小電流接地系統接地故障選線方法

張敏 張維 王煥文 譚衛斌

（珠海許繼電氣有限公司 廣東省珠海市 519000）

我國電網接地方式包含中性點不接地、經高阻接地等方法，但在運行過程中，其存在相關的系統故障。單向接地故障發生頻率較高，且對絕緣要求較高，因此對故障選線判定為故障位置，并處理故障非常重要。我國6～66kV中低壓配電網，其大多數均采用小電流接地系統。此種系統發生故障頻率約為80%左右，在發生故障時，檢測人員需要根據小電流接電系統的故障特性進行排查。找出故障線路，并對故障線路進行處理。電配電網在發生接地故障時，故障電流較小，且整個故障電流與較多的負載電流以及其他因素干擾，導致整個故障特征不明顯。因此，學者對于選線問題進行大量研究，并提出各種改進方法。我國與以往相比，現有的故障改進方法已經實現有效改良。因此，在本文的研究中，可以通過更有效的方法分析小電流接地系統的工作特性，并分析各種故障處理方法的優勢。

1 小電流接地系統基本概述

根據小電流接地系統（Low current grounding system）基本概述進行分析，小電流接地系統其泛指中性點不接地或通過消弧線圈以及高阻抗接地三相系統[1]。因此，小電流接地系統當某一項發生接地故障時，其不能構成短路回路。接地故障電流比負載電流較小，此處系統被稱之為小電流接地系統[2]。

小電流接地系統在使用中，其故障現象較多。就主要原因分析，小電流會出現母線電壓不平衡現象，導致母線電壓不平衡的原因很多，因此其處理方法因故障而異[3]。

例如，母線電壓互感器。電壓內部互感器一相電壓為0，而另外兩線電壓正常，這就會導致10kV母線三相電壓出現熔絲熔斷的現象。因此，可以更換二次熔絲，確保整個電壓正常。此外，如母線電壓互感器一項一次熔絲熔斷，從電壓表反映出一線電壓大幅度降低，其他兩線電壓有不同程度降低。因此，可以進行添加電壓互感檢查，如母線電壓為6.7kV、5.2kV、2.5kV，在熔絲更換后，觀察電壓是否恢復正常。

2 單相接地系統的故障特征

2.1 穩態特征信號分析

對于整個接地系統而言，其中性點不直接接地系統在運行過程中，如突發接地故障且接地故障暫未有效處理時，整個系統將會伴隨連續電壓產生連續電流。因此，其所有非故障線路上的元件，對于整個電容電流之和，在數值上可以等于故障限流的連續電流[4]。這就意味著故障電流從電流方向流向電路流向，與母線非故障線路相反。因此，為了減少故障點的故障，電流可以在后續改進過程中，在中心點處接入消弧線圈，疊加相關的感應相反感性電流，且由于消弧線圈補償作用，所疊加的感性電流在數值上可以大于故障電流。使整個故障電流的方法與非故障電流相同。

2.2 暫態特征信號分析

在配電網運行過程中，如配電網發生故障，且所產生的故障電流包含障礙成分較多，因此可以將其看作為暫態特征信號[5]。在目前的改良過程中，全網絡的暫態電流經分析，相當于兩個電流容量之和，且整個放電電流由母線流向故障點，可以根據故障線路的電壓降低而產生。因此，充電電流通過電源形成回路，且在電壓接近最大等值時，電流電容遠大于整個電感電容。針對于消弧線圈補償作用，則可以忽略不計。因此，其可以認定為中性點不接地系統以及經消無限接地系統。將二者進行分析，可以得知針對于接地系統的故障而言，二者的故障暫態特性具有一定的相似性。因此，可以利用暫態特征，將其看作為選線的基本依據，使其具有重要的價值含義[6]。

3 小電流接地系統故障選線方法探究

3.1 穩態分量選線方法

3.1.1 零序電流比幅法

根據整個連續電流而言，其比副法的特性便是將零序電流以系統故障的穩定特征來進行選線。例如，根據系統的穩態特性，將母線處完成連續電流幅值大小的比例測量。根據整個幅值的最大線路，完成故障線路。選擇此種方法，雖然具有一定的可行性，但其幅值差距不大。當線路在運行過程中，如整體出現運行故障時或母線出現運行故障時，便會很容易出現選線失敗的問題。此外，其整體線路包含復雜因素影響，例如系統運行方式等，因此在整個電流中，其不適用于此系統。但零序電流比幅法適用于小電流不接地系統，適用范圍較小，修復精度良好[7]。

3.1.2 零序電流相位法

對于配電網而言，當配電網在運行過程中發生接地故障時，需要就故障產生的位置、方向等進行判斷。在利用故障穩態特征中，可以選擇各條出線的零序電流作為故障線路進行分析。并將其整體作為連續電流方向，根據連續電流方向的不同線路從過阻線路開始檢查。當整個線路較短且連續線路較小時，便很容易產生“時針效應”，導致零序電流方向判斷出現錯誤。此外，對于系統的運行方式定制或平衡以及過渡電阻等，亦會對整個故障線路產生一定模式的干擾。因此，基于消弧線圈的補償作用，可以有效改良整個工程項目的方向[8]。

3.1.3 群體比幅比相法

該方法是零序電流相位法以及零序電流比幅法二者結合的檢驗方法，群體比幅比相法可以選擇各條適合線路的零序電流，并遵循整個電流的幅值，選出三條以上的幅值。并對其整體進行比較。針對于整個方位以及其他線路而言，相反的即為故障線路，但若所有方向線路都相同，則可以判定為母線故障。這種方法很容易受過度電阻的大小以及CT不平衡等因素影響，且存在盲點以及死區之間的困擾。因此，其作為前兩種方法的結合，可以適用于不接地系統[9]。

3.1.4 有功分量法

根據整個電網而言，電網中的各條線路可以完成電網消阻線圈的并聯解決。且在電阻發生故障時，會產生一定的有功電流，且無法被消耗電圈補償。就連續電壓而言，連續電壓作為參考量，將其有功分量取出，隨后利用故障線路以及連續電流的有功分量相比，其可以根據非故障線路方向，來完成返線。此方法雖然不受消弧線圈的限制，但其就現有電流中有功分量成分較少，因此降低了檢測的靈敏度。在檢測過程中，受接地電阻以及電流互感器的不平衡影響[10]。

3.1.5 五次諧波法

關于整個配電網的運行特性進行分析，配電網在運行時如發生故障且故障暫時未修復時，諧波成分便是產生故障的主要因素。且根據整個諧波的種類進行分析，主要為五次諧波。經研究證實，消弧線圈對于五次諧波的補償，是整個諧波的1/25。因此，可以忽略于五次諧波所帶來的額外補償。對于五次諧波的補償，根據現場的實際運行效果，完成選擇確定。當整個接地電阻較大時，其諧波的分量就會較小，不容易檢測，很容易受電弧不平衡影響。

3.1.6 零序導納法

在電網運行過程中，如突然發生線路故障，除以上解決方法外，亦需要考慮使用零序導納法。通過零序導納法，可以在電網中增加一個不對稱電源，且分析此電源的影響與電路系統的改變。根據此項特點，根據每條線路的方位以及相同的順序完成學習。只有故障線路的零序導納大小以及相位在非故障線路中，自身的使用特性才會被有效認定，其非故障線路導納散布在第一象限中。該方法靈敏度較高，具有極佳的準確度，但需要自動協調，且需要根據消弧線圈一起使用。因此，在間歇性瞬時故障時，其較為不足，降低了適用范圍以及選線的準確性。

3.1.7 S注入法

在產生接地故障時，可以通過顯示的PT系統，向完全不同的系統頻率輸入一定的特殊電流信號。通過接地電流進接地點后，流入接地點信號可以使用探測器，探測出各條線路，以尋找特殊信號，完成線路故障的選擇。根據整個機體故障而言，其可以通過大小地，形成回路。在信號探測后，可以在故障時形成通路。且該方法不受電路參數的影響，亦不受整個線路影響，顯著提升了各因素影響下的選線準確率。根據現有的電流信號而言，其整個接受的PT流量限制度不宜太高。在接地電阻較大時，其注入的信號會被電路上的電流分流，降低檢測靈敏度。因此，注入信號不在連續出現斷續現象，避免了不良影響。

4 系統故障選線方法原理分析

4.1 系統選線方法原理

目前，我國對于整個故障選線方法而言，其整體精準的判斷出整個過程、線路以及故障原因。因此，可以結合整個小電流接地系統故障選線方法，確保每種選線方法都具備自身的獨特優勢。根據整個研究，可以將已有的幾種方法進行綜合應用，結合數學工具以及手段，來精準的完成學習、處理并解決相關故障。因此，進行故障選擇的途徑，分為直接法以及間接法。直接法可以利用故障信號的特性進行選擇，而間接法則通過手動輸入其他信號來完成檢測。

4.2 小波分析理論在整個故障選線中的應用分析

4.2.1 小波分析理論的基本概述

根據整個小波分析理論而言，其作為一種經典的時頻轉換方法，可以監控整個視頻率的信號特性。并在此基礎上，根據小波變換的頻率可以彌補自身的不足。小波變換提供了可隨頻率變化的窗口，并根據小波變換，完成信號分解，形成一系列效果。利用整個時域以及頻率的信息特征，完整轉換。

4.2.2 小波理論的故障選線方法

在進行故障線路選擇中，利用小波理論，可以完成故障的有效選擇。根據整個電波、電力，分析特點后得知自身的暫態狀態可以由暫態電流、電容決定。因此，利用小波變換，將含有噪聲的信號進行分解，并對各頻段中的線路連續電流信號，經小波變換后進行模擬值比較。對整個成分復雜的故障暫態電流進行分析，以進一步得出可靠選線。例如，進行小波函數選取。在小波函數選取中，突出第一小波基礎函數。此外，進行頻率選擇。在選擇中，通過小波db10超采樣采樣時間以及采樣頻率，根據實際情況進行判斷。

5 結束語

綜上所述，在小電流接地系統故障選擇中，本文將分析各種選線方法的原理以及優缺點，得出以下結論。

通過整個零序電流比幅以及比相法，簡單易行，但其整體不能用于接地系統，且很容易受過度電阻以及CT不平衡影響。而有功分量法、五次諧波法以及S注入法，均可以適用于接地諧波系統，因此可以得到良好的選線方案。而小波分析法以及綜合法，在理論上具有較高的表現準確性，但缺乏實際應用特效。因此，必須進行選線準確率方法的應用，以保障能夠根據實際應用方法進行分析。

此外，在研究相關過程后，可以根據動態測量特征量的特點，保證小波分析理論不僅在理論上能夠具有極高的應用特性，在實踐上也能夠發揮良好效應。利用小波理論的優勢，實現精準判斷。根據諧波的實際應用情況出發，完成我國配電網的有效優化。有針對性的應用國外優秀的科技技術，完成選線系統的結合以及檢測。