小电流接地系统

小电流接地系统的概述在中性点非直接接地电网中通常有以下三种方式，即中性点不接地方式；经消弧线圈接地方式；经电阻接地方式，此类系统在发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压基本保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下都允许再继续运行1～2小时，而不必立即跳闸，这是采用中性点非直接接地运行的主要优点，但是，在单相接地后，其他两相的对地电压要升高3倍，对设备的绝缘造成了威胁，若不及时处理可能会发展为绝缘破坏、两相短路，弧光放电，引起全系统过电压。

为了防止故障的进一步扩大，应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除。

因此，在单相接地时，一般只要求选择性地发出信号，而不必跳闸。

但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。

另外一种情况是，当中性点非直接接地系统发生单相接地故障时，接地点将通过接地线路对应电压等级电网的全部对地电容电流。

如果此电容电流相当大，就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加。

在电弧接地过电压的作用下，可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故扩大。

为此，我国采取的措施是：当各级电压电网单相接地故障时，如果接地电容电流超过一定数值(35kV电网为10A，10kV电网为20A，3～6kV电网为30A)，就在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性电流来补偿接地故障时的容性电流，就可以减少流经故障点的电流，以致自动熄弧，保证继续供电。

该接地方式因电网发生单相接地的故障是随机的，造成单相接地保护装置动作情况复杂，寻找故障点比较难。

消弧线圈采用无载分接开关，靠人工凭经验操作比较难实现过补偿。

消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压，给继电保护的功能实现增加了困难。

所以当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。

该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定优越性。

中性点经电阻接地的方式有高电阻接地、中电阻接地、低电阻接地等三种方式。

这三种电阻接地方式各有优缺点，要根据具体情况选定。

三种接地方法的特点1 中性点不接地系统的特点：①在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。

②在非故障相的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的方向为由母线流向出线，即零序电流超前零序电压90°。

③在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线，即零序电压超前零序电流90°。

2 中性点经消弧线圈接地系统的特点：①当采用完全补偿方式时，流经故障线路和非故障线路的零序电流都是本身的电容电流，电容性无功功率的实际方向都是由母线流向出线，在这种情况下，利用稳态零序电流的大小和功率方向都无法判断出哪一条线路上发生了故障。

②当采用过补偿方式时，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流向线路，和非故障线路的方向一样，在这种情况下，首先就不能用功率方向来判断故障线路；其次由于过补偿度不大，也很难利用零序电流大小的不同来找出故障线路。

3 中性点经电阻接地系统的特点：①可以有效地抑制弧光接地过电压。

这对运行多年的、设备绝缘弱点较多的老电网，或具有直配发电机的电网，或绝缘较低的电缆网络，均有提高运行安全可靠性的明显作用。

②可以降低设备绝缘水平，提高经济效益。

对于电缆、干式变压器等投资较高的设备，降低绝缘水平的经济效益十分明显。

③运行方式灵活。

为提高城市电网的供电可靠性，不少用电线路及用户常由多路电源供电，在线路切换时，往往会改变系统的电容电流，从而影响消弧线圈的调谐方式，而采用中性点经电阻接地方式，则无此弊病。

④发生永久接地时，能迅速切除故障，具有明显的安全性。

可以防止间隙性电弧接地过电压和谐振过电压等对设备的损害。

小电流选线装置的原理（1）稳态分量法稳态分量法，又分为零序电流比伏法，零序电流比相法，以及群体比伏比相法。

这种方法利用故障线路的零序电流在数值上等于非故障线路零序电流之和，即故障线路的零序电流最大。

这样就通过比较线路零序电流的幅值找出故障线路。

这种方法是一种实验室内理想的方法，对于现场当中各条线路有长有短，各条出线的负载不平衡，所用TA也不是完全平衡，这样就造成零序电流最大的线路不一定都是故障线路。

基于以上几点大家除了进行幅值比较外又加上了相位比较，因为故障线路和非故障线路相位是相反的，这样就弥补了出线不平衡的影响。

提高了选线的正确率。

但从装置内部来讲大家对故障量的采样一般都是循环采集，就是分几次采集才把所有的出线的计算数据采集完毕，这样存在着一个弊端就是没有在同一时刻完全采集所有出线的故障量，就容易出现误判，这种方法也不适用于有消弧线圈的系统。

（2）谐波分量法谐波分量法，又分为5次谐波大小和方向，各次谐波平方和等方法。

大家知道对于有消弧线圈的系统由于完全补偿或过补偿的原因，选线装置误判率偏高。

消弧线圈进行补偿是基于50Hz基波进行的，对谐波补偿有限。

所以就从各种谐波入手，先是用5次谐波，但不久就发现5次谐波含量太小，不能进行有效的判断。

于是就用各次谐波的平方和作为判断的依据，即便是这样还是有限，这就成了这种方法的瓶颈。

（3）暂态法暂态选线法，又分为首半波法和小波分析法。

首半波法是基于接地发生在相电压接近最大瞬间这一假设，此时故障相电容电荷通过故障相线路向故障点放电，故障线路分布电容和分布电感具有衰减特性，该电流不经过消弧线圈，所以暂态电感电流的最大值相应于接地故障发生在相电压经过零瞬间，而故障发生在相电压接近于最大瞬间时，暂态电感电流为零。

此时的暂态电容电流比电感电流大得多。

利用故障线路暂态零序电流和电压首半波的幅值和方向均与正常情况不同的特点实现选线。

但这种方法存在的前提是故障须发生在相电压接近最大值瞬间。

（4）小波分析法小波分析法是利用小波分析原理对信号进行精确分析，特别是对暂态信号和微弱信号比较敏感，能可靠的提取出故障特征。

小波分析是上世纪八九十年代提出的理论，从理论上讲是比较完善的。

小波变换，既具有频率局域性质，又具有时间局域性质。

小波变换的多分辨度的变换，能在多个尺度上分解，便于观察信号在不同尺度(分辨率)上不同时间的特性。

利用小波变换能把一个信号分析成不同尺度和位置的小波之和，利用合适的小波和小波基对暂态量进行变换后，易分辨出故障线路和非故障线路本装置选线原理1 中性点不接地系统的选线原理装置实时检测所有在线的PT开口三角电压，即母线零序电压，和各段母线上所带出线的零序电流，运用DFT算法计算出母线零序电压和出线零序电流的大小和相位，通过判断零序电压的大小、零序电流的大小、及各量之间的相位关系，运用“多重判据”、“突变筛选”等算法，确保了选线的准确，并可以排除最大可能的错误。

具体过程如下：装置检测到某段母线的零序电压大于该段母线设置的故障启动电压时，随即检测该段母线上所带出线的零序电流大小，并从中选择3个最大电流，与其他相对较小的电流作比较，看有无相应的大小关系，接着比较其相位，将初步确定的出线再与母线比较相位，看是否满足不接地系统的相位关系。

即零序电压超前零序电流90°时，选出线；反之，则选母线。

2 中性点经消弧线圈接地系统的选线原理经消弧线圈接地系统中，在发生单相接地时，消弧线圈会将一个电感电流叠加在故障点流过的电容电流上，使故障点的电容电流被补偿，因此接地线路的基波零序电流方向和非接地线路的基波零序电流方向相同，不能用零序电流方向来判断接地线路。

用零序电流5次谐波分量的大小和方向来判断接地线路，由于其值较小，选线结果也不理想，本装置采用线路有功功率大小来判断故障。

在非故障线路上，由于消弧线圈的补偿作用，使其电流很小，有功功率损耗也很小。

而故障线路一般呈金属性接地，接地电流在消弧线圈内部阻抗和线路阻抗存在的情况下，产生较大的有功功率损耗。

故本装置以有功功率损耗的大小来作为接地选线的依据。

该装置动态试验选线准确率为100%。

具体选线方法如下：装置实时检测所有在线的PT 开口三角电压，即母线零序电压，和各段母线上所带出线的零序电流，当某一段母线电压大于故障启动电压时，随即检测其上所带出线的零序电流的大小和与零序电压之间夹角，计算其产生的有功功率，如下公式：式中T 为积分周期。

有功功率损耗计算如下：式中：Ps 为线路总的有功功率损耗，也即本装置要设定的值；K 为线路有功功率损耗的可靠系数，通常K=0.8～1.0；PL 为消弧线圈的有功功率损耗值，由消弧线圈厂家提供，通常小于100W 。

3 中性点经电阻接地系统的选线原理因为中性点经电阻接地系统在发生单相接地时，其出线电流和母线电压的相位关系与中性点不接地系统的相位关系相同，只是由于中性点电阻的存在，使得中性点的电压偏移与不接地系统略有差别。

装置通过内部软件进行调节，使得其在中性点经电阻接地系统中也有很高的选线准确率。

装置所用器件1.电流互感器dt t I t U T P T t t ••=⎰+)()(100LS P K P •=二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

电流互感器是把一次大电流转换成二次小电流来使用，二次不可开路。

2 电压互感器SPT204A2 双向TVS管TVS管有单向与双向之分，单向TVS管的特性与稳压二极管相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联，其主要特性参数有：①反向断态电压(截止电压)VRWM 与反向漏电流IR：反向断态电压(截止电压)VRWM表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流IR。

②击穿电压VBR：TVS管通过规定的测试电流IT时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压。

③脉冲峰值电流IPP：TVS管允许通过的10/1000μs波的最大峰值电流（8/20μs波的峰值电流约为其5倍左右），超过这个电流值就可能造成永久性损坏。

在同一个系列中，击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小。

④最大箝位电压VC：TVS管流过脉冲峰值电流IPP时两端所呈现的电压。

⑤脉冲峰值功率Pm：脉冲峰值功率Pm是指10/1000μs波的脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即Pm=IPP*VC。

⑥稳态功率P0：TVS管也可以作稳压二极管用，这时要使用稳态功率。

⑦极间电容Cj：与压敏电阻一样，TVS管的极间电容Cj也较大，且单向的比双向的大，功率越大的电容也越大。