基于零序功率及谐波相位综合法的小电流接地系统微机选线装置

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ZK-XDL6000小电流接地选线装置技术说明

1. ZK-XDL6000小电流接地选线装置技术说明1.1装置适用范围ZK-XDL6000小电流接地选线装置适用于3KV－110KV中性点不接地或中性点经电阻、消弧线圈接地的变电站线路单相接地故障选线，适用于不同电压等级(110kV、66kV、35kV、10kV、6kV、3kV)的系统。

可广泛用于发电厂、水电厂、变电所及大型厂矿企业的供电系统作为线路和母线单相接地故障报警或用于线路接地跳闸保护。

ZK-XDL6000小电流接地选线装置实时采集系统故障信号，应用多种选线方法进行综合选线，具体包括：智能型比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法等。

装置为各种方法确定有效域，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，并将多种选线方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。

为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔一定时间(1～5秒)重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选线计算就不停止；装置能准确识别直接接地、经电阻接地、弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障类型；能根据各段母线的零序电压变化自动判断系统运行方式，即各段母线并列运行或是分段运行；装置运行稳定、消耗能量小、使用寿命长、不易老化；质量轻、体积小、方便运输，易安装、易维护、性能稳定（无需风扇、无任何机械部件）可靠性非常强；装置单台最大容量可达6段母线48条出线；可应用于传统的变电站、新型的数字化变电站、智能化变电站。

1.2装置技术特点1）全嵌入式硬件结构平台ARM（Acorn RISC Machine）嵌入式模块化CPU，功能合理分散、结构紧凑、易于扩展、充分保证装置具有强大的数据吞吐及处理能力，实现了高性能、高可靠性、免风扇、低能耗的整机一体化工业级设计。

2）先进可靠的软件平台采用嵌入式Linux 实时多任务操作系统平台，采用组件化的软件系统结构，大大提高软件系统的可靠性、保证整个装置具有优异的整体性能。

SDWJ系列小电流接地选线装置

小电流接地选线装置一、装置简介单相接地是中压配网中最常见的故障，发生接地后系统虽可以继续带故障继续运行，但是由于非故障相对地电压升高，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。

及时准确地判定接地回路是快速排除单相接地故障的基础，实现判定接地故障回路的保护装置通常被称为小电流接地选线装置，但早期的选线装置经常发生误选和漏选，效果不能令人满意。

SDWJ小电流接地选线装置采用基于暂态零序电流幅值比较的综合选线理论，通过高速采样，提取和分析接地发生瞬间暂态零序电流的各次谐波分量，利用特征频带的特有性质识别出故障线路。

该选线理论需要强大的硬件平台支持，因此本装置采用MCU+ARM结构，ARM负责人机和通讯管理，MCU完成选线任务。

二、型号说明三、装置特点3.1强大稳定的硬件平台a)ARM系统，保护和监控相对独立，更加稳定可靠；b)Samsung主流32位微处理器，数据处理和逻辑运算能力强大；c)12片16位AD，每周波512点同时采样；d)功能强大的FPGA，控制AD采样和实现逻辑编程出口e)以太网+RS485通讯模式，各通讯通道完全独立；f)具有打印功能，可实现就地打印（此功能选配）g)全触摸屏设计，面板无需按键，更加可靠。

3.2嵌入式实时多任务操作系统a)采用嵌入式实时多任务操作系统linux，对硬件资源进行最有效的管理；b)充分满足电力系统对实时性的要求。

3.3人性化的设计理念a)全汉化触摸彩色液晶屏幕显示，操作简单、方便，提供全程在线帮助菜单和图形化、表格化的输出界面；b)可以独立整定多套保护定值，定值在线整定和切换，完全方便；c)即插即用的设计理念；d)过程全息再现技术的运用；e)实时电压电流波形显示f)适合工业美观的外观设计。

3.4免调节、易维护的概念设计a)整机无可调节元件，选用高精度、高稳定的工业级器件，保证正常运行的高精度，避免因环境改变或长期运行而造成的采样误差增大；b)具备完善的自检功能，装置异常可以定位到芯片；3.5专业化的结构设计a)装置采用整面板背插式结构设计，强弱电完全分开，电磁兼容性能卓越；b)整机密封性好，精心的防尘、抗震设计，可实现全分散安装，不需要任何外部抗干扰器件；c)功能的模块化设计，功能的增减和移动可以通过插件的拔插实现，即插即用。

小电流接地选线装置原理及选用

要特点是：适应于中性点不接地或经消弧线圈接地系统，无需增加变电站一次设备，不要改造增加电流互感器；单相接地自动选线，自动报警；可以通过信号电流探测器，准确地找到线路接地故障点。但是该种原理的装置投入运行时间不长，运行经验少。
（4）首半波原理。首半波原理是基于接地故障信号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，该电流不经过消弧线圈，因而不受消弧线圈影响。按此原理生产的接地选线装置是不能反映相电压较低时的接地故障，易受系统运行方式和接地电阻影响，存在工作死区。
变电站实现无人值班后，上述接地检查方法就不适用了,需要有一种新的接地检查方法，来完成中性点不接地系统配电线路接地检查。该装置工作不受系统运行方式和接地点过渡电阻的影响；能用于中性点不接地或经消弧线圈接地方式系统；调试应简单，维护量要小，不需进行定值整定；能适应长短不同的线路，架空线路及电缆线路，对线路多少不限；在系统发生单相接地时，能自动区分是变电站母线接地还是配电线路接地，自动选择显示线路编号、名称及母线段号；瞬时接地记忆、存储；配有通信接口，能与 RTU 通信。
零序功率方向 MLN98
架空线三相电流互感器，电缆零序电流互感器或三相电流互感器
谐波功率方向 MLX/98
同左
外加高频信号电流 TY-01/02
对电流互感器无要求
每面屏增加 1 根电缆引入装置及 2 根电压电缆
同左
需 2 根电压电缆引入装置，02 型需 1 根三芯通信电缆
三相电流互感器变比特性、精度要一致，变比要适
配电网络是离用户最近，与用户关系最密切的网络。随着电力体制改革的不断深入和社会的不断进步，供电可靠率指标是供电企业服务水平的重要指标，已成为供电企业对外承诺的重要内容。配电网络的运行状况、供电可靠程度直接影响到能否为用户提供一个价廉质优的电力问题，直接关系到群众生活、社会稳定和经济发展。因此，提高配电网络的供电可靠性意义重大，需要从事实际管理工作的各个岗位人员的共同努力。 ■

基于零序信号全波形识别的小电流接地系统故障选线方法

基于零序信号全波形识别的小电流接地系统故障选线方法袁嘉玮;焦在滨
【期刊名称】《电网技术》
【年(卷),期】2024(48)2
【摘要】小电流接地系统发生单相接地故障时,故障电流微弱,暂态特征复杂,导致现有选线方法正确率偏低,可靠性较差。

该文提出了一种基于零序信号全波形识别的选线方法。

首先,介绍了基于故障信号全波形识别的通用方法,指出从波形的角度认识并识别信号,可以充分利用信号的全部故障信息;其次,选取母线电压和所有馈线电流波形作为待识别信号,并根据电流波形分布特征自适应捕捉信号中特征差异最明显的波形进行故障识别,提出了基于故障信号全波形识别的选线方法;然后,利用改进后的全卷积神经网络来识别不同信号波形,并基于Dice系数对识别出的故障信号波形进行可信赖性评价。

最后,PSCAD仿真和真型实验测试结果表明该方法具有很高的选线正确率和可靠性。

【总页数】12页(P839-850)
【作者】袁嘉玮;焦在滨
【作者单位】西安交通大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM721
【相关文献】
1.小电流接地系统故障选线的暂态零序电流变化率方法
2.利用暂态零序电流波形特征的谐振接地系统故障选线方法
3.基于暂态零序电流的小电流接地系统故障选线装置
4.基于补偿参数的多零序电流互感器的小电流接地系统单相接地故障选线方法
5.基于零序电流分析的小电流接地系统单相接地故障自动选线方法
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小电流接地选线装置的应用

小电流接地选线装置的应用在我国10~35kV电网中，普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式，这两种方式统称为小电流接地系统。

小电流接地系统单相接地故障是电网最常见的故障之一，当发生单相接地故障时，虽然在高压侧发生了故障相电压降低和非故障相电压升高，引起中性点位移，但线电压仍然是对称的且故障电流小，对供电设备不致造成危害，用户仍可继续工作。

但单相接地故障有可能发展成为两相接地短路故障或其他形式的故障，为保证设备及人员安全，应及时找出接地故障线路以便迅速处理。

对于单相接地故障的检测，传统的方法是采用副二次绕组接成开口三角形的三相电压互感进行检测。

为了寻找故障线路，值班员通常采取轮流拉闸的办法来确定具体的故障线路。

这种方法，会给安全运行及用户的生产造成一定的影响，降低了用户的供电可靠性。

随着微机技术的发展，出现了微机型的小电流接地选线装置，这种装置可以在不对线路拉闸停电的情况下找到故障线路，因此与传统检测方案相比有很大的优越性。

小电流接地选线装置的原理有以下几种：一、零序功率方向原理我们知道中性点不接地系统在正常运行时，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。

如果线路各相对地电容量相同，在各相电压作用下各相电容电流相等并超前于相应相电压90°。

单发生单相金属性接地时，经过分析可得出几点结论：a、故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，出现零序电压，大小等于电网正常的相电压；b、非故障线路零序电流3I0等于本线路的充电电流，其相位超前于零序电压90°；c、故障线路零序电流3I0等于全部非故障线路充电电流的总和，其相位滞后于零序电压90°；d、接地故障处电流的大小等于全部线路接地充电电流的总和，其相位超前于零序电压90°。

所以，故障线路与非故障线路出现零序电流相差点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进，故障与非故障线路零序电流反相，由零序功率继电器判别故障与非故障电流。

SYDML微机小电流接地选线装置.

系统无单相接地故障时，装置处于监视状态，液晶屏显示当前日期与时间，当PT开口三角输出零序电压大于整定值（出厂设置为30V）时，表示系统发生单相接地，此时CPU将采集的零序电压数据和所有的零序电流数据进行滤波、排序、判断、经过多次综合分析后，将接地故障信息（如接地起始时刻、故障线路号、故障累计时间等），送液晶屏显示，并将判断结果送继电器输出或串口输出。
接地方式：适用于中性点不接地、消弧线圈接地或电阻接地系统。
出线方式：电缆或架空线。
零序电流输入范围：20～1000mA（大于时，订货时须声明）。
零序电压输入范围：0～120V。
报警输出触点容量：AC 250V5A； DC 30V5A。
额定工作电压：AC/ DC 220V20%； DC110V±20％ (订货时声明)。
额定工作频率：50Hz。
整机功耗：<25W。
通信接口：RS232/485（任选其一，请在订货时说明），波特率1200～9600bps。
通信规约：内置三种通信规约CM90、CDT、MODBUS。
4工作原理
采用谐波分析法，结合暂态过程的小波分析法与稳态过程的零序能量法，采用微机实现智能选线方法。其工作原理如下：
SYD-ML300微机小电流接地选线装置，能在系统发生单相接地时，准确、迅速地选出接地线路或母线。使用简单方便，无需维护，可根据用户需要将相关信息通过通信接口传给上级监控系统，适用于无人值守，程序功能分配更加合理，运行更加稳定。
最多可监测四段母线。
5面板说明
装置前面板示意图如下所示：
液晶显示器：240×128图形点阵液晶，全中文显示。
指示灯：指示系统当前运行状态
运行：装置工作正常时，“运行”灯有规律的闪烁。
接地：发生单相接地后点亮。

小电流接地选线装置的应用及原理

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。

BWML系列微机小电流接地选线消谐装置专业技术及使用书

一、概述小电流系统是指中性点不直接接地系统，包括中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统或中性点经电阻接地系统。

在我国，66KV及其以下电压等级的电网中，一般都采用这种系统。

小电流系统发生单相接地以后，由于故障特征不明显，使得能迅速、准确地指示接地回路有了一定的难度，小电流系统单相接地选线一直是继电保护领域未彻底解决的一个难题。

从八十年代末一直到现在，众多大专院校、研究院、生产厂家都致力于这一产品的开发与生产，提出了不少新思路与新方法。

目前国内流行的三种选线原理是功率方向方法、谐波分析法（即群体比幅比相法）、与信号注入法。

（1）功率方向法：采用判断每条线路的零序电流的功率方向来确定故障线路，这种方法从原理上讲就做不到100％的准确率，可能出现一条线路接地，判断多条线路或一条都判断不出的结果。

目前，这种方法常被综合自动化系统中分布采样单元或功率方向继电器采用。

（2）谐波分析法：谐波分析法采用单相接地后零序稳态信号的群体比幅比相法，由于比幅比相时，采用的是相对原理，因此，这种方法从理论上讲不存在死区，不受运行方式及接地电阻的影响，可以做到100％的准确率，其选线方案的有效性已得到充分证明，但对于CT不平衡导致的零序电流，这种方法不能有效解决。

（3）信号注入：虽然接线简单，不需零序CT回路，但由于注入信号大小及方法的限制一般主要用于10KV及以下电压等级系统。

另外，探头的灵敏度和可靠性易受各种外界因素影响，再者综自站及无人值守站的使用有些不便。

二、型号说明共有两种高度的机型可选：（1）、6U机型型号及含义：BW－ML X X X X选线路数（1：28路，2：14路）机箱宽度（3：19/3英寸，2：19/2英寸）有无消谐功能（X：有，N：无）是否有一对一开关量输出（T：有，B：无）产品代号（微机小电流接地选线/消谐装置）- 1 - / 30（2）、4U机型型号为：BW-ML196H(B型端子)功能除去以上外，还配备有微型打印机。

浅谈小电流接地选线装置

流单相接地选线一直是继电保护领域未能彻底解决的一个难题，因此需要结合实际运行经验，分析、研究和改良，来找寻提高小电流接地选线装置选线正确率的措施和方法。
【关键词】接地统；原理；措施
作为世界上最大的六偏磷酸钠和中国最大的三聚磷酸钠生产企消除由于电流互感器误差、过渡电阻和测量误差等因素产生的影响．业，湖北兴发化工集团目前已运行的ｌ１０ｋＶ变电站有４座．３５ｋＶ变电导致许多装置的选线正确率仍达不到人们的期望值。根据相关统计数站有１座。为满足各种高压电机及其它工业负荷的需要．园区内１０ｋＶ据表明．在运行的各种型号的接地选线装置平均选线正确率仅为２０％出线多为电缆敷设方式。随着项目扩建及产品产量的不断增加．１０ｋＶ３Ｏ％，作为用户工程的我们该如何结合自身的运行经验和使用环境出线回路数也随之增加．并被大量的使用。当系统出现单相接地故障来提高选线的正确率呢’ 时，非故障相对地电压升高至线电压．很容易击穿电力设备绝缘薄弱首先．用户应根据自身的现场情况和实际需求来采购相应原理的的位置．引起相间短路．危害着变电站站内设备及配电电网的供电可选线设备。全国生产小电流接地选线装置的厂家大概有几十家．真正靠性和供电质量。因此．如何有效地解决好单相接地短路故障的选线具有研发实力的企业并不多．产品质量参差不齐。由于用户在选择该问题．将成为提高供电可靠性的重中之重类产品时不像选择微机保护装置那样慎重．而现阶段许多的选线装置电力系统按照接地处理方式可以分为大电流接地系统和小电流都是由综合自动化厂家或开关柜厂家配套供货．采购时往往只注重价接地系统。其中，大电流接地系统分为中性点直接接地、经电抗器接地格而不注重质量。正因如此．用户更应该选择质量过硬．售后服务优良和低阻接地：小电流接地系统分为中性点不接地、经消弧线圈接地和的厂家，在设备选型上严格执行有关技术规定。在条件允许的前提下．高阻接地。襄阳兴发化工有限公司ｌ１０ｋＶ综合自动化变电站内１０ｋＶ在选线装置出厂前．用户可派遣相关技术人员前往制造厂商进行出厂站用变压器采用中性点经消弧线圈接地的方式．站内使用了北京奥特前的验收试验，针对装置的电磁兼容性能、绝缘性能、机械及温度等影思鼎科技开发有限公司生产的ＡＴ — ＸＤＬ１８６系列小电流接地微机选线响按照继电保护行业标准进行检验．确保选线装置的质量其次．在电气安装阶段应确保所有的零序电流互感器的极性一装置。该装置采用８０Ｃ１９６单片机进行分析和判断。其原理利用了小电流系统发生单相接地时零序电流“ 相对幅值与相对相位” 的关系当被致，且二次侧不得开路，应有一个接地点。同一现场的零序电流互感器测系统发生单相接地且零序电压达到整定值（可在５ｖ一１ｏｏｖ之间任的电气特性应基本一致．最好选用与小电流接地选线装置同一品牌或意选取，一般选取３０Ｖ）时，装置将启动选线程序，将所有被测线路的专用配套的零序电流互感器确保零序电压互感器开口三角零序电压零序电流和故障母线电压同时采集进来．然后进行数字滤波以消除干极性正确．避免因电压互感器极性接反导致小电流接地选线装置不能扰。因为故障线路的零序电流为非故障线路零序电流之和。所以在理正确选线的事件发生论上来说．故障线路的零序电流采样值应为最大但由于电流互感器最后．变电站运行值班人员需要加强对小电流接地选线装置的巡误差、信号干扰及线路长短差别悬殊等原因．故障线路的零序电流采视工作，若发现装置出现异常情况．应在第一时间进行处理，以确保装样值在排序时不一定排在首位。且不会跌出前三位。因此在第一步排置的正常运行充分利用设备停电的机会对相关的二次回路进行检序时采用“ 相对幅值” 原理选取采样值最大的前三个然后利用故障线查．并在日常工作中不断总结运行经验和积累检修技能。路的零序电流方向与非故障线路的零序电流方向相反的原理．进一步设备选型上把好关，施工安装符合规范，运行人员细心负责．只有确认前三个采样值当中．哪一个为故障线路。做好了上述三点．才能更好地发挥小电流接地选线装置的作用．提高目前．在１１０ｋＶ综合自动化变电站普遍装设了小电流接地选线装选线正确率，满足整个园区对供电可靠性的要求。 ● 置．除了上述的零序电流比幅比相法外．常用的还有零序功率方向原理、首半波原理和外加高频信号电流原理等等．每一种方法都有它自【参考文献】己的有效域值得一提的是．针对国内中性点非有效接地系统单相接［１］肖白，束洪春，高峰．，Ｊ、电流接地系统单相接地故障选线方法综述［Ｊ】．继电器地选线困难的现状．近几年不断有研究人士提出了一种全新而有效的２００１，２９（４）：１６ — ２０．选线方法．即基于可控短路的故障选线方案。所谓可控短路．是指在中ＸｌＡＯＢａｉ，ＳＨＵＨｏｎｇｃｈｕｎ，ＧＡＯＦｅｎｇＳｕｒｖｅｙｏｆｔｈｅＭｅｔｈｏｄｓｏｆＦ性点非有效接地系统的中性点与地之间串联一晶闸管．当系统发生单ｐｈａｓｅ — ｔｏ — ｅａｒｔｈＦａｕｈｉｎＮｅｔｗｏｒｋｓｗｉｔｈ１．１ｇｒｏｕｎｄｅｄＮｅｕｔｒａｌ［Ｊ］．Ｒｅｌｅｙ，２００１，２９（４）：１６＿２０．２］薛永端，冯祖仁，徐丙垠，等．基于暂态零序电流比较的小电流接地选线研究相接地时．通过控制晶闸管的触发角．等效的将原有的中性点非有效［【Ｊ１．电力系统自动化，２００３，２７（９）：４８ — ５３．接地系统在很短的时间内变成有效接地系统如此一来．在这一时间ＸＵＥＹｏｎｇｄｕａｎ，ＦｅｎｓＺｕｒ￣，ＸｕＢｉｎｇｙｉｎ，ｅｔａ１．ＥｅａｒｈＦａｕｌｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎＮｏｎ — ｓｏｌｉｄｌｙＥａｒｔｈ间隔内．接地故障线路上将流过大的短路电流。与此同时，通过控制上ｅｄＮｅｔｗｏｒｋＢａｓｅｄｏｎＴｒａｎｓｉｅｎｔＺｅｒｏＳｅｑｕｅｎｃｅＣｕｒｒｅｎｔＣｏｍｐａｒｉｓｏｎ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉ述时间间隔的大小．既能保证该短路脉冲的强度．又不会影响到系统ｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ．２００３，２７（９）：４８ — ５３．正常运行。通过理论分析、仿真及动模试验均证明了该方案的有效性，［３］黄园圆．提高小电流接地选线装置选线正确率的措施ｌＪ】．广东电力，２０１０，２１随着该方案在试点的挂网运行及缺陷发现改造．有朝一日．它有望成（１０）：１０３ —１０５．为解决国内中性点非有效接地系统单相接地选线困难的有效方案。ＨｕａｎｇＹｕａｎｙｕａｎ．ＭｅａｓｕｒｅｓｔｏＩｍｐｒｏｖｅＦａｕｈ — ＬｉｎｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎａＳｍａｌｌＣｕｒｒｅｎｔＳ由于小电流接地系统运行方式多样．故障复杂．且原理自身不能ｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＧｕＡＮＧＤＯ ��

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ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＡｐｐａｒａｔｕｓＶｏｌ．４２Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００６第４２卷第３期２００６年６月高压电器基于零序功率及谐波相位综合法的小电流接地系统微机选线装置

徒有锋，何俊佳，周志成，李翔，尹小根

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）ＮＵＧＳＣｈｏｏｓｉｎｇＥａｒｔｈ－ｆａｕｌｔＬｉｎｅＤｅｖｉｃｅＢａｓｅｄｏｎＺｅｒｏＳｅｑｕｅｎｃｅＰｏｗｅｒＭｅｔｈｏｄａｎｄＨａｒｍｏｎｉｃＰｈａｓｅＭｅｔｈｏｄ

（华中科技大学电气与电子工程学院，武汉武汉４３００７４）

ＴＵＹｏｕ－ｆｅｎｇ，ＨＥＪｕｎ－ｊｉａ，ＺＨＯＵＺｈｉ－ｃｈｅｎｇ，ＬＩＸｉａｎｇ，ＹＩＮＸｉａｏ－ｇｅｎ

文章编号：１００１－１６０９（２００６）０３－０１９０－０４

摘要：针对现有的小电流接地选线装置选线准确率不高及存在选线死区等问题，通过分析小电流接地系统单相接地时的特性，综合分析各种选线方法，提出以采用目前稳态法中

准确度最高的零序功率法为主判据，以５次谐波相位法为二

次判据的选线方案。使用ＡＴＰ仿真软件对某个１１０／１０ｋＶ变电

站单相接地故障进行模拟，结果显示对于不同的接地电阻和接地位置，该判据均能准确判断出故障线路。由此设计了基于ＰＣ１０４工控机的新型小电流接地选线装置。

关键词：小电流接地系统；零序功率法；谐波相位法中图分类号：ＴＭ７７３文献标识码：Ａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｅｃａｕｓｅｃｕｒｒｅｎｔｃｈｏｏｓｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅＮＵＧＳｃｈｏｏｓｉｎｇｅａｒｔｈ－ｆａｕｌｔｌｉｎｅｄｅｖｉｃｅｉｓｎｏｔｈｉｇｈａｎｄｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｃｈｏｏｓｉｎｇｌｉｎｅｉｓｌｉｍｉｔｅｄ．ＡｎｅｗｃｒｉｔｅｒｉｏｎｉｓａｄｖａｎｃｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＮＵＧＳｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅｇｒｏｕｎｄ－ｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄｖａｒｉｏｕｓｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｈｏｏｓｉｎｇｅａｒｔｈ－ｆａｕｌｔｌｉｎｅ．Ｔｈｉｓｃｒｉｔｅｒｉｏｎｕｓｅｓｔｈｅｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｐｏｗｅｒｍｅｔｈｏｄ（ｔｈｅｍｏｓｔｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｍｏｎｇａｌｌｓｔａｂｌｅ－ｓｔａｔｅｍｅｔｈｏｄｓ）ａｓｔｈｅｍａｉｎｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｆｉｆｔｈｈａｒｍｏｎｉｃｐｈａｓｅｍｅｔｈｏｄａｓｔｈｅｓｅｃｏｎｄｃｒｉｔｅｒｉｏｎ．Ａｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔｏｆａ１１０／１０ｋＶｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇＡＴＰｓｉｍｕｌａ－ｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｕｌｔｐｏｓｉ－

ｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒｏｕｎｄｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｃａｎ

ｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｆａｕｌｔｌｉｎｅｅｘａｃｔｌｙ．Ｔｈｕｓａｎｅｗｄｅｖｉｃｅｉｓｄｅ－ｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＰＣ１０４ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｎ－ｕｔｉｌｉｔｙｇｒｏｕｎｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍ（ＮＵＧＳ）；ｚｅｒｏ

ｓｅｑｕｅｎｃｅｐｏｗｅｒｍｅｔｈｏｄ；ｈａｒｍｏｎｉｃｐｈａｓｅｍｅｔｈｏｄ

１引言

在电力系统中，把中性点不接地系统（ＮＵＳ）或经电阻接地系统（ＮＲＳ）、经消弧线圈接地系统（ＮＥＳ）统称为小电流接地系统（ＮＵＧＳ），它广泛应用于国内的３８０Ｖ～６６ｋＶ供用电系统中。由于ＮＵＧＳ

中单相接地电流很小，所以一般可以带故障运行约２ｈ。但是，长时间的单相接地运行，极易发展成两相接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压［１］。因此，生产实践中希望尽快找到并切除接地线路。

目前各厂家的选线装置所采用的原理不尽相同，其方法大致可分为３类，即稳态分量法、暂态分量法和注入信号法。考虑到某些情况下需要对故障进行再次判断，同时由于对选线和跳闸的时限性要

求不高，故许多装置采用稳态法，主要有：零序电流基波或５次谐波幅值比较法

［２］

；

零序电流基波或谐

波方向比较法［３］及零序功率方向法。在有消弧线圈的系统中，还有采用比较各线路零序有功功率大小的有功功率法［４］

；

比较消弧线圈档位改变前后各线

路零序电流增量大小的残流增量法。有的装置还采用多种判据综合判断的方法。总之，这些方法有的分别与幅值和相位有关，有的与两者均有关。但是一些

方法会出现判断死区［５］

，容易产生误判。

本文提出的

选线方案综合考虑了以上所述的各种稳态判断法，

开发了依托工控机、以零序功率法为主判据、谐波相位分析法为二次判据的综合选线装置。

２ＮＵＧＳ单相接地特性及选线判据分析

２．１ＮＵＧＳ单相接地特性ＮＵＧＳ发生单相接地故障后，零序ＰＴ开口三角处产生零序电压，故障线路和非故障线路同时产生

零序电流。图１为ＮＵＧＳ的零序等效电路。（ｒ为接地电阻）。

正常工作状态下开口零序电压Ｕ０通常小于５Ｖ

，

出现金属性接地时接近１００Ｖ；经电阻接地的场合则为３０～１００Ｖ；非接地线路的零序电流Ｉ

０ｋ（

ｋ为线

收稿日期：２００５－０８－１１；修回日期：２００５－１０－０８

作者简介：徒有锋（１９８１－），男，硕士研究生，从事继电保护及雷电防护方面的研究。

１９０・・ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＡｐｐａｒａｔｕｓＶｏｌ．４２Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００６

第４２卷第３期

２００６年６月

高压电器

路序号）为该线路的对地等效电容电流，相位超前于零序电压Ｕ

０９０°，即：

Ｉ０ｋ＝ｊωＣｋＵ０（ｋ＝１，２，…，ｎ，ｋ≠ｆ）（１）

接地线路零序电流Ｉ０ｆ为所有非接地线路零序电流与变压器中性点电流Ｉ０Ｂ之和，方向相反，即：

Ｉ０ｆ＝－（ｋ≠ｆ"Ｉ０ｋ＋Ｉ０Ｂ）（２）

对不同的ＮＵＧＳ讨论如下：!"对于ＮＵＳ，Ｉ

０Ｂ＝０，

则有：Ｉ０ｆ＝－ｋ≠ｆ"Ｉ

０ｋ，相位滞后Ｕ０９０°，见图２（ａ）；

#"对于ＮＲＳ，Ｉ０Ｂ＝Ｕ０／Ｒ０（Ｒ０为中性点接地电阻）；

Ｉ０ｆ＝－（ｋ≠ｆ"Ｉ０ｋ＋Ｉ０Ｂ），相位滞后Ｕ０约１３５°，见图

２

（ｂ）；$"对于ＮＥＳ，Ｉ０Ｂ＝Ｕ０／ｊωＬ０（Ｌ０为中性点消弧线圈

电感），由于一般采用过补偿，且过补偿度为５％

～

１０％，即有Ｉ０Ｂ＝（１．０５～１．１０）"Ｉ０ｋ，ｋ≠ｆ"Ｉ０ｋ＜"Ｉ０ｋ，

因此

Ｉ０Ｂ＞"Ｉ０ｋ＞ｋ≠ｆ"Ｉ０ｋ，所以Ｉ０ｆ取决于Ｉ０Ｂ，

相位超前电压

约９０°，见图３（ａ）。用５次谐波分析，由于５次谐波感抗比基波感抗增大了５倍，５次谐波容抗则比基波容抗缩小了５倍，此时电感对５次谐波相当于开路，因

此对于５次谐波电流仍满足故障线路与非故障线路相反的特点，即Ｉ０ｆ相位滞后于Ｕ

０９０°，见图３（ｂ）。

２．２基波及谐波相位分析法根据以上的特性可知：非接地线路的零序电流

总是超前于电压９０°，而接地线路的零序电流基波（对于ＮＵＳ或ＮＲＳ）或五次谐波（对于ＮＥＳ）则滞后于电压。

２．３零序功率法零序功率法是通过分析单相接地故障时系统中的零序功率无功分量和有功分量来进行选线的。根据图１所示单相接地情况（考虑接地点为非金属性

接地）分析可得图４所示的故障时零序电压电流相

位关系，其中：Ｉ０Ｂ为消弧线圈流过的电流（ＩＬ，ＩＲ分别为Ｉ０Ｂ的电感、电阻分量）；３Ｉ

０ｆ（无消弧）

为没有消弧

线圈时故障线路的零序电流，３Ｉ

０ｆ（有消弧）

为有消弧

线圈时故障线路的零序电流，即３Ｉ

０ｆ（有消弧）为３Ｉ０ｆ

（无消弧）与－Ｉ

０Ｂ的矢量和

。

（１）对于ＮＵＳ

由于无论是故障线路零序电流中的无功分量ｏｅ和还是正常线路的无功分量ｏｆ都远大于它们对应的有功分量ｏｂ和ｏｃ。因此，在ＮＵＳ中利用零序

功率的无功分量具有较高的灵敏度。故障线路零序功率的无功分量Ｑ＞０；正常线路则是Ｑ＜０

。其中：

Ｑ＝３Ｕ０Ｉ０ｓｉｎφ，式中：Ｕ０，Ｉ０分别为线路零序电压和零

序电流的有效值；φ为两者的相位差（零序电压超前零序电流时为正）。

（２）对于ＮＥＳ

由于常采用过补偿方式，即有｜Ｉ

Ｌ｜一定比３Ｉ０ｆ（

无

消弧）的容性分量ｏｅ大一点，所以叠加后

３Ｉ

０ｆ（

有消

弧）会位于Ｕ０轴的右侧。由图４可看出ｏｄ与ｏｆ方向相同。显然，此时用零序功率的无功分量无法区分出故障线路，必须用零序功率的有功分量来进行判别。

３Ｉ０ｆ（有消弧）的有功分量为ｏａ，正常线路的有功分量为ｏｃ。可见故障线路的有功分量比正常线路的大很多，由此可以区分出故障线路。也可使用公式

定量判断：故障线路零序功率的有功分量｜Ｐ｜＞Ｐｚｄ整

定值）；正常线路则是｜Ｐ｜＜Ｐｚｄ。其中：

Ｐ＝３Ｕ０Ｉ０ｃｏｓφ；Ｐｚｄ＝０．５Ｐｃｏｉｌ／ｎ１ｎ２

式中：Ｐｃｏｉｌ为消弧线圈有功损耗铭牌值；ｎ１为母线ＴＶ

的变比；ｎ２为线路零序ＴＶ的变比［４］

。

进一步分析，３Ｉ

０ｆ（有消弧）

的有功分量ｏａ段中

的ｂａ段为消弧线圈自身及其串、并联电阻（调容式

消弧线圈）的有功损耗，该分量叠加在故障线路的零序有功分量上，可以使故障线路与正常线路的零序

有功值相差更大，因此现在使用的消弧线圈装置中

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