小電流單相接地故障檢測及判斷

1. 引言
    小電流接地系統(tǒng)(NUGS)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的供用電系統(tǒng)，66kV, 35kV,6kV, 3kV和部分380V系統(tǒng)均為NUGS，接地方式多為不接地系統(tǒng)(NUS)或消弧線圈接地系統(tǒng)(NES)，近年也出現(xiàn)了電阻接地方式(NRS)。因NUGS中單相接地電流很小，但是，長時間的接地運行，極易形成兩相接地短路，弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，保護或選線難度很大。為此，生產(chǎn)實踐中希望盡快準確地選出故障線路并及時將之切除。國內(nèi)自1958年以來從第一臺小電流接地故障選線裝置研制成功到現(xiàn)在，電網(wǎng)單相接地故障選線問題的研究已經(jīng)走過了幾十年的歷程，但現(xiàn)場運行的結(jié)果表明，裝置的選線效果并不理想，平均80%的選線裝置因為選線效果不佳退出了運行。

2．各種選線原理分析：

    ①穩(wěn)態(tài)分量法。穩(wěn)態(tài)分量法又分為零序電流比幅法，零序電流相對相位法，以及群體比幅比相法。零序電流比幅法利用的是流過故障元件的零序電流在數(shù)值上等于所有非故障元件的對地電容電流之和，即故障線路上的零序電流最大，所以只要通過比較零序電流幅值大小就可以找出故障線路。但這種方法不能排除TA不平衡的影響，受線路長短、系統(tǒng)運行方式及過渡電阻大小的影響，且系統(tǒng)中可能存在某條線路的電容電流大于其它所有線路電容電流之和的情況，裝置易發(fā)生誤動，不適用于經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)。

    零序電流相對相位法是利用故障線路零序電流與非故障線路零序電流流動方向相反的特點，分別從線路流向母線或由母線流向線路，就可以找出故障線路。但這種方法在線路較短，零序電壓、零序電流值較小時，相位判斷困難，不能適用于諧振接地時完全補償、過補償運行方式。
   
    群體比幅比相法是綜合利用零序電流比幅法和零序電流相對相位法，先進行零序電流比較，選出幾個較大的作為侯選，然后在此基礎(chǔ)上進行相位比較，選出方向與其它不同的，即為故障線路。該方法在一定程度上解決了前兩種方法存在的問題，但同樣不能排除TA不平衡及過渡電阻大小的影響，以及相位判斷的死區(qū)，仍不適用于經(jīng)消弧線圈接地的小電流系統(tǒng)。

    ②諧波分量法。諧波分量法分為5次諧波大小和方向，各次諧波平方和等方法。

    5次諧波大小和方向法，當(dāng)單相接地故障時，由于故障點、線路設(shè)備的非線性影響，在故障電流中存在著諧波信號，其中以5次諧波為主。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的消弧線圈是按照基波計算的，消弧線圈相當(dāng)于處于開路狀態(tài)�？珊雎韵�弧線圈對5次諧波產(chǎn)生的補償效果。再利用5次諧波電容電流的群體比幅比相法，就可以解決經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選線問題。但故障電流中5次諧波含量較小(小于故障電流10%)，且受TA不平衡電流和過渡電阻的影響，選線的準確度也不是很穩(wěn)定。

    各次諧波平方和方法是將3、5、7等諧波分量求和，再根據(jù)諧波理論進行選線。雖然能在一定程度上克服單次諧波信號小的缺點，但不能從根本上解決問題。

    ③利用接地故障暫態(tài)過程的選線法(即暫態(tài)分量法)。暫態(tài)分量法可分為首半波法和基于小波分析法。

    首半波法是基于接地發(fā)生在相電壓接近最大瞬間這一假設(shè)，此時故障相電容電荷通過故障相線路向故障點放電，故障線路分布電容和分布電感具有衰減特性，該電流不經(jīng)過消弧線圈，所以暫態(tài)電感電流的最大值相應(yīng)于接地故障發(fā)生在相電壓經(jīng)過零瞬間，而故障發(fā)生在相電壓接近于最大值瞬間時，暫態(tài)電感電流為零。此時的暫態(tài)電容電流比電感電流大得多。利用故障線路暫態(tài)零序電流和電壓首半波的幅值和方向均與正常情況不同的特點，即可實現(xiàn)選線。但這種方法存在前提條件是故障需發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間，不利于在具體工程中實施。

    基于小波分析法是利用小波分析可對信號進行精確分析，特別是對暫態(tài)突變信號和微弱信號的變化比較敏感，能可靠地提取出故障特征。小波變換是把一個信號分析成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對暫態(tài)零序電流的特征分量進行小波變換后，易看出故障線路上暫態(tài)零序電流特征分量的幅值包絡(luò)線高于非故障線路，且其特征分量的相位也與非故障線路相反，這樣就構(gòu)造出利用暫態(tài)信號進行接地選線的判據(jù)。但電力系統(tǒng)的實際運行是復(fù)雜多變的，需綜合分析母線零序電壓和各出線零序電流的小波變換參數(shù)，才有助于對故障線路的準確選線判斷。

    ④接地選線和消弧線圈自動補償一體化的選線方法。

    ⑤為降低單相接地電容電流過大造成的各種危害，在配電網(wǎng)的中性點裝設(shè)消弧線圈，消弧線圈的電感電流補償了單相接地電容電流，卻使以群體比幅比相法的接地選線裝置喪失了選線作用。近幾年，雖然有針對中性點消弧線圈接地而發(fā)展的選線裝置，但由于采集單相接地信號很困難，在實用中誤判率較高。采用微機控制和動態(tài)改變接地電感，可解決補償和選線的矛盾。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，微機控制器先根據(jù)檢測到的零序電壓和零序電流的大小及方向，確認為單相接地時，使消弧線圈感抗很大遠離全補償，感性電流很小，對單相接地電容電流影響很小，對選線沒有影響，待裝置確認了單相接地故障線路并記憶保存后，裝置再進行自動補償，使脫諧度不超過±5%。

3. 接地檢測的新判據(jù)

    當(dāng)系統(tǒng)所接線路較多、較長、或電纜較多時,系統(tǒng)對地電容電流較大(超過10A), 按規(guī)程規(guī)定應(yīng)裝設(shè)消弧線圈進行補償,使流過故障點的接地電流小于5A,減輕故障損失。由于消弧線圈的補償作用(一般為過補償),使接地線路的零序電流(為電感電流)與非故障線路的零序電流相位基本相同,超前零序電壓約90度,幅值也不一定比非故障線路的零