小电流接地故障选线技术及其验证试验分析

林余杰 胡朋杰 胡 茜

（国网浙江乐清市供电公司运维检修部，浙江 乐清 325600）

技术的更新使得不同类型的选线技术层出不穷，但是由于我国目前在选线装置的具体使用方面具有不足之处，加之缺乏具有综合性能的验证及对比试验，导致我国在小电流接地故障的选线方面仍然存在总体效果并不乐观的问题。主要原因体现为：不同生产厂家的选线装置具有不同否认原理和性能，即使是厂家相同，其在各个应用场合的装置在性能方面也存在一定的差异性。由于缺乏统一的标准，导致选择时出现了盲目性，选线效果难以达到预期要求。

1 科学进行小电流接地故障选线的主要技术

1.1 传统模式下的选线技术

1）根据谐波法进行选线。故障线路谐波产生的零序电流相比较无故障线路而言具有方向相反和幅值较大的特征，同时，可对不同线路不同次数的谐波电流采用平方求和的方式后比较幅值，区分故障线路能够有效提升选线的灵敏度。

2）根据工频产生的零序电流进行选线。对于中性点未实现接地模式的系统出现单相模式的接地故障，故障线路中的工频产生的零序电流具有大于健全线路的幅值；故障线路与健全线路相比，其具有最大的有功分量，同时，方向相反，可根据上述原理等选择线路[1]。

1.2 行波选线技术

由于单相产生的接地故障会存在线模分量以及零模分量的电流、电压行波，健全线路中产生的初始性电流行波是故障行波产生的折射行波，而故障线路产生的初始性电流行波除了故障行波之外，还包括其产生的反射行波，当系统存在的出线≥3条时，无论是零模或者是线模行波，故障线路产生的初始性电流行波的幅值情况均大于健全线路，同时具有相反的极性，根据上述原理可进行选线[2]。

1.3 注入电流选线技术

1）采用中电阻方式的原理。采用中电阻方式从本质上来说，其和残流增量模式的选线法具有一致性。采用中电阻方式的原理：利用开关在消弧线圈侧边并联电阻1个，当瞬时性接地故障发生时，不投入使用电阻。当永久性接地故障发生时，则在延时后将开关闭合并进行电阻投入。通过这样的方式，可根据有功电流只会在故障线路中流过进行选线。但是应该注意，如果接地故障为金属性，其故障线路中的零序电流发生变化。在故障点具有过渡电阻时，所有出线产生的零序电流都会发生变化，其中以故障线路发生的变化最为明显[3-4]。

2）小扰动方式。在接地时小范围以及短时更改失谐度（消弧线圈），当工频的谐振点呈现出非对称时，故障线路中的失谐度和零序电流之间实现约束关系，健全线路恰好相反，故障线路是零序电流发生最大变化的线路。

1.4 暂态选线技术

1）根据零序暂态的电压电流进行选线。比较零序电流产生的幅值，故障线路产生的暂态电流的幅值相比较健全线路而言更大些；根据功率方向进行选线：暂态功率在健全线路中，呈现母线流往线路的流向，故障线路的流向则恰好相反；比较零序电流具备的极性，故障线路和健全线路各自产生的暂态电流具有相反极性，故障线路与其他的出线具有反极性，若全部出线显示同极性，则说明母线产生了接地故障。

2）故障线路中产生的零序能量具有最大函数幅值，同时具有与健全线路呈相反模式的极性，因此，可以根据该原理进行选线。

2 小电流接地故障选线技术的验证试验的操作过程及结果分析

2.1 试验操作过程

选择变电站中的一条 10kV出线开展人工接地的科学试验，对其在接地故障情况下（单相）选线的准确性进行验证。在线路的末端处设定接地点，接地相选择 C相。本试验包括国内10个选线装置厂家，共有项目5个，具体包括有单相模式下的金属性、高阻、水阻、弧光、经草地等5个接地方式，接线操作如图1所示。

本试验形成的接地故障有效次数为 12次，其中，金属性有5次、弧光有3次、水阻和草地方式分别有 2次。其中，5kΩ的单相高阻因故障电阻较大，未生成较有效的接地故障，未启动任何选线和监测绝缘装置。其中，各种故障的代表性电气量情况见表1。

图1 接线操作示意

表1 各种故障的代表性电气量情况

上述所有具有有效性的接地故障中，基本模拟了全部电流电压信号在正常状态下的条件，只有两次金属性故障进行了零序电压相关信号极性的反接场景模拟。为验证不同选线装置于不同环境下性能的情况，特将所有具有有效性否认接地故障的实验全部实施评价。

2.2 对试验结果的分析

采用字母A-J代表本实验选择的10个选线装置厂家各自的选线装置。通过测试，每次测试所得结果详见表 2。下表中不准确代表选线结果不全部正确，但包括正确结果；“—”代表装置为统计或未参与试验；标有“※”的故障表示非理想化的状态。

表2 有效接地故障试验选线结果情况

（续）

选择表2中的第9、10两组接地故障作为代表，在本试验中呈现出的波形情况为图2所示。其中，I1、I3及 I4：正常线路产生的零序电流，I2：故障线路产生的零序电流；因D装置及其他装置是按照2组接地故障方式（水阻）进行测试，故图2（a）表示：D装置选线过程中所注入电流信号，图2（b）表示：B装置产生的扰动信号以及H装置注入的电流信号情况。

图2 水阻接地故障的波形

总之，采用注入电流以及暂态方式有较好的选线效果，采用故障工频及谐波量方式的选线策略总体上的选线效果欠佳。根据上述结果分析其原因主要包括以下方面：①故障产生的零序电流具备的暂态分量相比较于稳态分量而言要大很多，由于能量大，即便是在电压过零过程中出现故障，也可形成相当于工频产生的零序电流大小的暂态电流量；②有功分量方式因故障点形成有功电流特别小，因此，极易受到各种影响；③通过注入电流的原理进行选线的可靠性会受到电流注入的幅值影响。

3 结论

综上所述，由于小电流在接地故障中具有很多种类的选线技术，其装置也较复杂，为有效提升电力系统供电的安全性和可靠性，做好小电流接地故障的选线工作及其验证十分关键。我国现阶段主要以暂态和注入电流方式的选线技术具有较高的选线精度，可有效满足实际应用需求。在实际工作中，会对小电流接地故障选线效果以及装置性能产生影响的因素比较多，除选线标准之外，还有现场安装、装置设计以及维护等诸多影响因素。因此，相关单位还应做好其他影响因素的控制盒管理工作，进而促使选线装置技术充分发挥作用。

[1] 陈少华, 尹胜兰, 莫哲. 基于免疫 RBF网络改进小波分析的小电流接地故障选线[J]. 电力系统保护与控制, 2012, 40(3): 46-50.

[2] 赵俊蕾. 基于信息融合技术的小电流接地故障选线技术应用[J]. 河北工程技术高等专科学校学报,2012, 1(4): 19-21.

[3] 戴栩生, 黄纯, 叶倩, 等. 基于暂态相关性分析的小电流接地故障选线方法[J]. 中国电力, 2015, 48(1):81-86, 141.

[4] 吴乐鹏, 黄纯, 林达斌, 等. 基于暂态小波能量的小电流接地故障选线新方法[J]. 电力自动化设备,2013, 33(5): 70-75.