影響接地選線準確性的原因分析

唐力軍

（湖南華菱湘潭鋼鐵集團有限公司動力廠，湖南湘潭 411101）

前言

在中性點非有效接地系統中，小電流選線及時準確地判定和迅速排除單相接地故障是其最核心的功能。但各種選線裝置在小電流接地電網中發生單相接故障時判斷準確性不高，往往發生誤選或漏選，效果不能令人滿意。選線準確率偏低是現有選線裝置的難題，長期困擾選線裝置開發廠家和使用單位。小電流接地選線裝置的硬件在不斷升級，選線原理也在不斷更新，選線準確率理應較以往有所提高，但用戶在安裝時缺少檢測，平時使用缺少維護，選線準確率還是不高。現場小電流選線設備大多只作參考甚至不用，發生接地時大多還是采用按一定順序逐個開路停電法來選擇。

對小電流接地系統，當發生單相接地時選線準確性的高低與選線原理有密切的關系，更與現場設備的維護檢測有直接的關系,現就選線原理及選線準確率不高作簡要的分析。

1 現流行的接地選線原理

小電流接地系統的接地故障選擇原理較多，主要有兩類，一類是比較接地前后零序電流（電容電流）的特征來判斷接地，其主要是比較接地線路零序電流的輻值大小、增量、相位變化、功率變化等；另一類是提取接地時暫態電流進行小波分析法來判斷接地線路。具體有以下一些原理。

1.1 比輻比相法

比輻比相法就是比較線路零序電流的幅值及線路零序電流與母線的零序電壓間的相位,故障線路零序電流相位落后接地時的零序電壓90°并與非接地線路零序電流差180°。若檢測到所有配出開路的零序電流相位一致，并超前接地時的零序電壓90°，則判斷為母線接地。這種方法適用于無消弧線圈補償時，此時零序電流最大的那個開路為接地線路。這種方法應用在接地電容電流較大的系統最為有利。

1.2 零序電流增量法

零序電流增量選線法，是比較兩次不同感性電流補償情況下的零序電流，其中零序電流變化大的就為接地線路，因而接地選線裝置要與消弧線圈控制器配套使用。這種方法也有兩種類型，一種是當發生接地時，在消弧線圈補償前進行一次各配出開路的零序電流采集，采集完后立即將消弧線圈補償投入運行，再對消弧線圈補償時的各配出開路零序電流進行采集，然后比較這兩次的零序電流，變化大的就為接地開路。另一種是當發生接地時，消弧線圈進行補償，此時對各配出開路進行零序電流采集，采集完后再改變補償電感進行第二次零序電流采集，比較這兩次不同補償電感下的零序電流，零序電流變化大的就是接地開路。但要注意，第二種零序電流增量化一般不用于預調式的消弧補償系統中。

1.3 小波分析法

小波分析是一種信號處理理論與方法，主要是有效地采信接地時的隨機信號，并分析從隨機信號中提取到局部化的有用成分。當接地發生時，選線裝置采集單相接地故障時產生的暫態電流和諧波電流提取到局部化的有用成分，利用小波分析法分析非故障開路的暫態電流和故障開路的暫態電流，根據其數值和方向不一致來判斷接地線路。這種方法對間歇性弧光接地故障或弧光接地故障的判斷與選擇最為有利，因為間歇性弧光接地故障或弧光接地故障含有更豐富的暫態電流量，更有利于故障的判斷與選擇。

1.4 消弧線圈并聯中阻法

小電流接地系統發生單相接地后，接地電流較小，為了提高選線準確性，現有些用單相故障后投入關聯中值電阻來增加接地線路的電流，給判斷接地線路提供較大信號。該種方法是中性點中電阻接地和消弧線圈接地的配合使用，當系統發生單相接地故障時，消弧線圈投入運行，補償電感電流，若接地故障是瞬間，補償后接地點的絕緣可恢復，接地自動解除恢復正常。對于永久性接地故障，在經一定延時后在中性點將中電阻投入，形成一個中性點為中電阻接地系統，在接地點通路中會產生比接地電容電流大得多的有功電流，檢測裝置根據接地線路零序電流的變化量和中值電阻投入后線路的有功功率大小來判斷接地線路。這種方法增大了接地電流，使接地電流達到幾十安甚至上百安，對選線非常有利，因而選線準確率高，但增大后的接地電流對接地處的設備破壞較大，使用還在推廣中。

這幾種接地選線方法，各有利弊，接地故障類型、系統容量、消弧補償方式等對選線方法都有影響，不同的選線方法針對不同的系統其選線準確率也差別較大。

2 小電流接地選線系統使用現狀

小電流接地選線系統在現場均有安裝，但其準確率偏低，各使用單位均疏于管理，對相關的設備缺少管理與維護，只要不影響主體設備運行就聽之任之。

2.1 一次設備方面

各單位配電間隔因電纜較多，部分站所的間隔未安裝零序CT。另外零序CT也存在規格不一致的情況，從而使選線裝置難以通過接地殘流來準確判斷故障線路，使得選線裝置的選線準確率偏低。此外還有接線錯誤，包括張冠李戴和極性接錯等。在電纜維護和開關維護中破壞了零序CT，沒有及時恢復或修復。

2.2 選線裝置設備

另外就消弧補償裝置和選線本體而言，更關注的是消弧裝置本體而對選線裝置及功能很少關注。日常的檢測也只測試消弧裝置功能基本完好，對選線裝置不做檢測。對選線開展的測試工作，試驗都是在理想的狀態下，無法模擬實際事故環境，所以測試結果只停留在理想事故狀態，實際運行中事故狀態時選線準確性比實驗時準確性要低很多。

3 小電流接地自動選線裝置存在的問題及原因

3.1 作為判據的信號量小

選線裝置大多采集各配出開路的零序電流，而小電流系統單相接地時產生的零序電流是系統電容電流，其值較小，規程里要求不超過10 A，超過該值時，一般通過消弧線圈接地，使接地電流更小。另外電網運行中負荷的不平衡對零序電流也有較大的影響。

3.2 零序CT的誤差及長距離二次電纜引起測量誤差

零序CT精度低對接地時的零序電流測量有較大的誤差。特別是一些接地電容電流較小的系統，當該系統內的變電站選用零序CT精度太低時，零序CT二次根本無電流輸出，因此當高阻接地電容電流較小時容易造成誤判。同一站所內CT變比不一致，型號不一致，都對測量造成較大誤差。另外，二次電纜的長度及線徑對測量也有較大的影響，特別是信號量小時，二次電纜的電阻會使測量誤差增大。

3.3 各種干擾對零序電流測量的影響

一是電磁干擾。變電站處于一個電磁干擾場，電磁的突變對小信號有較大的干擾。二是系統負荷不平衡造成的零序電流和諧波電流較大。負荷不平衡一是表現為負荷本身不平衡，在回路電流測量中產生零序電流干擾了接地時的電容電流；負荷不平衡另一表現為線路三相參數不一致引起的各相電流的差異，特別是在同一配出開路中兩組以上的單芯電纜配電，電纜長短不一、擺放排列等問題會造成每相電纜阻抗相差較大，運行電流也相差較大。

3.4 隨機因素的影響

小電流接地系統的接地電容電流與系統的運行方式、電壓水平、負荷情況有較大關系，另外還與接地時的接地故障形式和接地點過度電阻也有關。這些因素都有隨機性。

如大型用電企業，其中壓配電網一般為小電流接地系統，結構相對較復雜，配電站下還配有二、三級開關站，根據生產的安排運行方式常有變化，有時帶一個開關站，有時又會帶好幾個開關站，使得變電站對地電容隨運行方式的變化而變化，其電容電流和諧波電流也變化，多帶一個開關站，其電容電流成倍增加。此外，故障點的接地有金屬性的和非金屬性的，有死接地和間隙性接地，因而接地點的接地電阻大小具有不確定性，不同的接地方式有不同的接地電流，這些都造成了同一小電流接地系統中發生接地故障時的零序電容電流和零序諧波電流的不穩定。

3.5 選線裝置采樣單元的影響

微機選線裝置的采樣單元是將零序電流互感器二次電流通過裝置的變流器變為電壓信號。采樣單元的變流器的額定輸入電流有5 A和1 A兩種，要與零序電流互感器二次電流相匹配，使用較多的是5 A，采樣單元的變流器測量線性范圍為0.1～20IN。當零序CT二次電流小于額定輸入電流0.1倍或大于額定輸入電流20倍時測量誤差都將很大。以零序CT的變比選用300/5、變流器額定電流選用5 A為例：當系統接地電容電流值為5 A時（有消弧線圈補償時，一般不大于5 A），二次側的電流值為0.083 A，實際輸入電流變換器的電流是其額定輸入電流IN的0.016倍；當系統接地電容電流值為20 A時，二次側的電流值為0.332 A，實際輸入電流變換器的電流是其額定輸入電流IN的0.066倍。這兩種情況，二次側電流值都沒有達到0.1IN（0.5 A），落在電流變換器的測量線性范圍外，測量誤差較大。

小電流接地系統中，接地時電容電流一般都較小，各個站所又采用精度較低的零序CT，選線裝置采樣單元使用線性測量范圍不匹配的電流變換器使整個測量誤差進一步擴大，對接地選線選取有用信息造成極大因難。

4 解決措施

通過以上分析可知，接地時接地電容電流小及存在各種干擾、零序CT的精度低及安裝維護問題、選線裝置的電流變換器存在的測量誤差是導致選線準確率偏低的的主要原因，因而我們要從下面幾個方面采取措施來有效提高小電流接地選線系統的選線準確率。

（1）選擇準確度高的專用零序CT，對單相電纜出線的開路不應選用每相一只的零序CT，而選用三相共用一只的零序CT；同一站所選用同一變比的零序CT；零序CT的線性測量范圍要寬，上限要按系統最大電容電流來選，即最大電容電流是其線性測量范圍上限的80%附近，而線性測量范圍的下限應在0.2 A左右，這樣保證零序CT二次值誤差最小。

（2）選線裝置的電流變換器應使用變比較小的計量級（最好為S級）CT組合而成，減小變換器產生的誤差，使選線裝置采集到更準確的接地故障電流，S級CT相比其他的CT，其測量精確線性范圍更寬，對測量較小的電容電流更有利。

（3）減小零序CT二次電流受各種電磁的干擾。變電所內電磁干擾較強，對零序電容電流影響較大，因而使用帶屏蔽的電纜作為選線裝置零序電流采樣電纜、該電纜屏蔽層兩端均接地，屏蔽掉電磁干擾對采樣零序電流的影響。

（4）完善零序CT安裝及二次回路，未安裝的增加零序CT，對安裝錯誤及接線錯誤的回路進行改正，同一站所采用同一型號、同一變比的零序CT。在安裝零序CT時注意零序電流穿過互感器的方向，同一站所內各零序電流均以母線流向線路為正，即標有“P1”（或“L1”）端應朝向高壓母線。另外在安裝零序CT時還要注意配出電纜屏蔽層接地線的接地位置，要避免屏蔽電流流過零序CT。日常維護中不能忽略接地選線系統的維護，特別是在電纜維護中破壞了零序CT的完整性。將接地選線系統納入設備周期性管理中，定期對其進行檢測。