小電流接地保護新原理的研究

燕 杰

（國網山東省東營市東營供電公司，山東東營10053）

目前我國的供電系統中，如果電壓等級在66 kV及其以下，采用的工作方式都是小電流接地系統。小電流接地系統有很多優點，例如，接地系統中流過的電流很小;相比較其他供電系統，瞬時接地也不會造成跳閘現象的發生;供電過程具有很高的可靠性。但是小電流接地系統在運行過程中，很多時候會發生單相接地故障。故障發生時，由于電流較小，造成故障選線工作的困難性增加。所以在故障發生后，一般采取排查方法找出故障的發生方位。如果使用斷開開關找到故障點的方式，會給供電設備造成不必要的影響。所以我國目前在研究小電流接地系統的新原理時，要注重檢測設備的研究，從而使故障處理的時間減少，將供電系統的可靠性大幅度的提高。

1 對于小電流接地保護的研究

目前國內選用的故障選線方法，通過比較每條出線電流的大小和相位，選擇出現故障的方位，但是該方法的接線方式過于復雜，運行時可靠性不高。近年來，我國的供電企業引進了很多新信號的處理工具，例如處理小波分析的工具，采取分析暫態電流特定頻帶的方式進行選線。但是在出現故障時，由于影響暫態電流的因素很多，這種方式對于故障的分析還不夠成熟。經過實踐，科技人員通過對于小電流接地系統的分析，根據基本原理提出了一些新型的對于負序電流保護的思路。但是，由于理論不太成熟，在進行實際操作時，可能會遇到一系列的困難。例如，在進行負序過流保護的過程中，整定工作應該避開最大的負序電流，但是在配電的系統中，可能會因為負序電流中負荷變化過大，導致整定工作變得復雜，對于保護的靈敏性降低。

雖然在實際的工作中可以利用故障相電壓與支路負序電流相乘得到的結果積分，彌補上述過程中對于暫態能量保護的不足之處，但是整定工作的繁瑣性并不會降低。在進行對于負序和零序基波電流的接地保護工作中，工作人員可以設置一個對零序和負序電流進行保護的精密的電流門檻，一旦零序或者負序電流的基波的幅值大于設置的門檻時，系統可以自動啟動接地保護。這種接地保護設施利用反時限的特性，在一定程度上具有自適應的特點。該保護方式以基波電流作為參考依據，系統發生故障時，可能會發生因為保護處分配的電流遠小于精工電流，降低保護措施的靈敏性和失去選擇性。此外，由于補償方式的不同，保護處觀測到的負序電流或者零序電流存在很大的差別，這就使得實際的系統要求和同一個過電流值不相符。所以，這就需要科技人員為負序的單相接地故障保護提出新的技術手段，使之適應各種運行方式。

2 小電流接地系統的技術現狀

小電流接地系統分為以下三種:中性點不接地系統;中性點經過消弧線圈接地;中性點經過電阻接地系統。雖然接地系統的類型不同，但是選線問題是三個系統中都存在的技術難點和關鍵。

(1)采用5次諧波法

在我國的配電網中5次諧波的包含量是比較大的，所以目前很多配電網主要采取5次諧波的分量作為選線的技術手段。但是這種方式所帶來的實踐效果卻不太理想，因為5次諧波的分量和基波分量相比，諧波分量比較小，在選線過程中，會造成選線檢測的不準確，而且靈敏度不高。

(2)采用有功分量法

在小電流接地保護系統中，很多時候都存在消弧線圈電阻和線路電導等組成部分的有功分量，檢測時可以根據這些分量的大小來進行選線。這種檢測方法是對零序電流的有功分量進行分析來選線，但是有功分量檢測法在遇到線路或者消弧線圈的電阻較小的情況下，就會失去原本的精度以及準確性，造成選擇錯誤。

(3)零序導納法

工作人員可以根據對零序導納數值在導納平面上的分布來分析對接地系統是否發生接地故障，其實質就是判斷電流的有功方向。現如今大多數的供電系統工作人員，都將這種方式作為有功分量法的升級和改進來看待。

(4)擾動原理選線法

在小電流接地保護系統中，如果發生單相接地故障，消弧線圈的脫諧度可以進行微微的調整，這之后便可以檢測出接地位置的殘流發生相應的改變，故障線路的零序電流發生改變也是可以通過儀器檢測出來的，從而判斷接地故障的發生位置。

(5)注入信號法

這種檢測方法是利用電壓互感器將信號感應到系統一側，通過接地位置組成電流回路，在配電系統中，通過線端對于信號強弱的判斷和感應，來分析故障線路的位置。雖然這種方法比較方便，但是在分辨率高的電阻接地檢測上仍然缺乏相應的準確度和靈敏性。

(6)暫態信號選線法

如果線路接地故障發生在相電壓接近最大值處，采用這樣的方式比較方便和有效。但是，如果接地故障發生在相電壓在零點附近時，由于暫態電流的分量較小，過渡電阻也會對檢測造成影響，檢測結果會失去原本的準確度，造成工作人員對故障線路發生位置的判斷不準確，影響供電系統的正常工作。

3 小電流接地保護系統新原理的設計思路

在新原理的設計方案下，主要選用雙CPU來進行選線裝置的設計。雙CPU包括DSP以及單片機。運算CPU的組成是DSP，它可以將信號進行采集選線的計算;而單片機則是作為管理CPU而存在，在人機交互上起到主要的作用。在DSP的內部結構中，主要采用哈佛總線的結構，在操作過程中，主要是采用流水線的指令，相應地和它配合的是獨立存在的硬件乘法器結構，這樣的組成結構很適合數字信號的處理，從而可以對數據進行分析，實現實時的監控。實際工作中，選擇DSP時，科技人員可以采用高效CPU，快速地實現對系統中參數的計算，進行數據的采集，要選擇具有很強抗干擾能力的單機片，從而適應實際工作中的人機交互。

4 小電流接地保護系統調試中的注意事項

(1)在設計安裝無選擇性的零序電壓以及零序功率的保護裝置時，工作人員應該注意，在電壓互感器中對于一次或者二次的中性點接地時必須保證接地的可靠性。一次中性點接地要求連接到工作接地以及安全接地，一旦一次中性點的接地不牢靠，直接會導致二次系統不能正確地將系統中發生的接地故障反映出來，所以保證接地的牢靠性可以保證保護系統的工作順利進行。

(2)一些接地保護裝置主要由零序電流互感器構成，如果發生了接地故障，會造成電流經過大地進行流動，甚至會經過電纜外皮進行流動，這樣會給供電系統帶來很大的安全隱患。所以在零序互感器構成保護裝置時，要確保電纜頭沿電纜方向在穿過LH后從內側進行接地，以保證安全和保護裝置的精度。

(3)在配電網中，有時候會采用經消弧線圈接地組成電網的單相接地保護裝置。在這種保護裝置中，一般采用5次諧波分量以及暫態電流分量來保護電流的流動，從而增加選線難度。所以工作人員可以在發現故障線路實際位置后，向系統中投入有效地電阻，使有功分量在故障電流中增加，配以其他的保護裝置，將故障線路進行更改或者切除。

(4)零序電流的過濾器一般由三個互感器組成，而這種裝置中會有不平衡電流的出現，可能會給保護系統帶來安全隱患，所以在使用時必須克服電流的不平衡。

5 結束語

綜上所述，在小電流接地保護中，獨立的選線裝置逐步應用到系統中來。雖然目前對于小電流接地保護新原理的研究還有不成熟的地方，但是通過科技人員的不斷創新和研究，不斷地引進新的技術手段，在小電流接地保護裝置中進行有效地接地判斷以及選線方面的技術水平有大幅度提高，為電力行業的發展起到推動作用。

［1］王智勇.小電流接地保護新原理的研究及微機型保護裝置設計［J］.城市建設理論研究，2011，(33):25-27.

［2］張培毅，孔永樂，茹予波.適用于高阻接地保護的新算法研究［J］.中小企業管理與科技，2013，(34):78-79.

［3］肖仕武，林曉敏.基于故障分量電流的單相接地保護新原理［J］.陜西電力，2009，37(10):90-91.