小電流接地系統(tǒng)接地故障選線方法

張敏 張維 王煥文 譚衛(wèi)斌

（珠海許繼電氣有限公司 廣東省珠海市 519000）

我國(guó)電網(wǎng)接地方式包含中性點(diǎn)不接地、經(jīng)高阻接地等方法，但在運(yùn)行過程中，其存在相關(guān)的系統(tǒng)故障。單向接地故障發(fā)生頻率較高，且對(duì)絕緣要求較高，因此對(duì)故障選線判定為故障位置，并處理故障非常重要。我國(guó)6～66kV中低壓配電網(wǎng)，其大多數(shù)均采用小電流接地系統(tǒng)。此種系統(tǒng)發(fā)生故障頻率約為80%左右，在發(fā)生故障時(shí)，檢測(cè)人員需要根據(jù)小電流接電系統(tǒng)的故障特性進(jìn)行排查。找出故障線路，并對(duì)故障線路進(jìn)行處理。電配電網(wǎng)在發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流較小，且整個(gè)故障電流與較多的負(fù)載電流以及其他因素干擾，導(dǎo)致整個(gè)故障特征不明顯。因此，學(xué)者對(duì)于選線問題進(jìn)行大量研究，并提出各種改進(jìn)方法。我國(guó)與以往相比，現(xiàn)有的故障改進(jìn)方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的工作特性，并分析各種故障處理方法的優(yōu)勢(shì)。

1 小電流接地系統(tǒng)基本概述

根據(jù)小電流接地系統(tǒng)（Low current grounding system）基本概述進(jìn)行分析，小電流接地系統(tǒng)其泛指中性點(diǎn)不接地或通過消弧線圈以及高阻抗接地三相系統(tǒng)[1]。因此，小電流接地系統(tǒng)當(dāng)某一項(xiàng)發(fā)生接地故障時(shí)，其不能構(gòu)成短路回路。接地故障電流比負(fù)載電流較小，此處系統(tǒng)被稱之為小電流接地系統(tǒng)[2]。

小電流接地系統(tǒng)在使用中，其故障現(xiàn)象較多。就主要原因分析，小電流會(huì)出現(xiàn)母線電壓不平衡現(xiàn)象，導(dǎo)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(nèi)部互感器一相電壓為0，而另外兩線電壓正常，這就會(huì)導(dǎo)致10kV母線三相電壓出現(xiàn)熔絲熔斷的現(xiàn)象。因此，可以更換二次熔絲，確保整個(gè)電壓正常。此外，如母線電壓互感器一項(xiàng)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(jìn)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(fù)正常。

2 單相接地系統(tǒng)的故障特征

2.1 穩(wěn)態(tài)特征信號(hào)分析

對(duì)于整個(gè)接地系統(tǒng)而言，其中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，如突發(fā)接地故障且接地故障暫未有效處理時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)伴隨連續(xù)電壓產(chǎn)生連續(xù)電流。因此，其所有非故障線路上的元件，對(duì)于整個(gè)電容電流之和，在數(shù)值上可以等于故障限流的連續(xù)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(diǎn)的故障，電流可以在后續(xù)改進(jìn)過程中，在中心點(diǎn)處接入消弧線圈，疊加相關(guān)的感應(yīng)相反感性電流，且由于消弧線圈補(bǔ)償作用，所疊加的感性電流在數(shù)值上可以大于故障電流。使整個(gè)故障電流的方法與非故障電流相同。

2.2 暫態(tài)特征信號(hào)分析

在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，如配電網(wǎng)發(fā)生故障，且所產(chǎn)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(tài)特征信號(hào)[5]。在目前的改良過程中，全網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)電流經(jīng)分析，相當(dāng)于兩個(gè)電流容量之和，且整個(gè)放電電流由母線流向故障點(diǎn)，可以根據(jù)故障線路的電壓降低而產(chǎn)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(shí)，電流電容遠(yuǎn)大于整個(gè)電感電容。針對(duì)于消弧線圈補(bǔ)償作用，則可以忽略不計(jì)。因此，其可以認(rèn)定為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)以及經(jīng)消無限接地系統(tǒng)。將二者進(jìn)行分析，可以得知針對(duì)于接地系統(tǒng)的故障而言，二者的故障暫態(tài)特性具有一定的相似性。因此，可以利用暫態(tài)特征，將其看作為選線的基本依據(jù)，使其具有重要的價(jià)值含義[6]。

3 小電流接地系統(tǒng)故障選線方法探究

3.1 穩(wěn)態(tài)分量選線方法

3.1.1 零序電流比幅法

根據(jù)整個(gè)連續(xù)電流而言，其比副法的特性便是將零序電流以系統(tǒng)故障的穩(wěn)定特征來進(jìn)行選線。例如，根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，將母線處完成連續(xù)電流幅值大小的比例測(cè)量。根據(jù)整個(gè)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(dāng)線路在運(yùn)行過程中，如整體出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)或母線出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，便會(huì)很容易出現(xiàn)選線失敗的問題。此外，其整體線路包含復(fù)雜因素影響，例如系統(tǒng)運(yùn)行方式等，因此在整個(gè)電流中，其不適用于此系統(tǒng)。但零序電流比幅法適用于小電流不接地系統(tǒng)，適用范圍較小，修復(fù)精度良好[7]。

3.1.2 零序電流相位法

對(duì)于配電網(wǎng)而言，當(dāng)配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中發(fā)生接地故障時(shí)，需要就故障產(chǎn)生的位置、方向等進(jìn)行判斷。在利用故障穩(wěn)態(tài)特征中，可以選擇各條出線的零序電流作為故障線路進(jìn)行分析。并將其整體作為連續(xù)電流方向，根據(jù)連續(xù)電流方向的不同線路從過阻線路開始檢查。當(dāng)整個(gè)線路較短且連續(xù)線路較小時(shí)，便很容易產(chǎn)生“時(shí)針效應(yīng)”，導(dǎo)致零序電流方向判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤。此外，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行方式定制或平衡以及過渡電阻等，亦會(huì)對(duì)整個(gè)故障線路產(chǎn)生一定模式的干擾。因此，基于消弧線圈的補(bǔ)償作用，可以有效改良整個(gè)工程項(xiàng)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(jié)合的檢驗(yàn)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(gè)電流的幅值，選出三條以上的幅值。并對(duì)其整體進(jìn)行比較。針對(duì)于整個(gè)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(diǎn)以及死區(qū)之間的困擾。因此，其作為前兩種方法的結(jié)合，可以適用于不接地系統(tǒng)[9]。

3.1.4 有功分量法

根據(jù)整個(gè)電網(wǎng)而言，電網(wǎng)中的各條線路可以完成電網(wǎng)消阻線圈的并聯(lián)解決。且在電阻發(fā)生故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的有功電流，且無法被消耗電圈補(bǔ)償。就連續(xù)電壓而言，連續(xù)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(xù)電流的有功分量相比，其可以根據(jù)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(xiàn)有電流中有功分量成分較少，因此降低了檢測(cè)的靈敏度。在檢測(cè)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(guān)于整個(gè)配電網(wǎng)的運(yùn)行特性進(jìn)行分析，配電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)如發(fā)生故障且故障暫時(shí)未修復(fù)時(shí)，諧波成分便是產(chǎn)生故障的主要因素。且根據(jù)整個(gè)諧波的種類進(jìn)行分析，主要為五次諧波。經(jīng)研究證實(shí)，消弧線圈對(duì)于五次諧波的補(bǔ)償，是整個(gè)諧波的1/25。因此，可以忽略于五次諧波所帶來的額外補(bǔ)償。對(duì)于五次諧波的補(bǔ)償，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行效果，完成選擇確定。當(dāng)整個(gè)接地電阻較大時(shí)，其諧波的分量就會(huì)較小，不容易檢測(cè)，很容易受電弧不平衡影響。

3.1.6 零序?qū)Ъ{法

在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，如突然發(fā)生線路故障，除以上解決方法外，亦需要考慮使用零序?qū)Ъ{法。通過零序?qū)Ъ{法，可以在電網(wǎng)中增加一個(gè)不對(duì)稱電源，且分析此電源的影響與電路系統(tǒng)的改變。根據(jù)此項(xiàng)特點(diǎn)，根據(jù)每條線路的方位以及相同的順序完成學(xué)習(xí)。只有故障線路的零序?qū)Ъ{大小以及相位在非故障線路中，自身的使用特性才會(huì)被有效認(rèn)定，其非故障線路導(dǎo)納散布在第一象限中。該方法靈敏度較高，具有極佳的準(zhǔn)確度，但需要自動(dòng)協(xié)調(diào)，且需要根據(jù)消弧線圈一起使用。因此，在間歇性瞬時(shí)故障時(shí)，其較為不足，降低了適用范圍以及選線的準(zhǔn)確性。

3.1.7 S注入法

在產(chǎn)生接地故障時(shí)，可以通過顯示的PT系統(tǒng)，向完全不同的系統(tǒng)頻率輸入一定的特殊電流信號(hào)。通過接地電流進(jìn)接地點(diǎn)后，流入接地點(diǎn)信號(hào)可以使用探測(cè)器，探測(cè)出各條線路，以尋找特殊信號(hào)，完成線路故障的選擇。根據(jù)整個(gè)機(jī)體故障而言，其可以通過大小地，形成回路。在信號(hào)探測(cè)后，可以在故障時(shí)形成通路。且該方法不受電路參數(shù)的影響，亦不受整個(gè)線路影響，顯著提升了各因素影響下的選線準(zhǔn)確率。根據(jù)現(xiàn)有的電流信號(hào)而言，其整個(gè)接受的PT流量限制度不宜太高。在接地電阻較大時(shí)，其注入的信號(hào)會(huì)被電路上的電流分流，降低檢測(cè)靈敏度。因此，注入信號(hào)不在連續(xù)出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，避免了不良影響。

4 系統(tǒng)故障選線方法原理分析

4.1 系統(tǒng)選線方法原理

目前，我國(guó)對(duì)于整個(gè)故障選線方法而言，其整體精準(zhǔn)的判斷出整個(gè)過程、線路以及故障原因。因此，可以結(jié)合整個(gè)小電流接地系統(tǒng)故障選線方法，確保每種選線方法都具備自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。根據(jù)整個(gè)研究，可以將已有的幾種方法進(jìn)行綜合應(yīng)用，結(jié)合數(shù)學(xué)工具以及手段，來精準(zhǔn)的完成學(xué)習(xí)、處理并解決相關(guān)故障。因此，進(jìn)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(hào)的特性進(jìn)行選擇，而間接法則通過手動(dòng)輸入其他信號(hào)來完成檢測(cè)。

4.2 小波分析理論在整個(gè)故障選線中的應(yīng)用分析

4.2.1 小波分析理論的基本概述

根據(jù)整個(gè)小波分析理論而言，其作為一種經(jīng)典的時(shí)頻轉(zhuǎn)換方法，可以監(jiān)控整個(gè)視頻率的信號(hào)特性。并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)小波變換的頻率可以彌補(bǔ)自身的不足。小波變換提供了可隨頻率變化的窗口，并根據(jù)小波變換，完成信號(hào)分解，形成一系列效果。利用整個(gè)時(shí)域以及頻率的信息特征，完整轉(zhuǎn)換。

4.2.2 小波理論的故障選線方法

在進(jìn)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(jù)整個(gè)電波、電力，分析特點(diǎn)后得知自身的暫態(tài)狀態(tài)可以由暫態(tài)電流、電容決定。因此，利用小波變換，將含有噪聲的信號(hào)進(jìn)行分解，并對(duì)各頻段中的線路連續(xù)電流信號(hào)，經(jīng)小波變換后進(jìn)行模擬值比較。對(duì)整個(gè)成分復(fù)雜的故障暫態(tài)電流進(jìn)行分析，以進(jìn)一步得出可靠選線。例如，進(jìn)行小波函數(shù)選取。在小波函數(shù)選取中，突出第一小波基礎(chǔ)函數(shù)。此外，進(jìn)行頻率選擇。在選擇中，通過小波db10超采樣采樣時(shí)間以及采樣頻率，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在小電流接地系統(tǒng)故障選擇中，本文將分析各種選線方法的原理以及優(yōu)缺點(diǎn)，得出以下結(jié)論。

通過整個(gè)零序電流比幅以及比相法，簡(jiǎn)單易行，但其整體不能用于接地系統(tǒng)，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(tǒng)，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(xiàn)準(zhǔn)確性，但缺乏實(shí)際應(yīng)用特效。因此，必須進(jìn)行選線準(zhǔn)確率方法的應(yīng)用，以保障能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用方法進(jìn)行分析。

此外，在研究相關(guān)過程后，可以根據(jù)動(dòng)態(tài)測(cè)量特征量的特點(diǎn)，保證小波分析理論不僅在理論上能夠具有極高的應(yīng)用特性，在實(shí)踐上也能夠發(fā)揮良好效應(yīng)。利用小波理論的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判斷。根據(jù)諧波的實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā)，完成我國(guó)配電網(wǎng)的有效優(yōu)化。有針對(duì)性的應(yīng)用國(guó)外優(yōu)秀的科技技術(shù)，完成選線系統(tǒng)的結(jié)合以及檢測(cè)。