浅析零序电流有功分量接地选线保护原理

李小宇 ，辛小娟，周争昌

1.铜川供电局，陕西铜川 727031

2.陕西汉江投资开发有限公司喜河水力发电厂，陕西安康 725271

0 引言

我国城乡配电网均属于小电流接地系统，即中性点不接地或经消弧线圈接地系统，近年也出现了电阻接地方式。小电流接地系统最大的优点是发生单相接地故障时，系统中单相接地电流很小，并不破坏系统线电压的对称性，系统可继续运行1h～2h。但是，长时间的接地运行，极易形成两相接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，致使接地选线保护难度很大。为此，生产实践中希望装置能尽快准确地选出故障线路，使之与系统隔离，以防止故障的进一步扩大。因此，接地选线保护装置近年来在现场得到了广泛应用，为保证电网的安全运行起到了积极的作用。但目前部分装置在使用中的表现并不能令人满意，误动、拒动现象时有发生。

1 现有接地选线装置原理

基于小电流接地系统发生单相接地故障时出现零序电流及零序电压等特点，目前电力系统中的小电流接地选线装置的各种选线原理分析如下：

1）零序电流比幅法：利用流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故障元件的对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，所以只要通过比较零序电流幅值大小就可以找出故障线路。但这种方法受线路长短、系统运行方式及过渡电阻大小的影响，且系统中可能存在某条线路的电容电流大于其它所有线路电容电流之和的情况，装置易发生误动。

2）零序电流相对相位法：利用故障线路零序电流与非故障线路零序电流流动方向相反的特点，分别从线路流向母线或由母线流向线路，就可以找出故障线路。但这种方法在线路较短，零序电压、零序电流值较小时，相位判断困难，不能适用于谐振接地时完全补偿、过补偿运行方式。

3）谐波分量法。谐波分量法分为5次谐波大小和方向，各次谐波平方和等方法。5次谐波大小和方向法，当单相接地故障时，由于故障点、线路设备的非线性影响，在故障电流中存在着谐波信号，其中以5次谐波为主。经消弧线圈接地系统的消弧线圈是按照基波计算的，消弧线圈相当于处于开路状态。可忽略消弧线圈对5次谐波产生的补偿效果。再利用5次谐波电容电流的群体比幅比相法，就可以解决经消弧线圈接地系统的选线问题。但故障电流中5次谐波含量较小（小于故障电流10%），且受TA不平衡电流和过渡电阻的影响，选线的准确度也不是很稳定。各次谐波平方和方法是将3、5、7等谐波分量求和，再根据谐波理论进行选线。虽然能在一定程度上克服单次谐波信号小的缺点，但不能从根本上解决问题。

4） 接地选线和消弧线圈自动补偿一体化。为降低单相接地电容电流过大造成的各种危害，在配电网的中性点装设消弧线圈，消弧线圈的电感电流补偿了单相接地电容电流，却使以群体比幅比相法的接地选线装置丧失了选线作用。近几年，虽然有针对中性点消弧线圈接地而发展的选线装置，但由于采集单相接地信号很困难，在实用中误判率较高。

2 零序电流有功分量方向原理分析

为克服现有各种原理存在的不足，现提出一种新的保护原理：零序电流有功分量方向原理。

有功分量是区分故障支路与非故障支路的一大特征，但是有功的精确提取却非常困难，对每一条出线而言，有功和无功的比率是很小的。经过数次试验得到以下结论：非故障线路零序电流是该条线路的电容电流，而故障支路则是该线路电容电流和故障点残流的矢量和。由于残流的复杂性远远超过单条线路的电容电流，受环境以及系统运行的影响因素较大，极不稳定。这就导致故障线路的零序电流波形也很杂乱，利用这一特点综合比较所有出线的零序电流波形，找出“最不一样”的波形即可判断为故障线路。由于零序电流幅值受线路自身原因影响较大，线路长短、是否为电缆线路或架空线路影响都很大，故主要利用零序电流间的相位来判断。通过多次测量所有出线的零序电流波形，提取其相位信息，进行“横向”比较，即从同一次采到的各路电流中找到相位离平均相位最远的线路并记录，最终把多次记录的结果综合排序得出选线结果。采用上述方法进行多次试验、多类型试验，试验不同线路接地，高阻接地，均能正确选线，模拟试验准确率达100%。

分析该选线方法可以发现，其主要特征为各零序电流间的相位差别，实际隐含了有功分量的原理。因为有功分量都是在同一零序电压作用下产生的，零序有功在各支路中存在区别主要原因还是各出线零序电流相位上的区别，而本方法则直接利用了这一特征，减少了多引入零序电压一个量带来的误差，同时利用了残流特征，提高了该方法的选线准确率。

3 微机选线装置的实现

微机选线装置在接地发生后实时显示线路的零序电流和系统电压波形，有如示波器可同时检测两路波形，并给出他们的的幅值和相位差，供运行人员参考。每次选线给出三个可能接地线路，并设有“重修选线”功能，当多次选线结果都有某条线路则它为故障线路的可能性就很大了。对装置在模拟线路上进行了试验，选线准确率几乎100%，且在有过渡电阻使零序电压为金属接地30%的情况下仍能正确选线。

4 结论

本文对零序电流有功分量选线原理进行分析，比较各零序电流间的相位差别，实际隐含了有功分量的原理，因为有功分量都是在同一零序电压作用下产生的，零序有功在各支路中存在区别主要原因还是各出线零序电流相位上的区别，而本方法则直接利用了这一特征，减少了多引入零序电压一个量带来的误差，同时利用了残流特征，提高了该方法的选线准确率。

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