小电流接地选线功能在智能后台中的实现
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摘要：小电流接地选线装置用于判断低压配网中发生单相接地故障的线路，文章介绍了两种实现小电流接地选线的途径，并分别分析了其优缺点，针对后台机实现接地选线功能所存在的缺点提出了完善的措施。
关键词：小电流接地选线；低压配网；后台机；接地故障；零序电压
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2011)01-0079-02
我国电力系统中性点的运行方式主要有中性点不接地，中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地。其中中性点不接地，中性点经消弧线圈接地系统称为小电流接地系统。经消弧线圈接地的小电流接地系统，在系统发生单相接地后，由于消弧线圈电感电流的补偿，接地线路的电流数值将变得很小，其故障特征很不明显。
小电流接地选线装置是一种安装在变电站，用于系统发生单相接地时，判断线路接地故障的一种智能监测设备。随着变电站综合自动化水平的提高，后台监控系统的逐步完善，将小电流接地选线的功能通过后台实现，不仅能节省硬件设施成本，也省去了电缆敷设，且便于操作和监控。
1 接地选线的原理
1.1 零序功率方向原理
中性点不接地系统正常运行时，各相对地电压对称，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。若线路各相对地电容相同，在各相电压作用下各相电容电流相等，且均超前于相应相电压90°当系统发生单相接地故障时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压变为线电压，这时出现等于电网正常工作时相电压的零序电压。同时，故障线路和非故障线路均出现零序电流，非故障线路的零序电流等于本线路接地电容电流且超前零序电压90°。故障线路的零序电流等于所有非故障线路零序电流之和，且滞后零序电压90°，所以，故障线路与非故障线路的零序电流相差180°。
零序功率方向原理的小电流接地装置就是利用在系统发生单相接地故障时，故障与非故障线路零序电流反相的原理，由零序功率继电器判别故障与非故障线路，从而选出故障线路。
1.2 谐波电流方向原理
中性点不接地系统发生单相接地故障时，在各线路中都会产生零序谐波电流。谐波次数增加时，相对应的感抗增加，容抗减小，故总能找到一个m次谐波，此时故障线路与非故障线路m次谐波电流方向相反，同时对所有>m次谐波的电流均满足这一关系。利用这种判断谐波电流方向原理构成的接地选线装置不受系统运行方式变化及过渡电阻的影响，谐波电流相位关系与幅值无关。
1.3 外加高频信号电流原理
中性点不接地系统发生单相接地时，通过电压互感器二次绕组向母线接地相注入一种高频信号电流，该高频信号电流主要沿故障线路接地相的接地点入地，经其他非故障线路接地相对的电容入地的高频信号电流极小。用一只电磁感应及谐波原理制成的信号电流探测器，靠近线路导体接收该线路故障相流过的信号电流(故障线路与非故障线路接地相流过的信号电流的比值大于10倍)，便可判断出线路是否故障接地。
1.4 首半波原理
该原理基于不接地系统的接地故障往往发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。当电压接近最大值时，若发生接地故障，则故障相电容电荷通过故障线路向故障点放电，故障线路分布电感和分布电容使电流具有衰减振荡特性，且该电流不受消弧线圈的影响。
2 实现接地选线的功能的方法
2.1 采用独立的小电流接地选线的装置
通过敷设二次电缆将小电流接地选线装置于电气设备连接。其优点是具有单独的装置，便于对设备的单独维护及装置的升级，并且有效的防止了工作中对于其他运行设备的误碰或误操作。但是独立的小电流接地选线装置也有其缺点。
(1) 要求加装专用的零序电流互感器，敷设大量的二次电缆用于采集装置所需的各种信息，增加了成本和耗材。
(2) 一些综合自动化变电站中使用的接地故障选线装置软件，由于存在检测数据误差大、误判率较高、甚至判别不出接地故障线路的问题，导致许多选线功能闲置或退出，转而采用手动拉闸试验的原始方法查找接地。
(3) 小电流接地选线装置与综合自动化系统，因不是同一厂家或虽是同一厂家但设计未考虑通讯，造成互相无法通讯，规约不符，相互脱节。
2.2 集成在后台监控系统中的小电流接地选线程序
在后台监控系统中集成小电流接地选线功能，各种所需的采样信息均由保护装置提供，通过网线传送至后台机经程序进行选线判别。这样就节省了专门的硬件设备和相应的二次电缆，但是同时也存在一些问题。
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后台实现接地选线的功能存在的问题及解决方法
3.1 选线的准确性
电网单相接地故障的类型多种多样，主要可分为稳定性接地故障和非稳定性接地故障。稳定性接地故障又包括金属性接地、低阻接地和高阻接地等类型；非稳定性接地故障又包括短时性的电弧接地故障和不稳定的间歇性电弧接地故障。对于上述接地故障，各线路零序电流中可能只含有工频稳态分量，也可能只含有暂态分量或二者都有。因此，单纯的基于稳态分量或者单纯的基于暂态分量分析的选线方法均难以保证选线的准确性。
单相接地故障选线基本上是依靠零序电流比较法进行的，非故障相的零序电流等于本身对地电容电流值，其相位超前零序电压90°，故障相的零序电流等于全网非故障相对地电容电流的总和，其相位滞后零序电压90°。当线路上发生单相非金属接地时，由于受接地电阻及三相对地电容不平衡的影响，能够选出故障线路范围很小，所以，此接地选线程序的基本程序，应针对各种可能出现的故障类型来完善程序，以保证选线的准确性。
3.2 网络的可靠性
变电站所有设备的采样信息均由网络传输，一旦网络通讯中断，在线路有故障时，所有的信息无法上送到后台机，也就无法进行选线判别。因此，可靠的网络在本套系统中显得尤为重要，只有提高网络传输的可靠性才能保证接地选线的正确性，例如采用双网传输，或者采用传输介质更为可靠的光纤等，光纤相对于超五类线具有抗电磁干扰性好、保密性强、速度快、传输容量大等优点，但是需要增加光端收发器等设备，成本较高。
3.3 后台机的稳定运行
影响后台机稳定运行的因素有很多，例如，周围环境温度过高，系统感染计算机病毒，后台机内部灰尘过多，影响散热，运行人员操作不当等。针对这些因素，应该改善设备运行的环境，保证适宜的温度和适度；保证后台机独立运行，避免后台机与外界的电子存储设备的接触：定期对后台机的内部清理灰尘：对运行人员进行有针对性地培训，提高运行人员的综合水平。
3.4 后台机处理数据的速度
随着变电站综合自动化系统地完善，后台机所采集的信息量越来越多，包括故信号、保护启动、开关变位、SOE等。尤其在故障发生时，会有大量的故障信息，故障报文的上送，会影响后台机的运行和处理数据的速度。要能够准确迅速的处理故障报文，并对故障线路进行选线，这就要求后台机具备处理大量数据的能力。
为保证后台机的运行速度，在此接地选线程序中应首先加入零序电压启动程序，设定一个零序电压为启动值，当零序电压未达到改定值值，此程序不启动：当零序电压达到该定值，接地选线程序启动。另外，通过提高后台机本身的硬件水平也是提高后台机处理数据速度的另一有效手段。
4 结论
在后台集成的小电流接地选线功能不仅成本低廉、升级简单而且操作简单便于维护。随着后台机监控系统的进一步完善，以及计算机软件和硬件水平的逐步提高，集成在后台监控的小电流接地选线必将成为日后的发展趋势。
参考文献
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作者简介：舒选石(1972-)，男，河南安阳人，安阳供电公司工程师.研究方向：电力系统继电保护；段少辉(1982-)，男，河南安阳人.供职于安阳供电公司.研究方向：电力系统继电保护；于培杰(1980-).男.河南周口人，供职于安阳供电公司，研究方向：电力系统继电保护。