关于小电流接地系统中电缆接地引线与零序功率方向的关系

浅析零序电流有功分量方向接地选线保护原理随着我公司电力改造步伐的加快，越来越多的变电站进行了彻底的现代化改造。

在现有的供电范围中，有很大部分是35KV以下的小电流系统，在改造过程中引进了比较先进的小电流接地选线装置进行接地判断。

本文在综述国内外小电流接地系统单相接地故障保护现状的基础，分析目前各种保护原理的优点与不足，提出一种新颖的零序电流有功分量方向保护原理，并对接地选线保护装置的动作参数进行论述。

标签：小电流接地系统接地保护选择性动作参数0 引言小电流接地系统的优点是单相接地电流较小，单相接地时不形成短路回路，电力系统安全运行规程规定可继续运行1～2h，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。

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。

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，这需要有新的接地选线保护方法。

本文在对常用的接地选线保护原理进行分析比较的基础上，提出一种新的保护考虑方向——零序电流有功分量方向保护，弥补现有装置的不足。

1国内外研究现状国外对接地保护的处理方式各不相同。

俄罗斯的小电流接地系统采用中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式，主要采用零序功率方向和首半波原理。

日本的小电流接地系统中高阻抗和不接地方式均有采用，但电阻接地方式居多。

其选线原理较为简单，不接地系统主要采用功率方向继电器，电阻接地系统则采用零序过电流保护瞬间切除故障线路。

近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面作了不少工作，并已将人工神经网络应用于接地保护。

美国由于历史原因，电网中性点主要采用电阻接地方式，也利用零序过电流保护瞬间切除故障线路。

但是，故障跳闸仅用于中性点经低阻接地系统，对高阻接地系统接地时仅有报警功能。

法国过去以低电阻接地方式居多，采用零序过电流原理实现接地故障保护。

随着城市电缆线路的不断投入，电容电流迅速增大，故已开始采用自动调谐的消弧线圈以补偿电容电流。

小电流接地系统单相接地故障选线技术应用摘要:为了及时确定故障线路,在小电流接地单相接地故障中采用正确合适的选线技术对配电网的安全运行具有十分重要的意义。

当前国内选线装置存在一些问题,很难满足实际工作的需要。

文章对主要选线技术的应用进行了研究,为提高选线的准确率提供了依据。

关键词:小电流接地系统;单相接地;选线技术目前,我国小电流接地系统主要用于3～66kV配电网络。

然而,小电流接地系统在实际运行中容易受到单相接地故障的困扰。

发生小电流接地系统故障时,故障线路对地电容电流值非常小,产生的小电流叠加在更大的数值的负荷电流之上,很难对其进行准确地检测,再加上配电网络呈复杂的拓扑结构造成小电流接地系统选线比较困难。

传统的选线方法是由工作人员依次拉闸,从而确定具体的故障线路。

然而,这种方法存在很大的局限性:有时寻找故障将花费很长的时间;而且人工选线时断路器的断开和闭合操作会影响到配电网络的运行安全。

因此,快速准确的选定故障线路,将有助于提高电气设备的使用寿命和配电网络的供电可靠性,大大减少停电维修的时间,关系到电力供应部门和用户的切身经济利益。

1当前小电流接地系统故障选线装置中存在的问题①故障特征单一。

装置利用故障的某一方面特征作为选线依据,当故障特征的并不明显时选线装置就会出现错误的判断。

虽然有些装置综合采用了多种选线方法,但是其基本原理是几个选线方法的简单叠加,在遇到情况复杂的问题时就无能为力了。

②消弧线圈削弱了故障信号。

在中性点接地经消弧线圈接地系统中,当单相接地故障发生时,消弧线圈的补偿将会削弱故障信号,使选线装置无法得出准确的判断。

③信号处理范围有限。

许多选线装置一般只能处理20～1000 mA的二次信号,如果超过这个限定范围,该装置将无法正确选线。

④注入信号的用处不大。

有些选线选置通过向系统注入弱信号方法实现目的,但这种方法实际上用处不大。

2主要选线技术的应用2.1中性点接地系统选线技术非故障线路三相电流等于本线路的接地电容电流;故障线路三相电流等于所有非故障线路的三相电流之和。

基于接地选线和零序电流保护的小电流接地系统接地故障解决方案目录1．背景 (3)2．研究方向 (3)3．小电流接地选线系统的理论研究 (4)3.1零序电流电压法 (4)3.2基于信号注入法选线装置的工作原理 (5)3.3选线原理对比分析 (5)3.4主流系统对比分析 (6)3.5 装置优缺点对比分析 (9)3.6 实践效果分析 (9)4．基于零序电流保护的电缆线路接地故障解决方案 (10)4.1 零序电流保护配置原则 (10)4.2 零序电流保护配置实施方案 (10)4.3 零序电流保护配置注意事项 (12)1．背景目前油田电网的10kV中压系统采用变压器中性点接地或经消弧线圈接地（中性点非直接接地）。

中性点非有效接地系统的优点在于，发生单相接地故障时，系统能带故障运行，但非接地相相电压升高，长时间运行会破坏绝缘导致故障扩大。

本文基于冀东油田运行现状，就快速找到并准确隔离小电流接地系统接地故障点开展了长期的研究和实践，提出了基于接地选线和零序电流保护的小电流接地系统接地故障解决方案。

2．研究方向目前冀东油田电网主要分为陆上地区和南堡地区两个部分。

陆上地区主要以架空线路为主，南堡地区10kV线路为纯电缆线路。

非直接接地供电系统单项接地时，接地电流为电网的对地容性电流，对于非电缆线路电网，容性电流较小（10A以下），通常可以带接地故障运行数小时（一般为2小时），以便及时查找故障点和消除故障，保障电网连续供电，提高供电可靠性。

所以在非直接接地供电系统中的非电缆线路（架空线路）一般不配置线路零序跳闸保护。

可靠的解决方案为快速进行单相接地故障选线，并定位接地点，为故障巡线提供指导，以最快的速度隔离或带电消除故障点，尽最大努力防止设备损坏和事故扩大。

架空线路电容电流计算公式：I C = U × L ／350 （U ：为线电压/kV ；L :架空线路长度/km ）对于负荷密集、线路较长的纯电缆线路，接地容流较架空线路明显增大（数十安培），发生单项接地时电弧不易自行熄灭，如果系统继续带接地故障运行，不仅会进一步破坏电缆绝缘引起短路故障，还会引起电网电压波动，造成大规模甩负荷或损坏用电设备。

接地距离保护须与零序电流保护共同配合才能构成完整的接地保护一、在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流、零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。

三相星形接线的过电流保护虽然也能保护接地短路,但其灵敏度较低,保护时限较长。

采用零序保护就可克服此不足,这是因为:正常运行和发生相间短路时,不会出现零序电流和零序电压,因此零序保护的动作电流可以整定得较小,这有利于提高其灵敏度;Y/△接线降压变压器,△侧以后的故障不会在Y侧反映出零序电流,所以零序保护的动作时限可以不必与该种变压器以后的线路保护相配合而取较短的动作时限。

1.当电流回路断线时,可能造成保护误动作。

这是一般较灵敏的保护的共同弱点,需要在运行中注意防止。

就断线机率而言,它比距离保护电压回路断线的机率要小得多。

如果确有必要,还可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防止这种误动作2.当电力系统出现不对称运行时,也要出现零序电流,例如变压器三相参数不同所引起的不对称运行,单相重合闸过程中的两相运行,三相重合闸和手动合闸时的三相断路器不同期,母线倒闸操作时断路器与隔离开关并联过程或断路器正常环并运行情况下,由于隔离开关或断路器接触电阻三相不一致而出现零序环流,以及空投变压器时产生的不平衡励磁涌流,特别是在空投变压器所在母线有中性点接地变压器在运行中的情况下,可能出现较长时间的不平衡励磁涌流和直流分量等等,都可能使零序电流保护启动.另外，零序保护一般分为三段或四段。

零序保护的 II 段是与保护安装处相邻线路零序保护的 I 段相配合整定的，它不仅能保护本线路的全长，而且可以延伸至相邻线路二、距离保护是反映短路点至保护安装处距离长度的，动作时限是随短路点距离而变的阶段特性，当短路电流大于精工电流时，保护范围与通过保护的电流大小无关。

距离保护测量的是阻抗值。

距离保护一段不受系统运行方式变化影响。

其余各段受运行方式变化影响也较小，躲开负荷电流的能力较大，因而它对运行方式的适应能力较强。

小电流接地选线装置的应用及原理作者：刘彦敏来源：《中国科技博览》2018年第04期[摘要]随着社会经济文明快速发展，用户对供电质量的要求成倍增加，小电流接地方式愈来愈受到电力部门的推崇。

本文对小电流接地系统进行了简单分析，从而引出小电流接地选线装置的应用重要性和应用情况，最后总结了小电流接地选线装置的相关工作原理。

[关键词]小电流接地系统；小电流接地选线装置；原理中图分类号：S244 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0157-01引言电网小电流接地选线装置是电力行业发展的重要体现之一，这种装置在出现单相接地故障时，不仅不会影响系统电压的对称性，还会因为其电流相对较低，实现对供电设备的保护，因此该装置在当前的电网安装中是较为常见的。

当前仍然将小电流接地选线装置作为电力行业的研究项目，引起大家的关注。

先进的小电流接地选线装置，能够在短时间内快速、准确的找到故障线路，并发出语音警报，对于提升工作人员的工作效率，促进电网的正常运行有积极的推动作用。

1、小电流接地系统小电流接地系统在我国35kV及以下的电压等级电网中应用广泛，使用较多的小电流接地系统主要包括三种方式，即中性点不接地，经消弧线圈接地和经电阻接地。

小电流接地系统的优点表现为，如果一旦发生单相接地故障则不需要对故障部分进行立即断开，突出优点是还可以维持相关企业或个人的供电，在一定程度上保证了电力系统供电的稳定性。

小电流接地系统的缺陷在于电力系统安全运行规程规定接地故障后，只有一到两个小时的可持续运行时间，这时工作人员要对已发现的接地故障做到迅速消除，为了避免由于系统非故障相对地电压长期升高的现象出现，进而发展为多相接地短路故障，这会威胁到设备地绝缘，此时若工作人员不及时处理，则会出现两相短路故障，而且还会由于弧光放电引起全系统过电压，因此加强小电流接地选线装置的应用十分重要。

2、小电流接地选线装置的应用2.1 在中性点直接接地系统中的应用变电站出线一般都采用的电缆出线，需要全部装设小电流接地选线装置，由于在接地时都能产生零序电流，且具有零序通道，对于地处偏远的农村变电站，一般经电缆出线再经架空线路送出，沿途地貌变化复杂，多有竹林、树术，设计线径小，极易发生单相接地。

小电流接地系统零序方向保护和大电流接地系统零序方向保护的区别小电流接地系统必须要有零序CT，自产零序只能用在大电流接地系统中。

小电流接地系统不能用自产零序的原因：小电流接地系统发生单相接地故障时，零序电流的大小为其他非故障线路非故障相电容电流之和。

对于单回路线路来说，其零序电流为零，所以小电流接地系统不能用自产零序。

小电流接地系统的零序电流保护必须要有专用的零序电流互感器，所以装置也必须要有专门的零序电流通道。

大电流接地系统发生单相接地故障时，其零序电流的大小为其他两相电流之和，所以可以用自产零序来作为零序电流保护的动作判据。

对于变压器来说，小电流接地系统中性点是不接地的，所以其中性点没有专门的零序电流互感器，而对于大电流接地系统来说，中性点是直接接地的，所以其中性点可以装专门的零序电流互感器来检测流过中性点的零序电流，因此大电流接地系统有中性点零序电流保护和接地零序电流保护。

对于大电流接地系统来说，其变压器中性点的零序电流保护要注意其极性端的抽取，对于微机保护来说，大电流接地系统的零序方向保护都有两相定值“方向指向母线”和“方向指向变压器”需要设置，其方向定义不同，则零序电流和零序电压的相位关系即不相同：选择“方向指向母线”时零序电压超前零序电流75度左右，选择“方向指向变压器”时零序电流超前零序电压110度左右。

要区分一种装置适用于小电流接地系统还是适用于大电流接地系统，可以从一下方面来判断：1）首先根据动作判据来区分，确定其零序电流使用的是自产零序还是经过专门的零序电流通道的零序电流。

2）根据零序方向保护的动作区间来区分，一般来说小电流接地系统正常时零序电流超前零序电压90度，故障时零序电流滞后零序电压90度，所以其动作区间一般应该为180度—360度；大电流接地系统故障时零序电流超前零序电压110度，其动作区间一般为15度—195度左右。

间隙电流保护的原理传统的保护变压器中性点安全的方法是：将全系统所有变压器的零序过流保护的出口都横向并联在一起，去启动一个公用的出口部件，这个部件叫零序公用中间。

小电流接地选线方法调研1．零序基波分量判据目前应用较多的是应用零序电流的大小和方向来进行单相接地选线。

在中性点不接地系统或小接地系统，故障线路的零序电流I0约等于其它所有非故障线路的总和，方向与非故障线路相反。

所以，可以采用判据：I0i = Max(I0k), k=1~n;Direction(I0i) = -Direction(I0k), k=1~n, k≠i.通常由于系统误差、干扰等原因，测量到的故障线路的零序电流也许不是最大的，但不会超出第三个。

所以一般在取得所有线路的零序电流幅值后，进行比较，选择幅值最大的三个，再进行方向比较；与另外两个方向不同的线路即为故障线路；若方向都相同说明是母线故障。

2．零序五次谐波判据在中性点经过消弧线圈接地的系统，由于零序分量基波电流被消弧线圈补偿，已经无法作为判据区分开故障线路和非故障线路。

考虑到消弧线圈补偿的是线路上的基波电容，而对于五次谐波，电容值相对于基波电容减小为五分之一，电感值则增长五倍，消弧线圈处对于五次谐波近似于是断开的（不接地），因此零序电流中的五次谐波不会被补偿，仍然可以作为接地故障的判据。

计算每条线路的零序电流五次谐波的大小和方向，采用判据I05i = Max(I05k), k=1~n;Direction(I05i) = -Direction(I05k), k=1~n, k≠i.方法与零序基波判据类似。

3．零序分量无功判据测量每条线路的零序电流电压，将零序电流功率分解为有功、无功两个分量，有功分量电流与电压相位相同，无功分量电流与电压呈90°。

在单相接地故障线路，零序电流无功分量与电压呈+90°（超前90°）；非故障线路的零序电流无功分量与电压呈-90°（滞后90°）。

对于不接地或小电阻接地系统，可以采用以上零序基波电流无功分量作为判据；对于经消弧线圈接地的系统，同样需要采用五次谐波。

4．零序分量有功判据测量每条线路的零序电流电压，将零序电流功率分解为有功、无功两个分量，有功分量电流与电压相位相同，无功分量电流与电压呈90°。

小电流接地系统接地选线分析摘要：小电流接地系统的接地选线功能，在综合自动化发电厂、变电所以及电网中是一项重要的功能。

应用得当，将使小电流接地系统选线装置快速找到故障点。

通过认真分析研究小电流接地选线装置的原理，并结合在工程应用上的经验，对小电流接地选线进行分析。

关键词:小电流接地系统；单相接地；小电流接地选线装置应用。

0 引言一般情况下，电力系统的电压等级不高时普遍采用中性点非可靠接地的方式，如在66kv电压等级以下电力系统中普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统方式。

当系统发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往很小，系统线电压仍然对称，系统还可继续运行一段时间，一般不超过2小时。

但是单相故障若不及时处理，其他两相的对地电压升高，会破坏电力设备的绝缘，可能会扩展成两相短路故障甚至其他严重的事故，造成电力系统更大的事故。

为防止系统事故扩大，在接地运行的这段时间里必须设法排除接地点。

于是引入了小电流接地选线问题。

1 小电流接地系统要了解电流接地系统，首先需要了解三相交流电力系统中性点的接地方式：三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。

一般来说，电网中性点接地方式也就是变电所中变压器的各级电压中性点接地方式。

我国110kv及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式。

6～35kv配电网一般采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。

中性点非有效接地方式主要可分为以下三种：不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地。

以小电流接地方式进行中性点非有效接地的系统，称为小电流接地系统。

2 小电流接地系统中的单相接地2.1单相接地故障在小电流接地系统中是最常见的，约占电网故障的80%以上。

单相接地时，由于故障电流小，使得故障选线较困难。

2.2单相接地时中性点不接地系统的特点中性点不接地系统正常运行时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。

小电流接地选线原理六种方法,两种技术——多种方法选线，不同方法互补。

1、智能群体比幅比相法智能群体比幅比相法的基本原理是:对于中性点不接地系统,比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位,故障线路零序电流相位应滞后零序电压９0°并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。

传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰和有效域方面存在一定的缺陷。

智能型的比幅比相方法采用Butterworth数字滤波器,对信号进行有效的数字滤波处理，提取出了更可靠的信号成分,提高了选线正确性。

２、谐波比幅比相法谐波比幅比相法的基本原理是:对于中性点经消弧线圈接地系统,谐波分量处于欠补偿状态。

如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分,则比较所有线路零序电流谐波分量的幅值与相位,故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相;若所有线路零序电流同相，则为母线接地．谐波选线方法采用有效的数字滤波手段,提取出能量最高的谐波频带范围，避免了提取单一谐波频率而导致的误差. ３、小波法小波分析是一门现代信号处理理论与方法,它能有效地分析变化规律不确定和不稳定的随机信号，能够从信号中提取到局部化的有用成分。

利用小波提取单相接地故障暂态信号的选线思路近年来很受重视,国内外刊物上也见到几篇研究该方法的文献。

但目前这些方法只停留在理论研究水平上,没有达到实用化程度，也没有应用实例。

我们经过深入的理论研究和大量的实验分析与改进，实现了实用的小波选线方法。

小波选线方法利用单相接地故障产生的暂态电流和谐波电流作为选线判断的依据。

由于小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路,故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大。

特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障情况下，暂态电流含量更丰富，持续时间更长．暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系,可以用来选线．由于电网中的暂态信号呈随机性、局部性和非平稳性特点,因此利用暂态信息选线的主要困难是如何准确地提取有用的暂态信号、如何合理地表示信号并构造出能适应信号特点的选线判据。