何欢1 郝越2
1. 昆明长水国际机场
2.云南电网有限责任公司红河供电局
前言
在中性点不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地的电网系统中发生接地故障，因不能采用保护装置迅速切除故障，避免影响供电可靠性，所以，如何快速、可靠判断故障线路并采取倒供断电等措施就显得尤为重要。本文分析了目前小电流接地选线装置采用的原理，通过分析一次电压并列过程中选线装置误动事件，提出提高小电流接地选线装置可靠动作的方法。
1小电流接地选线原理
我们知道，当发生单相接地故障时，在变电站母线电压互感器二次侧，能够检测到接地相的相电压理论上应该为零，另外两相的电压升高为线电压。实际生产中，接地点的电阻会变化，所以接地相还是会检测到一个时变的电压，具体这个电压是多大，是无法确定的。通过母线电压互感器采集判断故障相别。在此基础上，我们需要通过检测电气量变化来判断故障线路。基于上述两种判据，判别接地故障线路与相别。
2目前存在的小电流接地装置采用的判别方法
2.1被动稳态量选线法
被动稳态量选线法应用比较多的是群体比幅比相法，以及零序有功功率法，下面分别进行介绍。
2.1.1群体比幅比相法
当发生接地故障时，故障线路的电容电流等于所有非故障元件（线路和消弧线圈）的电容电流之和，并且故障线路的零序电流方向是从线路流向母线，而非故障线路是母线流向线路。
可以同时利用这两个特性进行选线，以提高识别的可靠性。首先比较所有出线的零序电流，选择幅值最大的3条进行相位比较（幅值比较大时，相位计算误差小），与其余两条相位相反的即是故障线路。这个方法解决了群体幅值比较法和群体相位比较法的问题，群体幅值比较法主要是接地电阻比较大时，故障线路的零序电流可能比非故障线路小；而群体相位比较法主要是母线或者主变接地时会误将零序电流最大的线路作为故障线路。因此，群体比幅比相法在现场得到了广泛应用。优点：选线方法相对简单，可靠。缺点：每个线路出现都需要安装零序电流互感器，并且不适用于谐振接地系统，在谐振接地系统中，消弧线圈一般运行在过补偿状态下，接地电流的相位是从母线流向线路。
2.2.2零序有功功率法
实际配电线路都有对地导纳，消弧线圈本身也有损耗，因此接地故障产生的零序电流是有功分量的。可以看出，故障线路的有功分量是从线路指向母线，非故障线路是从母线指向线路，因此，可以通过检测零序有功功率的方向实现选线。实际计算可以采用积分法，把1s内的零序有功功率进行积分，根据积分结果，来判断有功功率的符号。优点：计算简单，并且单独每个出现回路可以实现自主判断。缺点：在谐振接地的配电网中，零序电流有功分量不足10%，考虑到采样计算的误差，此方法的可靠性无法得到保证。
2.2主动选线法
主动选线法用的比较多的是中电阻法和信号注入法。
2.2.1中电阻法
中电阻法是指在发生永久接地故障后，在配电网中性点和大地之间短时投入一个阻止适中的并联电阻，投入时间一般是几百毫秒到几秒，采用零序有功功率法进行选线。一般此中电阻阻值为150欧姆，产生40A左右的有功电流（金属性接地时）。
接地保护的最小工作电压为300V（通过零序电压检测发生故障的阈值），而消弧线圈并联150欧姆电阻后，系统的零序阻抗不大于400欧姆，那么300V对应的接地电阻为2000欧姆，中电阻法在发生不大于2000欧姆接地电阻的接地故障时，可以正确选线。优点：简单可靠，易于实现。缺点： 需要增加一次设备，且中电阻不及时切除会烧毁，另外，其会导致故障点的电流增大，不利于电弧自动熄灭，可能会加大故障点的破坏程度，造成相间短路。
2.2.2信号注入法
信号注入法是利用专用的信号发生设备，通过电压互感器的二次侧向配电网耦合特定的电流的信号，也可以通过接地变压器的中性点向配电网进行耦合，信号的能量比较小，一般是数百毫安到数安培之间。注入信号的频率一般选择220Hz，以避开工频和谐波信号的干扰，然后在各个出现增加传感器检测此注入信号的大小，来判断接地线路，也可以注入两种不同频率的线路，故障线路因含有接地电阻在两种频率下导纳和频率不成正比，通过对比各条出线中两种频率电流的幅值或者相位判断故障线路。此种方法因为注入信号的能量比较小，受电流检测误差的影响，在接触电阻大于几百欧姆时，难以可靠选线。优点：信号不容易受干扰，算法实现简单。缺点：信号发生器等一次设备投入比较高，并且信号能量小，对中阻和高阻故障无法进行可靠选线。
3防止小电流接地选线装置误动的案例分析
2020年某月，变电运行专业人员进行10kV电压互感器熔断器熔断消缺工作，在操作10kV母线电压互感器并列时，因未退出小电流接地选线装置，小电流接地选线装置判定系统有接地现象，轮切线路未发现线路有接地现象，全部线路重合闸均正确动作，造成一般误操作事件。经检查发现，该装置采用的小电流接地选线装置采用零序有功功率法，且选线接入跳闸回路，在10kV母线电压互感器并列时，非故障母线电压互感器判断故障相有接地现象，造成小电流接地选线装置轮切线路。
针对此次事件，在运行规程中明确增加规定，为避免小电流接地选线装置误动，操作母线并列时，退出小电流接地选线装置。
4提出提高小电流接地选线装置可靠率和快速动作的方法
为提高小电流接地选线装置动作的可靠率，一是可以采用多选线判据融合的选线方法，利用暂态信号、信号注入、扰动、行波等方式综合判断，提高选线正确的概率，提高可靠性，以在原理上避免电压并列发生的装置误动；二是在大多数经消弧线圈接地系统由接地变，消弧线圈及接地点，故障线路及接地点，母线构成回路，在此回路中注入相关信号（如在消弧线圈侧加入信号源，或串入电阻形成有功分量等），在出线侧检测该信号即可，准确性极高，在改造或新建工程中将消弧线圈和小电流接地选线装置对同一个厂家招标，便于安装，调试和运行配合；三是在实际设备中采用精度更高的零序电流互感器，以增强对实际故障值的采集和判断。
电网小电流接地选线装置是配电网的重要组成部分，正确、可靠、快速动作是我们追求的目标，只有不断探索新技术的发展才能提高用户的供电可靠性，提高配网工作水平。
参考文献
1、张保会.《电力系统继电保护》[M].中国电力出版社，2008
2、白勇，丛伟 . 基于信号注入法的配电线路单相接地故障测距方法[S]，2011
作者简介
1、何欢 大学本科 助理工程师 高级电工 目前从事机场供用电系统运行维护工作，就职于昆明长水国际机场
2、郝越 大学本科 助理工程师 目前主要从事500kV变电站运行维护工作，就职于云南电网有限责任公司红河供电局
3、