小電流接地系統(tǒng)接地選線技術(shù)綜述

張輝

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司寧東供電公司，寧夏 靈武 750411）

1 引言

我國中壓配電網(wǎng)（6～66 kV）普遍采用小電流接地方式，即中性點不接地（neutral ungrounded system，NUS）、中性點經(jīng)消弧線圈接地（neutral resonant grounded system，NES）、中性點經(jīng)電阻接（neutral resistor grounded system，NRS）。其優(yōu)點在于故障電流小、瞬時接地時開關(guān)不必立即跳閘、供電可靠性高，但對于永久性接地故障、絕緣損壞易發(fā)展兩點或多點接地故障，其中弧光接地會引起全系統(tǒng)過電壓損壞電力設(shè)備，為防止事故擴大故障線路必須迅速、準確選出并予以切除。根據(jù)選線原理劃分，選線方法主要有以下幾類：穩(wěn)態(tài)信息的故障選線方法、暫態(tài)信息的故障選線方法、信息融合的故障選線方法。以上選線方法實際效果并不理想，筆者對上述選線方法的優(yōu)缺點進行分析，并指出未來接地選線技術(shù)的研究方向。

2 小電流接地系統(tǒng)接地選線原理

2.1 穩(wěn)態(tài)故障選線方法

2.1.1 群體比幅比相法

文獻[1]提出系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，從饋線中選出3 個幅值較大的作為候選，在此基礎(chǔ)上進行相位比較，選出電流方向與其他線路相位相反的線路，該線路即為故障線路，否則為母線故障。針對NUS 系統(tǒng)，此法有效避免CT 等不平衡產(chǎn)生的相位誤差。但對于NES 系統(tǒng)，消弧線圈產(chǎn)生感性電流對故障點容性電流起補償作用，故障線路零序電流可能小于非故障線路，此法選線不能保證可靠性和正確性。

2.1.2 有功分量法

文獻[2]提出系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障線路零序有功電流為非故障線路和消弧線圈有功電流之和。針對NES系統(tǒng)，此法有效克服因故障線路零序電流受消弧線圈補償?shù)挠绊?，導致群體比幅比相法無法準確選線，缺點是故障電流有功分量小，易受CT 不平衡電流等因素的影響。文獻[3]提出消除不平衡電流的有功功率選線方法，計算出各支路實際的故障零序電流幅值和相位，還原了故障支路和非故障支路的有功分量差異，從而提高了選線的準確性。文獻[4]和[5]提出中性點經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻的接地方式，通過故障時中性點投入并聯(lián)電阻前后故障線路和非故障線路的零序電流有功增量形成判據(jù)，實現(xiàn)了永久性單相接地故障準確選線。

2.1.3 零序?qū)Ъ{法

文獻[6]和[7]提出，利用饋線出口處測得零序電流和母線零序電壓，將計算出的故障前和故障后對地導納作對比，即可確定故障線路。文獻[8]提出該方法的缺陷在于在諧振補償情況下（即v=0），故障線路測得的零序?qū)Ъ{很接近第一象限，易引起誤判，并且對于間接瞬時性接地故障幾乎失效。

2.1.4 5 次諧波法

文獻[9]提出消弧線圈的補償對5 次諧波補償很小，故障時故障線路的5 次諧波零序電流的幅值比非故障線路的都大且方向相反，因此利用5 次諧波幅值相位選線。但故障電流中5 次諧波含量小，檢測靈敏度低，加上負荷中諧波源的影響，造成選線效果不理想。針對負荷電流對于選線精度的影響，提出基于比較線路的故障相和非故障相的5 次諧波電流突變量以及本線路和相鄰線路的故障相的5 次諧波電流突變量的故障選線方法，克服了選線精度受電流互感器不平衡電流、系統(tǒng)本身諧波、過渡電阻等因素的影響。

文獻[10]針對5 次諧波電流較小提出基于5 次諧波能量與LM-Elman 的配電網(wǎng)單相故障選線方法，利用小波包對各線路零序電流的5 次諧波進行分解、重構(gòu)并進行能量計算，得出5 次諧波能量值；將能量值作為Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，采用LM 算法進行訓練與測試，結(jié)果表明此方法能夠準確地進行故障選線。

2.2 暫態(tài)故障選線方法

2.2.1 暫態(tài)零序能量

文獻[11]和文獻[12]提出利用故障后各饋線的零序電流和母線零序電壓構(gòu)成能量函數(shù)，根據(jù)能量函數(shù)的方向和幅值判別故障線路，此法不受負荷諧波源影響，對間歇性接地有效，但針對NUS 系統(tǒng)和高阻接地時算的能量值小，實際效果不理想。文獻[13]提出通過對比特征頻段下故障后一個周期內(nèi)首個1/4 周期和最后1/4 周期的相對能量大小，形成故障選線判據(jù)。仿真結(jié)果表明該方法充分利用了故障暫態(tài)信息，放大了故障暫態(tài)特征，避開了電流互感器飽和引起的間斷角對選線準確性的影響。針對相電壓過零點附近或者線路末端發(fā)生高阻接地故障時，由于其故障暫態(tài)分量小，暫態(tài)時間短，選線效果不理想的情況文獻[14]提出了一種新的基于暫態(tài)小波能量的小電流接地系統(tǒng)選線新方法。將各饋線暫態(tài)零序電流進行小波變換；再利用小波系數(shù)計算小波高頻能量和小波低頻能量，根據(jù)相電壓峰值附近故障和過零點附近故障時故障信號能量譜特征不同，通過比較小波高頻能量或小波低頻能量極大值進行選線。但基于小波能量的選線方法準確性受小波基選取影響較大。文獻[15]提出了基于相電流的能量與相關(guān)性的諧振接地系統(tǒng)選線方法以二維坐標的形式融合了能量法與相關(guān)性法的選線方法，該方法受故障電阻、故障合閘角、故障位置的影響較小，對不同故障情況均能較好地識別。

2.2.2 暫態(tài)零序相位法

文獻[16]提出饋線發(fā)生接地故障時，故障線路的暫態(tài)零序電流第一個周波的首半波與非故障線路的暫態(tài)零序電流相位相反，針對NES 系統(tǒng)第一個周期的首半波內(nèi)故障線路的暫態(tài)零序電壓與暫態(tài)零序電流相位相反，與非故障線路的暫態(tài)零序電流相位相同，以此來判別故障線路。其優(yōu)點是暫態(tài)首半波內(nèi)零序電流模值為穩(wěn)態(tài)的幾倍到幾十倍，靈敏度較高。缺點是發(fā)生接地故障時相電壓較小時，導致零序電流模值較小，并且判別故障相零序電壓與零序電流時間為2 ms之內(nèi)，受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較大，發(fā)生弧光接地時抗干擾能力較弱，使得選線效果不理想。

2.2.3 時頻域分析法

文獻[17]提出故障根據(jù)暫態(tài)零序電流相頻特性將頻率分為不同區(qū)段，選用低頻區(qū)段界限明確所有出線零序電壓電流均呈容性關(guān)系，提出基于暫態(tài)零序電流該特定分量幅值極性比較的選線算法，此法可靠性高，克服了消弧線圈和不穩(wěn)定電弧的影響。

2.3 其他故障選線方法

2.3.1 人工智能法

文獻[17]提出目前提出運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析采集各饋線電氣特征量與故障間的映射，依據(jù)模糊理論得出隸屬度函數(shù)，最終根據(jù)信息共同得出故障線路。但模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須利用特定的樣本空間作為數(shù)據(jù)模型，選線適用性有限。

2.3.2 信息融合故障選線方法

文獻[18]提出由于接地故障特性復雜，單一判據(jù)無法選線可靠性。利用暫態(tài)信息豐富，檢測靈敏度高、抗干擾能力強，穩(wěn)態(tài)信息故障時間長易于檢測等特點，利用穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)選線判據(jù)的融合來實現(xiàn)故障的識別得出綜合判據(jù)進行選線。

3 結(jié)論

由于穩(wěn)態(tài)方法嚴重受到消弧線圈補償，特別受間歇性電弧故障、零序有功分量小等因素的影響，使得故障選線方法選線準確性、可靠性差。暫態(tài)選線方法靈敏度高，但比較容易受到系統(tǒng)的運行方式和故障時刻等因素影響?，F(xiàn)代信號處理技術(shù)的小波變換和人工智能融合了現(xiàn)代數(shù)學處理方法，在理論上能夠進一步提高選線準確度，但實際效果仍需進一步驗證。