小電流接地選線裝置應(yīng)用現(xiàn)狀探討

萬(wàn)正道

摘 要：在供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，使用小電流接地選線裝置不會(huì)改變系統(tǒng)原來(lái)的電壓對(duì)稱性，同時(shí)故障電流的大小不足以對(duì)供電設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害。目前，小電流選線裝置由于選線判斷依據(jù)單一，已很難適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展變化的要求。因此，進(jìn)一步挖掘小電流接地選線裝置的應(yīng)用方法非常必要。基于此，本文對(duì)影響小電流接地選線裝置應(yīng)用的主要因素予以分析，并對(duì)小電流接地選線裝置的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，希望能對(duì)我國(guó)小電流接地選線裝置的發(fā)展和應(yīng)用提供有益參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：小電流；接地選線；應(yīng)用現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）23-0158-01

我國(guó)對(duì)小電流選線裝置的研制比較晚，但進(jìn)展較快，從上世紀(jì)80年代的剛剛起步，到90年代在全國(guó)電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，足以說(shuō)明我國(guó)小電流接地選線技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展之快。但是因?yàn)檫x線的判斷依據(jù)較為單一，在實(shí)際選線過(guò)程中還存在選線準(zhǔn)確率不高等問(wèn)題，因此，研究和開(kāi)發(fā)小電流接地選線技術(shù)，具有非常重要的意義。

1 小電流接地選線裝置的工作原理

1.1 穩(wěn)態(tài)分量法

根據(jù)判定依據(jù)的不同，穩(wěn)態(tài)分量法分為三種不同類型，以下分別進(jìn)行介紹：

（1）零序電流比幅法。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)單相接地故障，流經(jīng)故障線路的零序電流一定等于其他正常線路的對(duì)地電容電流之和，因此，零序電流幅值最大的那條線路就是故障線路，根據(jù)這一點(diǎn)，只要對(duì)不同線路的零序電流幅值進(jìn)行比較，就能判斷故障線路所在。

（2）零序電流相對(duì)相位法。通過(guò)對(duì)單相接地電容電流的相量分析，可知流經(jīng)故障線路的零序電流方向和其他正常線路正好相反，其中，故障線路上的零序電流是從線路流向母線，而正常線路上的零序電流是從母線流向線路，據(jù)此能夠判斷哪一條是故障線路。

（3）群體比幅比相法。在實(shí)際選線過(guò)程中，由于各方面因素的影響，僅僅采用一種方法很難保證選線的正確性，因此需要靈活運(yùn)用多種方法進(jìn)行綜合判定。群體比幅比相法就是基于這種思路而提出的綜合性選線方法，其首先需要比較各線路零序電流的大小，并確定幾條比較大的線路作為備選，再對(duì)電流相位進(jìn)行比較，其中零序電流方向有別于其他線路的就是故障線路。

1.2 諧波分量法

在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，如果在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)下出現(xiàn)單相接地故障，則實(shí)際接地電流要大大小于補(bǔ)償之前的電流，同時(shí)流經(jīng)故障線路的零序電流方向與其他正常線路一致，且大小相差無(wú)幾，此時(shí)，就不能使用傳統(tǒng)的比幅比相法了，但依然可以利用電流中包含的高次諧波進(jìn)行選線，具體原理如下：

此類系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，受故障點(diǎn)、線路設(shè)備等因素帶來(lái)的非線性干擾，會(huì)在故障線路的零序電流中產(chǎn)生一些諧波信號(hào)，并且分量數(shù)值最大的當(dāng)屬5次諧波。研究發(fā)現(xiàn)，流經(jīng)故障線路首端的5次諧波零序電流是其他正常線路的5次諧波零序電流之和，而方向則與正常線路相反，因此，通過(guò)分析5次諧波電容電流的大小和方向，就能夠找出故障線路。見(jiàn)圖1。

2 小電流接地選線裝置應(yīng)用中的主要影響因素

2.1 故障電流太小

小電流接地選線中需要提取的零序電流是一種電容電流，其數(shù)值通常很小，檢測(cè)難度非常大，特別是經(jīng)過(guò)消弧線圈的補(bǔ)償作用后，還會(huì)變得更小。實(shí)踐表明，采用諧波分量法時(shí)需要檢測(cè)的5次諧波電容電流通常還不到一般零序電流的二十分之一。

2.2 不平衡電流的影響

一方面，小電流系統(tǒng)本身負(fù)荷電流的不平衡，會(huì)導(dǎo)致零序電流與諧波電流偏大，在部分小型系統(tǒng)中，甚至有可能出現(xiàn)非接地回路零序電流大于接地回路零序電流的情況。另一方面，在實(shí)際選線中，通常利用零序電流互感器獲得零序電流，或者采用零序電流濾過(guò)器，而在變壓器一次電流較小時(shí)，前者實(shí)際測(cè)得的變比誤差往往高達(dá)20%以上，角誤差也在10°以上；而采用后者產(chǎn)生的誤差比前者更高。

2.3 零序電流不確定

小電流系統(tǒng)本身具有多變的特點(diǎn)，一旦運(yùn)行參數(shù)發(fā)生改變，與之相關(guān)的電容電流及諧波電流也會(huì)隨之改變。除此之外，在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，母線電壓、負(fù)荷電流均在不停的變化當(dāng)中，且接地電阻也是因地而異，以上因素的不穩(wěn)定，均會(huì)導(dǎo)致零序電流的不確定。

2.4 電容電流波形不穩(wěn)定

在單相接地故障中，有很大一部分屬于不穩(wěn)定的弧光接地，這種接地產(chǎn)生的電容電流是間歇性的，其波形總是在不停地變化，再加上電容電流本身較小，很容易被各種干擾所淹沒(méi)，導(dǎo)致裝置測(cè)得的相位很可能是錯(cuò)誤的，并由此導(dǎo)致誤判。在實(shí)際選線中，由于零序電流互感器的測(cè)量精度達(dá)不到要求，很難保證選線的正確性。因此，現(xiàn)有選線技術(shù)在原理上就存在一定缺陷，如果再考慮硬件方面的影響，就更難保證選線的準(zhǔn)確率了。

3 小電流接地選線裝置的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能型比幅比相法

傳統(tǒng)比幅比相法由于干擾因素多、信號(hào)提取困難，實(shí)際應(yīng)用范圍有限，而智能型比幅比相法利用巴特沃斯數(shù)字低通濾波器對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行處理，可以獲得相對(duì)可靠的信號(hào)成分，從而大大增加了選線的正確率。采用智能型比幅比相法進(jìn)行選線時(shí)，故障線路零序電流要比零序電壓的相位滯后90度，且和非故障線路零序電流的相位相反，如果發(fā)現(xiàn)各線路零序電流的相位一致，可判定故障發(fā)生在母線上。

3.2 諧波選線法

該選線方法通過(guò)比較各線路零序電流諧波分量的相位，來(lái)判斷故障線路所在。采用諧波選線法時(shí)，故障線路零序電流諧波分量的相位與非故障線路相反，如果發(fā)現(xiàn)各線路相位一致，說(shuō)明故障在母線上。該選線法通過(guò)先進(jìn)的數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可獲取高能量頻段的諧波信號(hào)，有效防止了因諧波頻帶過(guò)窄而引發(fā)的誤差，進(jìn)而提高了選線正確性。

3.3 有效域技術(shù)

針對(duì)不相同的故障信號(hào)，各種選線方法都有一定的運(yùn)用范圍。只有依據(jù)具體情況選擇合適的選線方法才能得出正確的結(jié)果，假如選用的方法并不符合條件，就會(huì)大大降低選線的成功率。通常情況下，將某種選線方法可以實(shí)現(xiàn)可靠選線的條件作為這一選線方法的充分條件，如果故障區(qū)域具備這些充分條件，就將其認(rèn)定為這一方法的有效域。在選線裝置中，可為不同選線方法設(shè)定不同的有效域，只要故障位于有效域之內(nèi)，就不會(huì)發(fā)生選線錯(cuò)誤的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，小電流接地選線是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，采用單一選線判據(jù)很難得出正確的選線結(jié)果。因此，應(yīng)當(dāng)大力研究綜合智能型選線裝置，實(shí)現(xiàn)不同判據(jù)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，更好地應(yīng)對(duì)當(dāng)前接地故障類型復(fù)雜、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式繁多的新形勢(shì)，大幅提升選線的準(zhǔn)確性和技術(shù)水平。

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