新型小电流接地选线技术的发展与应用

中性点不直接接地系统是我国电网系统采用的最普遍的供电系统，这种系统也叫做小电流接地系统。该系统的优势在于提高了电网的可靠性，但同时该系统发生的单相接地故障一直是业界困扰的难题。目前，基于暂态信号的选线方法是解决该问题的最有效方法，设备通过高速采样捕捉丰富的暂态分量，从而实现选线；而业内刚起步的暂态电压质量监测研究同样基于高速采样系统，通过采集母线三相电压来监测电压质量；因此，将暂态选线及暂态电压质量监测进行一体化试验，是一种大胆尝试和创新。

【关键词】小电流接地 选线技术 暂态电压 一体化

1 小电流接地系统概述

我国配电网系统大多采用中性点不直接接地方式，此类系统发生单相接地故障后的选线问题一直无法得到有效解决。单相接地故障产生的原因有很多，跟系统运行环境也有很大关系，包括电压质量问题。随着经济的高速发展，现代电网与负荷构成出现新的变化，由此带来的电压质量问题越来越多，冲击性负荷、非线性负荷使电网中出现诸如波形畸变、电压闪变、电压凹陷等较为严重的电压质量问题，会加快系统老化，弱化绝缘，引发各种接地故障，直接影响到系统安全运行。

2 小电流接地选线技术现状

目前基于暂态故障分量，多种选线判据集成智能化处理是较为先进的选线技术，这种技术可以综合多种判据为一体，具有有效域优势互补的优点。接地故障发生瞬间，暂态故障分量特征明显；因为时间靠前，且非常短暂，消弧线圈来不及补偿，所以通过高速采样系统捕捉暂态故障分量进行分析的方向是极其正确的。在此基础上，不同算法的有效域筛选，能够保证选线准确率在95%以上。

2.1 智能型比幅比相方法

这种方法的原理是拿母线的零序电压与全部线路零序电流的相位和幅值进行比对，由于故障线路零序电流相位与零序电压间存在90°的差值，即故障线路的零序电流与正常线路呈反相，如果其他线路零序电流皆为同相，则说明母线故障。采用智能化技术之后，比幅比相方法中引入了Butterworth 数字滤波器，克服了以往该方法在信号处理、抗干扰和有效域上存在的缺陷，提高了选线的准确率。

2.2 小波选线方法

此种方法符合现代信号处理的发展趋势，能够准确判断不稳定的随机信号，并从中提前有效的局部信息。小波选线方法的原理是以单相接地故障中出现的暂态电流和谐波电流作为选线的参照物，依靠小电流接地电网单相接地故障所产生的暂态电流来进行判断。接地故障或间歇性接地故障中的暂态电流特性含量丰富，但极难捕捉。通过出现在故障线路上的暂态电流量与非故障线路上数值之和相等、方向相悖来完成选线。

2.3 首半波选线法

这种方法适用于中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网，尤其能够和稳态量选线方法形成互补，对波形很乱的复杂故障作出判断。尽管电流接地系统单相接地故障产生的暂态电流的变化很复杂，但是里面有一个很明显的规律，即在开始的半个周波内，故障线路和正常线路的零序电流极性相反，于是就有了首半波选线方法。

暂态选线法原理已经在多个变电站现场通过验证，应用该理论的选线装置普遍选线准确率在90%以上。

3 电压在线监测技术现状

3.1 暂态过电压监技术亟待提高

过电压是线路故障的最大元凶，无论是内部过电压还是雷电过电压，不仅对电网一次设备的绝缘造成巨大威胁，还会引发重大事故。电力部门尤其要重视恶劣条件造成的绝缘弱点，及时对过电压进行监测，对于整个系统的运行具有重大意义。

3.2 高速采样技术是电压监测的发展方向和现实需求

对电压进行监测，随着追踪和自动记录波形幅值和时间，可以及时发现故障对线路造成的影响和变化，为判断故障提供重要的处理数据。所以，数据采集是判断线路故障的一个重要工作程序。

目前，稳态电压质量问题的研究和应用已日臻成熟，但暂态电压质量问题的研究则起步较晚，相对于日渐成熟的暂态保护技术，暂态电压质量问题的研究在国内仅刚刚有所认识，鲜见应用。它属于稳态电压质量的延伸，虽然影响范围小，但后果却比较严重，可以预见，这将成为电力部门所面临的一个严峻问题。

4 新型选线设备设计

近年来，基于暂态信号的选线技术被认为是解决小电流系统单相接地故障问题的最佳手段。暂态选线技术需要高速采样系统作为支撑，它能过采集和分析母线零序电压和各线路零序电流来实现选线；暂态电压质量监测也需要高速采样系统，通过采集母线三相电压来监测电压质量，因此，将暂态选线及暂态电压质量监测实现一体化，把单相接地故障当作电压质量问题中的一类进行处理，将原本孤立的两种现象联系在一起，有利于我们研究和分析故障的本质，从而找到更好的应对措施和解决办法。

二者结合，从工程实施角度看，由一台装置完成原本由两台装置才能完成的功能，节省安装空间和大量的重复接线工作；从运行管理角度看，减少了运行维护工作量和处理环节；从应用研究角度看，二者结合，还能扩展出很多实用功能，如绝缘预警、系统运行状态评估等；此外，还能对一些前沿领域问题展开研究，如电压瞬变、铁磁谐振等。

为两项技术能有效结合，在硬件方面，试验采用飞思卡尔冷火芯片作为主处理器，主频400MHz，运算处理能力高达600MIPS；由CPLD控制高速高精度16位同步A/D转换器，实现高速采样系统，速率达51.2K（每周波1024点）；同时提供双串口和双以太网通信接口，以满足变电站/配网自动化的发展需求。

CPU模块可采用ColdFire微处理器、EPM240可编程逻辑器件、用来存储数据及程序的大容量Flash芯片（512M）、用来暂存数据的大容量SDRAM及以太网通信芯片组成。

5 结束语

小电流系统单相接地故障选线一直是行业内难题，基于暂态信号的选线方法是解决这一难题的钥匙。本文将暂态选线及暂态电压质量监测设计一体化，是一种大胆尝试和创新，不仅仅是功能的简单组合，二者结合更能扩展出很多实用功能，如绝缘预警、系统运行状态评估等；可期待，本技术对推动选线技术和电压质量问题的研究和发展，对行业推动的重大意义。

参考文献

[1]李甫成，赵桂英.一种小电流接地选线新方法的研究[J].新疆电力技术，2010（02）.

[2]袁宇春，林志波，吴向军.新型小电流接地选线装置的研制[J].西华大学学报（自然科学版），2009（02）.

作者简介

毕小熊，毕业于昆明理工大学。现为云南电网公司玉溪供电局助理工程师。

作者单位

云南电网公司玉溪供电局 云南省玉溪市 653100