看出，小电流接地方式系统采用并联中电阻的选线方式，既保持了电阻接地可以正确选线的优点，又可以减少接地点的残流，限制了弧光接地过电压，合理补偿电容电流，确保系统单相接地之后带故障运行2 h以上。这种并联中电阻选线方式综合了谐振接地和电阻接地两种接地方式的优点，成本低、效果显著，对提高电力系统供电可靠性、提高供电电能质量，具有很好的参考价值和推广、应用价值。

参考文献

[1]李吉旭.小电流接地故障选线方法与定位关键技术研究[D].沈阳：东北大学信息科学与工程学院，2011.

[2]刘连鑫.基于DSP2812小电流接地系统选线装置的设计研究[D].大庆：大庆石油学院，2008.

[3]肖白，束洪春，高峰，等.小电流接地系统单相接地故障选线和测距的研究[J].继电器，2006，29（04）：16-20.

[4]牟龙华.零序电流有功分量方向接地选线保护原理[J].电网技术，1999，23（09）：60-62.

〔编辑：刘晓芳〕