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【摘 要】 近些年来，电力系统配电网的安全可靠运行备受关注，小电流接地系统中发生最多的就是单相接地故障，同时非故障相相电压升高为线电压，容易在系统绝缘薄弱处造成绝缘击穿，引发进一步的系统故障，因此就需要尽快找到故障线路及故障点并予以切除。本文在对小电流接地系统故障定位难点分析基础上，提出小电流接地系统接地选线判据和方法。
【关键词】 小电流；接地系统；选线方法
一、小电流接地系统故障定位难点分析
（一）故障信号小
一般10kV配电系统负荷电流在150A～300A之间，根据国标要求，若电容电流大于30A，中性点不接地系统应改为经消弧线圈接地系统，所以中性点不接地系统故障电容电流一定在30A以内。可见，故障电流与正常负荷电流相差一个数量级；特别是在经消弧线圈接地系统中，由于消弧线圈的补偿作用，工频故障零序电流信号几乎为零。
（二）消弧线圈的应用
随着消弧线圈的应用，变电站母线至故障点路径上的故障零序电流特征会被破坏。当消弧线圈采用完全补偿方式时，流经故障线路、非故障线路和故障点下游线路的零序电流都是该段线路本身的电容电流，电容性无功功率的实际方向都是山母线指向线路，幅位差别仅与线路长度有关。当消弧线圈采用过补偿方式时，流经故障线路的零序电流将大于本身的电容电流，而电容性无功功率的实际方向仍然是由母线指向线路，和非故障线路、故障点下游线路的方向一样。在这种情况下，无法利用相位的差别来判断故障线路。其次由于过补偿度不大，因此也无法像中性点不接地电网那样，利用故障点两侧零序电流大小差异找出故障点。
（三）接地电弧的影响
现场的单相接地故障中，很多为瞬时性或间歇性接地故障，其故障处通常为电弧接地；即使是金属性接地故障，其故障发展的一般过程为：间歇性电弧接地、稳定电弧接地、金属性接地。电弧接地故障的发展较为复杂，一般认为电弧在接地电流过零时熄灭，而在电压接近峰值时重燃。对于电弧接地、特别是间歇性电弧接地，由于没有一个稳定的接地通路，使得基于稳态信号的检测方法、注入信号法失去了理论基础。
（四）故障信号获取困难
目前应用于小电流接地系统单相接地故障检测的一些方法和装置，需要检测系统的零序电压信号，而零序电压主要通过线路上安装的电磁式电压互感器获得。如果在每个检测点安装零序TV来获取零序电压，易使系统产生铁磁谐振等安全隐患，不利于大面积推广。也正是如此，有些效果很好的故障检测方诊受到限制，至今未能现场应用。
（五）故障数据不能批量传输
利用瞬时值的故障定位方法，例如相关系数法、极性比较法等，需要将完整的暂态零序电流信号通过通信网络上传主站，传输数据量大。配电自动化系统通道带宽有限，难以传输故障录波等批量数据，利用GPRS的无线传输也不能实现故障信息的批量传输。
（六）检测点的对时误差
暂态信号法已在小电流接地系统故障选线中应用成功，主要有暂态零序电流幅值比较法、极性比较法、暂态无功功率方向法等。由于选线装置安装在变电站中，能够将各出线的零序电流信号同时接入选线设备，易于实现信号的同步，从而能够成功应用暂态信号法。
在故障定位系统中，主要是依靠线路上安装的馈线终端单元检测暂态零序电流等信号。配电自动化系统利用故障定位主站实现FTU之间的同步，对时误差通常为几毫秒，由于暂态信号频率高、变化快，对于主谐振频率为1kHz的两个相同信号，若其中一个信号延迟0.5ms，两信号极性便相反。这样，利用暂态信号幅值比较、极性比较、暂态无功功率比较、相关性比较等方法的正确性都难以保证。
二、小电流接地系统故障选线判据和方法
目前自动选线装置所采用的选线方法，概括起来有两大类：稳态量选线方法和暂态量选线方法。
（一）稳态量选线方法
（1）零序电流幅值法和相位法
零序电流幅值法是通过比较各条出线零序电流的大小，最大者为故障线路；相位法是比较零序电流的方向，与其他线路电流方向相反者为故障线路。在线路长短差别很大，故障发生在短线上，或接地电阻很大、有不稳定电弧接地时，由于故障电流很小或没有一个稳定的接地电流，很难准确计算零序电流的大小和相位，因此使用零序电流幅值法或相位法很容易产生误判。现在使用较多的是群体比幅比相法，先找出3條零序电流最大的线路，再对3个电流比较相位，若某线路电流与其他两电流相位相反，则判断为故障线路；若三者均同相，则判断为母线故障。群体比幅比相法采用相对比较的方法，提高了检测的可靠性，可有效地判断中性点不接地电网的大多数单相接地故障。对中性点经消弧线圈接地的电网，由于消弧线圈中电感电流的补偿作用，故障线路与非故障线路零序电流的方向相同，大小相差不大，因此零序电流幅值法和相位法不再适用。
（2）谐波法
在中性点经消弧线圈接地的电网中，消弧线圈的电感值是根据基波频率整定的，即：对于五次谐波，线路电容容抗缩小5倍，消弧线圈感抗增大5倍，所以五次谐波电感电流是电容电流的1/25，消弧线圈的补偿作用可忽略。对五次谐波可近似看成是中性点不接地的系统，因此可根据故障线路的五次谐波零序电流比非故障线路大且方向相反的特点来进行选线，称为五次谐波法。为了进一步提高灵敏度，可采用多次谐波平方和法，将故障时各线路零序电流的3、5、7次谐波分量平方求和，幅值最大的为故障线路。
谐波法的优点是可以克服消弧线圈的影响，但在实际运行中，由于五次谐波分量较小（小于基波分量的10%），在高阻接地或线路较短时数值更小，给检测和提取带来更大的困难，易造成误判。
（3）零序电流有功分量法
由于线路对地存在电导、消弧线圈存在电阻损耗，故障时各线路存在零序电流有功分量，非故障线路和消弧线圈中的有功电流都经过接地点形成回路，因此故障线路中的零序电流有功分量最大且由线路流向母线，与非故障线路方向相反，据此可进行故障选线。实际的选线装置可利用各线路的零序电压和零序电流计算并比较零序有功功率的大小和方向来进行选线。
【关键词】 小电流；接地系统；选线方法
一、小电流接地系统故障定位难点分析
（一）故障信号小
一般10kV配电系统负荷电流在150A～300A之间，根据国标要求，若电容电流大于30A，中性点不接地系统应改为经消弧线圈接地系统，所以中性点不接地系统故障电容电流一定在30A以内。可见，故障电流与正常负荷电流相差一个数量级；特别是在经消弧线圈接地系统中，由于消弧线圈的补偿作用，工频故障零序电流信号几乎为零。
（二）消弧线圈的应用
随着消弧线圈的应用，变电站母线至故障点路径上的故障零序电流特征会被破坏。当消弧线圈采用完全补偿方式时，流经故障线路、非故障线路和故障点下游线路的零序电流都是该段线路本身的电容电流，电容性无功功率的实际方向都是山母线指向线路，幅位差别仅与线路长度有关。当消弧线圈采用过补偿方式时，流经故障线路的零序电流将大于本身的电容电流，而电容性无功功率的实际方向仍然是由母线指向线路，和非故障线路、故障点下游线路的方向一样。在这种情况下，无法利用相位的差别来判断故障线路。其次由于过补偿度不大，因此也无法像中性点不接地电网那样，利用故障点两侧零序电流大小差异找出故障点。
（三）接地电弧的影响
现场的单相接地故障中，很多为瞬时性或间歇性接地故障，其故障处通常为电弧接地；即使是金属性接地故障，其故障发展的一般过程为：间歇性电弧接地、稳定电弧接地、金属性接地。电弧接地故障的发展较为复杂，一般认为电弧在接地电流过零时熄灭，而在电压接近峰值时重燃。对于电弧接地、特别是间歇性电弧接地，由于没有一个稳定的接地通路，使得基于稳态信号的检测方法、注入信号法失去了理论基础。
（四）故障信号获取困难
目前应用于小电流接地系统单相接地故障检测的一些方法和装置，需要检测系统的零序电压信号，而零序电压主要通过线路上安装的电磁式电压互感器获得。如果在每个检测点安装零序TV来获取零序电压，易使系统产生铁磁谐振等安全隐患，不利于大面积推广。也正是如此，有些效果很好的故障检测方诊受到限制，至今未能现场应用。
（五）故障数据不能批量传输
利用瞬时值的故障定位方法，例如相关系数法、极性比较法等，需要将完整的暂态零序电流信号通过通信网络上传主站，传输数据量大。配电自动化系统通道带宽有限，难以传输故障录波等批量数据，利用GPRS的无线传输也不能实现故障信息的批量传输。
（六）检测点的对时误差
暂态信号法已在小电流接地系统故障选线中应用成功，主要有暂态零序电流幅值比较法、极性比较法、暂态无功功率方向法等。由于选线装置安装在变电站中，能够将各出线的零序电流信号同时接入选线设备，易于实现信号的同步，从而能够成功应用暂态信号法。
在故障定位系统中，主要是依靠线路上安装的馈线终端单元检测暂态零序电流等信号。配电自动化系统利用故障定位主站实现FTU之间的同步，对时误差通常为几毫秒，由于暂态信号频率高、变化快，对于主谐振频率为1kHz的两个相同信号，若其中一个信号延迟0.5ms，两信号极性便相反。这样，利用暂态信号幅值比较、极性比较、暂态无功功率比较、相关性比较等方法的正确性都难以保证。
二、小电流接地系统故障选线判据和方法
目前自动选线装置所采用的选线方法，概括起来有两大类：稳态量选线方法和暂态量选线方法。
（一）稳态量选线方法
（1）零序电流幅值法和相位法
零序电流幅值法是通过比较各条出线零序电流的大小，最大者为故障线路；相位法是比较零序电流的方向，与其他线路电流方向相反者为故障线路。在线路长短差别很大，故障发生在短线上，或接地电阻很大、有不稳定电弧接地时，由于故障电流很小或没有一个稳定的接地电流，很难准确计算零序电流的大小和相位，因此使用零序电流幅值法或相位法很容易产生误判。现在使用较多的是群体比幅比相法，先找出3條零序电流最大的线路，再对3个电流比较相位，若某线路电流与其他两电流相位相反，则判断为故障线路；若三者均同相，则判断为母线故障。群体比幅比相法采用相对比较的方法，提高了检测的可靠性，可有效地判断中性点不接地电网的大多数单相接地故障。对中性点经消弧线圈接地的电网，由于消弧线圈中电感电流的补偿作用，故障线路与非故障线路零序电流的方向相同，大小相差不大，因此零序电流幅值法和相位法不再适用。
（2）谐波法
在中性点经消弧线圈接地的电网中，消弧线圈的电感值是根据基波频率整定的，即：对于五次谐波，线路电容容抗缩小5倍，消弧线圈感抗增大5倍，所以五次谐波电感电流是电容电流的1/25，消弧线圈的补偿作用可忽略。对五次谐波可近似看成是中性点不接地的系统，因此可根据故障线路的五次谐波零序电流比非故障线路大且方向相反的特点来进行选线，称为五次谐波法。为了进一步提高灵敏度，可采用多次谐波平方和法，将故障时各线路零序电流的3、5、7次谐波分量平方求和，幅值最大的为故障线路。
谐波法的优点是可以克服消弧线圈的影响，但在实际运行中，由于五次谐波分量较小（小于基波分量的10%），在高阻接地或线路较短时数值更小，给检测和提取带来更大的困难，易造成误判。
（3）零序电流有功分量法
由于线路对地存在电导、消弧线圈存在电阻损耗，故障时各线路存在零序电流有功分量，非故障线路和消弧线圈中的有功电流都经过接地点形成回路，因此故障线路中的零序电流有功分量最大且由线路流向母线，与非故障线路方向相反，据此可进行故障选线。实际的选线装置可利用各线路的零序电压和零序电流计算并比较零序有功功率的大小和方向来进行选线。