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摘要：目前莱钢型钢炼铁备配电室安装了若干台DX06型智能小电流接地选线装置，在2008年7月13日的单相接地故障中未能发挥应有的作用。经过对小电流接地系统的工程应用上的理论分析及选线设备原理、采样误差等方面的分析，提出了减小综合测量误差，提高选线准确性、可靠性的措施。
关键词：小电流接地系统；选线装置：零序电流互感器：误差
中图分类号：TM7
文献标识码：A
文章编号：1671－7597(2010)0720125－01
0 引言
单相接地是中压配网系统中最常见的故障，发生接地后系统虽可继续带故障运行1～2h，但由于非故障相对地电压升高了根3倍，若不及时处理可能会发展为非故障相绝缘破坏继发相间短路的威胁，在接地运行的这段时间里必须设法排除接地点。为了及时准确地判定接地回路，型钢炼铁备配电室安装了若干台DX06型智能小电流接地选线装置，总体使用效果较好，但在2008年7月13日的单相接地故障中该装置选线错误，未能发挥应有的作用。
1 小电流系统单相接地故障线路判定困难的原因
分析小电流系统单相接地时的运行状态，其不同于正常运行状态的信息主要有2点：故障线路流过的零序电流是全系统的电容电流减去自身的电容电流，而非故障线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流。故障线路的零序电流是从线路流向母线，而非故障线路的零序电流是从母线流向线路，两者方向相反，或者说两者反相。从小电流系统单相接地时与正常运行时状态信息的不同看，故障线路的判定似乎非常容易，然而事实并非如此，其原因主要有以下四点：
1)电流信号太小。小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模太小和线路类型(电缆或架空线)有关，数值甚小，经中性点接人消弧线圈补偿后，其数值更小，且消弧线圈的补偿状态(过补偿、欠补偿、完全补偿)不同，接地基波电容电流的特点与无消弧线圈补偿时相反或相同，对于有消弧线圈的小电流系统采用5次谐波电流或零序电流有功功率方向检测，而5次谐波电流比零序电流又要小20～50倍。
2)干扰大、信噪比小。小电流系统中的干扰主要包括2方面：一是在变电站和发电厂的小电流系统单相接地保护装置的装设地点，电磁干扰大；二是由于负荷电流不平衡造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统较小，对地电容电流较小时，接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。
3)随机因素影响的不确定。我国配电网一般都是小电流系统，其运行方式改变频繁，造成变电站出线的长度和数量频繁改变，其电容电流和谐波电流也频繁改变：此外，母线电压水平的高低，负荷电流的大小总在不断地变化；故障点的接地电阻不确定等等。这些都造成了零序故障电容电流和零序谐波电流的不稳定。
4)电容电流波形的不稳定。小电流系统的单相接地故障，常常是间歇性的不稳定弧光接地，因而电容电流波形不稳定，对应的谐波电流大小随时在变化。
2.选线误区判原因分析
由于各种干扰的影响，特别是当系统较小或是加装自动调谐的消弧线圈后，电容电流数值较小，接地点电弧电阻不稳定时，零序电流(或谐波电流)数值很小，可能被干扰淹没，其相位不一定正确，从而造成误判。零序电流互感器的工作条件属于套管型(或称母线型)电流互感器，这种电流互感器原方无绕组，而是将被测回路的导体(引线套管或汇流排)或电缆穿过它的内孔，作为原方绕组，因而仅有1匝。套管型电流互感器在其原方电流小于100A时已不能保证准确度，一般的电流互感器在制作时，额定电流400A以下多采用多匝式结构，这是因为电流互感器的误差决定于它的铁心所消耗的励磷安匝ION1(磁势)占原方绕组总励磁安匝11N1(磁势)的百分数，对于同一台铁心，在相同的原方电流下，原方绕组匝数越少，误差越大。套管型(或称母线型)电流互感器原方绕组仅有1匝，原方电流里激磁电流占的比例较大，造成较大误差。而零序电流互感器实际应用在小电流接地系统中，其原方电流值均很小，正常运行时其原方基本无电流，出现接地故障时其原方电流(故障电流)也很小，一般在10A以下。如该系统接地故障电流大于10A时，规程规定要装设消弧线圈进行补偿，带有消弧线圈补偿时接地故障电流更小，一般小于2～5A(可小到0.2A～0.5A)。当原方零序电流在5A以下时，常规零序电流互感器带上规定的二次负荷后，变比误差达20％以上，角误差达20’以上，当一次零序电流小于1A时二次侧基本无电流输出，无法保证接地检测的准确度。
在2008年7月13日的单相接地故障中，由于部分电源进线未接入选线装置，接入选线装置的部分线路极性接反。整个供电系统供电质量较差，高次谐波分量幅值几乎等于工频分量等原因，导致选线错误。不过我们从中仍可判断出电网的薄弱环节。
3 工程中应该采取的措施
测量环节的综合误差是目前各种微机选线装置误判的主要原因，工程应用中尽量使参数配合适当，减小测量环节的综合误差，有效提高小电流接地选线系统的选线准确率。工程中一般采取的有效措施包括：
1)量选择准确度高的专用零序电流互感器，额定原方电流的选择应保证系统出现最大接地电容电流时能处在零序电流互感器的线性范围内(准确限值)，原方电流的线性测量范围应向下延伸到0.2A左右，用以经消弧线圈接地的小电流接地系统。
2)微机检测装置的电流变换器的线性测量范围应与互感器的二次输出值配套，工程实践计算经验表明：零序电流互感器的二次侧电流一般为mA级，电流变换器的线性测量范围应以mA级起步，例如：CSL-200E系列保护零序最小检测电流为6mA：德国西门子7SJ系列保护的高灵敏接地保护的零序最小检测电流为3mA。
3)接线中尽量减小误差和电磁干扰影响，二次电缆采用屏蔽电缆。屏蔽层两端接地。在安装零序电流互感器时，所有零序CT安装的极性应严格一致(以一次电缆的电流从母线流出为准)；标有“P1”(或“L1”)端应朝向高压母线，零序电流互感器与母线之间不应有接地点，即高压电缆外皮的接地线应穿过互感器在线路侧接地，当电缆穿过零序电流互感器时，电缆头的接地线应通过零序电流互感器后接地，由电缆头至穿过零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘。
经过使用总结，对于使用DX06型智能小电流接地选线装置的处所，还应注意以下几点：1)应保证所有线路的零序CT二次接线严格按同名端接入装置，这样才能保证选线装置的正确工作。因此在现场安装调试时一定要经过零序电压与零序电流接入极性试验方可投入运行。2)电源进线全部接入选线装置，可以提高选线准确率。3)通过一个断路器引出两条以上的电缆时，若末端不连在一起，则作为两条线路处理；若连在一起可装大内经零序电流互感器作为一条线路对待，必须使用多个零序CT时，该回路所有零序CT应具有相同的电气参数(变比、精度等)。
关键词：小电流接地系统；选线装置：零序电流互感器：误差
中图分类号：TM7
文献标识码：A
文章编号：1671－7597(2010)0720125－01
0 引言
单相接地是中压配网系统中最常见的故障，发生接地后系统虽可继续带故障运行1～2h，但由于非故障相对地电压升高了根3倍，若不及时处理可能会发展为非故障相绝缘破坏继发相间短路的威胁，在接地运行的这段时间里必须设法排除接地点。为了及时准确地判定接地回路，型钢炼铁备配电室安装了若干台DX06型智能小电流接地选线装置，总体使用效果较好，但在2008年7月13日的单相接地故障中该装置选线错误，未能发挥应有的作用。
1 小电流系统单相接地故障线路判定困难的原因
分析小电流系统单相接地时的运行状态，其不同于正常运行状态的信息主要有2点：故障线路流过的零序电流是全系统的电容电流减去自身的电容电流，而非故障线路流过的零序电流仅仅是该线路的电容电流。故障线路的零序电流是从线路流向母线，而非故障线路的零序电流是从母线流向线路，两者方向相反，或者说两者反相。从小电流系统单相接地时与正常运行时状态信息的不同看，故障线路的判定似乎非常容易，然而事实并非如此，其原因主要有以下四点：
1)电流信号太小。小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模太小和线路类型(电缆或架空线)有关，数值甚小，经中性点接人消弧线圈补偿后，其数值更小，且消弧线圈的补偿状态(过补偿、欠补偿、完全补偿)不同，接地基波电容电流的特点与无消弧线圈补偿时相反或相同，对于有消弧线圈的小电流系统采用5次谐波电流或零序电流有功功率方向检测，而5次谐波电流比零序电流又要小20～50倍。
2)干扰大、信噪比小。小电流系统中的干扰主要包括2方面：一是在变电站和发电厂的小电流系统单相接地保护装置的装设地点，电磁干扰大；二是由于负荷电流不平衡造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统较小，对地电容电流较小时，接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。
3)随机因素影响的不确定。我国配电网一般都是小电流系统，其运行方式改变频繁，造成变电站出线的长度和数量频繁改变，其电容电流和谐波电流也频繁改变：此外，母线电压水平的高低，负荷电流的大小总在不断地变化；故障点的接地电阻不确定等等。这些都造成了零序故障电容电流和零序谐波电流的不稳定。
4)电容电流波形的不稳定。小电流系统的单相接地故障，常常是间歇性的不稳定弧光接地，因而电容电流波形不稳定，对应的谐波电流大小随时在变化。
2.选线误区判原因分析
由于各种干扰的影响，特别是当系统较小或是加装自动调谐的消弧线圈后，电容电流数值较小，接地点电弧电阻不稳定时，零序电流(或谐波电流)数值很小，可能被干扰淹没，其相位不一定正确，从而造成误判。零序电流互感器的工作条件属于套管型(或称母线型)电流互感器，这种电流互感器原方无绕组，而是将被测回路的导体(引线套管或汇流排)或电缆穿过它的内孔，作为原方绕组，因而仅有1匝。套管型电流互感器在其原方电流小于100A时已不能保证准确度，一般的电流互感器在制作时，额定电流400A以下多采用多匝式结构，这是因为电流互感器的误差决定于它的铁心所消耗的励磷安匝ION1(磁势)占原方绕组总励磁安匝11N1(磁势)的百分数，对于同一台铁心，在相同的原方电流下，原方绕组匝数越少，误差越大。套管型(或称母线型)电流互感器原方绕组仅有1匝，原方电流里激磁电流占的比例较大，造成较大误差。而零序电流互感器实际应用在小电流接地系统中，其原方电流值均很小，正常运行时其原方基本无电流，出现接地故障时其原方电流(故障电流)也很小，一般在10A以下。如该系统接地故障电流大于10A时，规程规定要装设消弧线圈进行补偿，带有消弧线圈补偿时接地故障电流更小，一般小于2～5A(可小到0.2A～0.5A)。当原方零序电流在5A以下时，常规零序电流互感器带上规定的二次负荷后，变比误差达20％以上，角误差达20’以上，当一次零序电流小于1A时二次侧基本无电流输出，无法保证接地检测的准确度。
在2008年7月13日的单相接地故障中，由于部分电源进线未接入选线装置，接入选线装置的部分线路极性接反。整个供电系统供电质量较差，高次谐波分量幅值几乎等于工频分量等原因，导致选线错误。不过我们从中仍可判断出电网的薄弱环节。
3 工程中应该采取的措施
测量环节的综合误差是目前各种微机选线装置误判的主要原因，工程应用中尽量使参数配合适当，减小测量环节的综合误差，有效提高小电流接地选线系统的选线准确率。工程中一般采取的有效措施包括：
1)量选择准确度高的专用零序电流互感器，额定原方电流的选择应保证系统出现最大接地电容电流时能处在零序电流互感器的线性范围内(准确限值)，原方电流的线性测量范围应向下延伸到0.2A左右，用以经消弧线圈接地的小电流接地系统。
2)微机检测装置的电流变换器的线性测量范围应与互感器的二次输出值配套，工程实践计算经验表明：零序电流互感器的二次侧电流一般为mA级，电流变换器的线性测量范围应以mA级起步，例如：CSL-200E系列保护零序最小检测电流为6mA：德国西门子7SJ系列保护的高灵敏接地保护的零序最小检测电流为3mA。
3)接线中尽量减小误差和电磁干扰影响，二次电缆采用屏蔽电缆。屏蔽层两端接地。在安装零序电流互感器时，所有零序CT安装的极性应严格一致(以一次电缆的电流从母线流出为准)；标有“P1”(或“L1”)端应朝向高压母线，零序电流互感器与母线之间不应有接地点，即高压电缆外皮的接地线应穿过互感器在线路侧接地，当电缆穿过零序电流互感器时，电缆头的接地线应通过零序电流互感器后接地，由电缆头至穿过零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘。
经过使用总结，对于使用DX06型智能小电流接地选线装置的处所，还应注意以下几点：1)应保证所有线路的零序CT二次接线严格按同名端接入装置，这样才能保证选线装置的正确工作。因此在现场安装调试时一定要经过零序电压与零序电流接入极性试验方可投入运行。2)电源进线全部接入选线装置，可以提高选线准确率。3)通过一个断路器引出两条以上的电缆时，若末端不连在一起，则作为两条线路处理；若连在一起可装大内经零序电流互感器作为一条线路对待，必须使用多个零序CT时，该回路所有零序CT应具有相同的电气参数(变比、精度等)。