小电流接地系统单相接地故障选线问题分析
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【摘要】小电流接地系统主要应用在我国6～66kV中压电网中，该系统具有可瞬时接地、供电可靠性高、接地电流小等优点，但发生单相接地故障时，对故障线准确及时选出提出了较高的要求。
小电流接地系统的接地方式有：中性点经电阻接地系统（NRS）、中性点不接地系统（NUS）、中性点经消弧线圈接地（NES），本文将以NES为切入点来论述电流接地系统单相接地故障选线方法和问题分析。
一、小电流接地系统单相接地故障选线方法和问题分析
1.5次谐波发
NES系统在设立之初主要考量基波频率，最重要的是电网对地基波总容抗几乎等于基波电抗。高次谐波回路类似于中性点不接地系统，相对于电网对地容抗值，电抗值更高，这就导致高次谐波电流补偿需要无法被消弧线圈满足。在这种情况下，配电网中5次谐波的含量最为丰富，根据谐波电流比幅比相原理，我们可以选择5次谐波发进行小电流接地系统单相接地故障选线。这也是实际工作应用中应用最大的方法。
尽管5次谐波发的应用在我国非常广泛，但其效果还是不能满足实际的需求。
原因如下：
①受接地过程中产生谐波的分量太大，导致不易检测;
②在电网中，相对于基波分量，谐波分量很小，甚至很难提取和检测，尤其在线路较短或高阻接地的情况下更是如此;
③缺陷不易改善。
以上是5次谐波发选线的主要问题，对其应用造成了很大的局限性。
2.有功分量法及相关改进
在NES系统中，“幅值最大，相位相反”是接地线路零序电流有功分量呈现的主要现象，导致这一想象的内在因素是线路电导、消弧线圈电阻等有功分量的补偿需要无法被消弧线圈的电感满足。根据这一原理，我们可以比较同相分量的相位、幅值来进行选线，其中最具有代表性的是：检测各出线零序电流并分解为2个分量，保证分量和中性点零序电压正交且相同。
该方法的主要问题是：
①接地电流易受人为因素的影响，接地电流增大，接地电弧重燃几率升高;
②对有功分量的要求较高，否则会产生很大的误差;
③对于较小的零序电流，相位分解困难、误差大以上选线问题，限制了NES优势功能的发挥。
根据相关文献，结合以下思路能提高方法1的准确度：增大零序电流的有功分量可以使得选线更加准确，零序电流的有功分量的增加是通过在永久性接地时短时投入电阻实现的，而消弧线圈与电阻串、并联的中性点接地方式能更好地实现短时电阻的投入。然而有功能量计算方法有多种，比如把零序电压和零序电流相乘，和方法1相比，具有以下优势：不必对小的零序电流相位进行分解，避免出现分解困难、错差大的问题，更易于施行。有功能量选线方法的判据是接地线路的有功能量的相位与非接地线路是否相反且幅值最大。
尽管有功能量选线方法非常方便选线，但实际的运行中还是存有一定的问题的：
①对于检测装置精度要求较高，特别是在消弧线圈和线路的情况下，零序电流的有功分量越小越不易检测，误选的几率增大;
②容易受到三相电流互感器的干扰。
3.基于扰动原理的选线方法
随着自动跟踪补偿消弧线圈的广泛应用，作为配合其应用的基于扰动原理的选线方法得到了长足的发展，是一种新的接地选线方法。该方法的判据是故障线路的零序电流是否发生改变，而零序电流是随着接地点的残流的改变而改变的，所以当发生单相接地故障后，我们通过微调消弧线圈的脱谐度υ，就可以找到故障线路。在很长一段是时间内，对该方法的应用主要是比较各条出线的零序电流绝对值变化量，尽管同样能找到故障线路，但相对于调消弧线圈的脱谐度υ，比较零序电流绝对值并不能发挥该方法的优势。
不过，我们应该认识到基于扰动原理的选线方法的准确度容易受到接地电阻大小、零序电压高低的影响，比如在阻小、零序电压高的情况下，基于扰动原理的选线方法是非常准确的，否者准确度并不高。比如，当接地过渡电阻较大时，调消弧线圈的脱谐度υ同样会导致非故障线路的零序电流大声较大幅度改变，尤其是那些对地电容大、线路长的电缆馈线，更不可能分辨出故障线路，因为此时故障线路的零序电流变化量几乎与其它线路一样，对选线工作造成很大的困扰[2]。
对于上述问题，我们可以对基于扰动原理的选线方法进行改进，基本思路是：首先测定零序电压值，然后调消弧线圈的脱谐度υ，接着再测定零序电压值，若前后值不一样，对零序电压与零序电流进行折算，继而找出故障线路。方法如下：
设：调节前系统的零序电压是U0，调节后系统的零序电压是u0，调节前线路P的零序电流是I0p，调节后线路P的零序电流是i0p，那么经过折算线路k零序电流变化量I0p。
I0p=i0pU0/u0-I0p （1）
式（1）是对对线路零序导纳的计算，也是我们进行折算的目的。在理想的物理环境下，正常线路的I0p=0，故障线路的I0p≠0。但测量误差、线路损耗，都有可能影响I0p的大小，所以在实际的选线故障中，应选择I0p最大的为故障线路。
调消弧线圈的脱谐度υ，找出零序电流变化量较大的线路即为故障线路的选线方法是契合扰动原理的，具有很好的应用效果较好。但该选线方法的问题是适用范围受限制，比如就不能在预调式消弧线圈上适用，因为该方法的核心构件是能随时调式消弧线圈。根据相关的文献[3]，改变预调式消弧线圈脱谐度并不是不可能，可以通过将电抗器与消弧线圈串、并联投切来实现，但这样会使得接地系统更加的复杂度和难以控制。
二、结束语
本文分析了小电流接地系统单相接地故障选线方法，并对各个方法存在问题进行了论述。由于篇幅和笔者的学识所限，本文确定还存在偏颇和不足之处，只希望能对大家相关课题的研究有所帮助，实现准确及时选出故障线路的目标。
参考文献
[1]陈维江，蔡国雄，蔡雅萍，等.10kV配电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式[J].电网技术，2004，28（24）：56-60.
[2]江渝.快速可连续调节消弧线圈谐振接地系统研究[D].重庆，重庆大学，2005.
[3]齐郑，刘宝柱，王璐.广域残流增量选线方法在辐射状谐振接地系统中的应用[J].电力系统自动化，2006，30（3）; 84-88.