小电流接地选线共有哪些选线方法和原理----1

    国内小电流单相接地故障选线装置的研发在80年代初期迅猛发展之势，截止目前为止，仍有不少厂家在持续研发这一产品，各单位采用的选线原理和方法不尽相同，经过笔者的细心研究归纳，现将国内绝大部分选线方法汇总如下:

    需要说明的是，在小电流接地选线装置规范及行业标准中，并未对装置采用何种选线方法及原理有统一的定义，因而使得各地对同一方法或原理的称谓不一样。根据目前研发和试用的普及程度来划分，主要分为以下三类：

第一类，具有充分的论证，且切实有效，运用广泛的选线方法：

1，首半波算法

        小电流接地电网单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障的最初半个周波内，一定满足故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点，因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线，该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都有一定的适用性。

2，比幅比相算法

         也被称为群体比幅比相算法。

         群体比幅比相算法的基本原理是：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。

3,5次谐波算法

        又称为谐波比幅比相算法。

        对于中性点经消弧线圈接地系统，对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态，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。

         由于故障点消弧线圈及变压器等电气设备的非线性影响,故障电流中存在着谐波信号，其中以5次谐波分量为主，并且消弧线圈对5次谐波的补偿作用仅相当于工频时的1/25，因为对于中性点经消弧线圈接地系统中的消弧线圈是按照基波整定的。

     可以忽略消弧线圈对五次谐波产生的补偿效果。因此，故障线路的5次谐波零序电流的幅值比非故障线路的都大且方向相反，据此可以选择故障线路，称为5次谐波法。

    为了进一步提高灵敏度可将各线路的3、5、7次等谐波分量的平方求和后进行幅值比较，幅值最大的线路选为故障线路。谐波法的优点是可以克服消弧线圈补偿的影响，但实际应用效果并不理想。主要原因是故障电流中的5次谐波含量较小只占3%，检测灵敏度低，且负荷中的五次谐波源、电流互感器CT不平衡电流和过渡电阻的大小，都会在一定程度上影响选线结果；多次谐波平方和法虽然能在一定程度上克服单次谐波信号小的缺点，但并不能从根本上解决问题。

4，功率方向算法

           也称为有功分量法，能量法。

     零序电流有功分量法是根据线路存在对地电导以及消弧线圈存在电阻损耗，故障电流中含有有功分量来选择故障线路。故障线路零序电流有功分量与正常线路零序电流有功分量相位相反，即：非故障线路的零序有功分量方向是由母线流向线路，而故障线路的零序有功分量方向是由线路流向母线。并且故障线路零序电流有功分量幅值最大。故障线路零序有功分量大小等于非故障线路的零序有功分量和消弧线圈的零序有功分量之和。当母线故障时，所有线路的零序有功分量都等于线路本身的有功损耗电流值，方向是由母线流向线路。从原理上可见，有功分量方法有效的克服了消弧线圈补偿带来的影响。

理论上有功分量法的优点是不受消弧线圈的影响，但在实际中由于故障电流中有功分量非常小，一般只占零序电流的2%~3%，有功分量易受零序CT的精度、不平衡度、线路的数量、长短、分布状况、过渡电阻大小等诸多因素的影响，相角比较也容易发生误选，可靠性得不到保障。为了提高准确率，有的装置采用瞬时在消弧线圈上并联中电阻的方法加大故障电流中的有功分量。

第二类：算法独创，操作复杂的算法。

       1，S注入法.

          也被称为：外加高频信号原理。

          信号注入法突破了长期以来使用故障产生信号选线的框架，不利用故障产生的信号，而是向系统注入外部信号进行选线的一种方法。一般从电压互感器二次侧注入电流信号，其频率取在各次谐波之间，从而保证不被工频分量及高频谐波分量干扰。

注入电流信号沿接地线路的接地相流动，并经接地点入地，用信号探测装置对每一条出线进行探测，探测到注入信号的线路即故障线路[8]。该方法的最大优点是适用于线路上只安装两相电流互感器的系统，利用该方法的选线装置己大量投入运行，但效果并不理想。该方法存在以下缺陷：

l) 注入信号的功率不够大，且经高阻接地时，注入信号微弱而不易检测。

2) 弧光接地时谐波含量丰富，注入信号极易受到干扰。

3) 电弧接地时含有丰富的谐波分量，不论注入信号取哪一频带，都有可能识别不出。

4) 非故障线路中也会有注入频率的对地充电电流，在故障电阻较大的情况下，故障线路与非故障线路上的信号差异不明显。

5)需要附加信号装置，实现困难，可靠性差。

目前全国仅山东工业大研发的小电流选线装置采用此种选线原理。

      2，突变量法：

       对于中性点经消弧线圈接地系统，我们研究认为在所有选线方法中零序电流突变量法的适用范围更广，选线准确性更高。这需要增加变量控制器装置，在消弧线圈两侧并联一定阻值的电抗器和真空开关，有研究提供参考数据为600Ω，通过单相真空开关控制投切。正常运行时并联电抗不投入运行，发生永久性接地故障后将并联电抗短时投入，持续5－10秒再断开，使零序电流发生5A的突变量(对应于金属性接地)，这个突变的电流只会在故障线路中体现出来。因此利用这个投、切两次操作故障线路和非故障线路电流突变特征的差异可以选出故障线路。该方法同其它方法相结合，较好地解决了消弧线圈接地电网的单相接地故障选线问题。

第三类：有待论证开发的新算法。

        小波分析法：

    针对小波法的定义如下：小波算法利用单相接地故障产生的暂态电流和暂态电压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的情况下，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，可以用于选线。

小波选线方法的优点是：对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用；特别适应于故障状态复杂、故障波形杂乱的情况，与稳态量选线方法形成优势互补。

由于国内小波法目前仅仅存在于理论水平，对它的使用暂未落实到实际装置当中，但据研究表明它的难点在于小波基函数与小波分解尺度的选择。由于小波算法采用的暂态信号受过渡电阻!故障时刻等多种因素的影响,暂态信号呈随机性、局部性和非平稳性的特点，可能出现暂态过程不明显的情况，易发生误选，所以往往通过采用与其它方法(如：维纳滤波技术)相结合的选线技术。

针对上述三大类共7钟选线方法，如何将他们揉捏到选线装置中并使之发挥真正的选线作用，才是最重要的。否则选线装置最终都会沦为鸡肋，因而可以说，小电流选线装置的竞争力是相应软件的竞争力。