文章在綜述了國內外小電流接地系統單相接地故障保護現狀的基礎上，分析了目前各種保護原理的優點與不足，介紹了新穎的零序電流有功分量方向保護原理。當前在小電流接地的電力系統,尤其是經消弧線圈接地的系統中, 雖然所裝設的接地檢測（選線）裝置品種和數量都很多,但正確動作率不高。經對這些裝置的接地檢測（選線）判據進行分析,得出正確動作率不高的原因,找到接地檢測（選線）的新判據。

關鍵詞：中性點非直接接地系統；單相接地故障選線；零序電流有功分量

1. 引言
    小電流接地系統（NUGS）廣泛應用于國內的供用電系統，66kV, 35kV,6kV, 3kV和部分380V系統均為NUGS，接地方式多為不接地系統（NUS）或消弧線圈接地系統（NES），近年也出現了電阻接地方式（NRS）。因NUGS中單相接地電流很小，但是，長時間的接地運行，極易形成兩相接地短路，弧光接地還會引起全系統過電壓，保護或選線難度很大。為此，生產實踐中希望盡快準確地選出故障線路并及時將之切除。國內自1958年以來從*臺小電流接地故障選線裝置研制成功到現在，電網單相接地故障選線問題的研究已經走過了幾十年的歷程，但現場運行的結果表明，裝置的選線效果并不理想，平均80%的選線裝置因為選線效果不佳退出了運行。

2．各種選線原理分析：

    ①穩態分量法。穩態分量法又分為零序電流比幅法，零序電流相對相位法，以及群體比幅比相法。零序電流比幅法利用的是流過故障元件的零序電流在數值上等于所有非故障元件的對地電容電流之和，即故障線路上的零序電流zui大，所以只要通過比較零序電流幅值大小就可以找出故障線路。但這種方法不能排除TA不平衡的影響，受線路長短、系統運行方式及過渡電阻大小的影響，且系統中可能存在某條線路的電容電流大于其它所有線路電容電流之和的情況，裝置易發生誤動，不適用于經消弧線圈接地的系統。

    零序電流相對相位法是利用故障線路零序電流與非故障線路零序電流流動方向相反的特點，分別從線路流向母線或由母線流向線路，就可以找出故障線路。但這種方法在線路較短，零序電壓、零序電流值較小時，相位判斷困難，不能適用于諧振接地時*補償、過補償運行方式。
   
    群體比幅比相法是綜合利用零序電流比幅法和零序電流相對相位法，*行零序電流比較，選出幾個較大的作為侯選，然后在此基礎上進行相位比較，選出方向與其它不同的，即為故障線路。該方法在一定程度上解決了前兩種方法存在的問題，但同樣不能排除TA不平衡及過渡電阻大小的影響，以及相位判斷的死區，仍不適用于經消弧線圈接地的小電流系統。

    ②諧波分量法。諧波分量法分為5次諧波大小和方向，各次諧波平方和等方法。

    5次諧波大小和方向法，當單相接地故障時，由于故障點、線路設備的非線性影響，在故障電流中存在著諧波信號，其中以5次諧波為主。經消弧線圈接地系統的消弧線圈是按照基波計算的，消弧線圈相當于處于開路狀態。可忽略消弧線圈對5次諧波產生的補償效果。再利用5次諧波電容電流的群體比幅比相法，就可以解決經消弧線圈接地系統的選線問題。但故障電流中5次諧波含量較小（小于故障電流10%），且受TA不平衡電流和過渡電阻的影響，選線的準確度也不是很穩定。

    各次諧波平方和方法是將3、5、7等諧波分量求和，再根據諧波理論進行選線。雖然能在一定程度上克服單次諧波信號小的缺點，但不能從根本上解決問題。

    ③利用接地故障暫態過程的選線法（即暫態分量法）。暫態分量法可分為首半波法和基于小波分析法。

    首半波法是基于接地發生在相電壓接近zui大瞬間這一假設，此時故障相電容電荷通過故障相線路向故障點放電，故障線路分布電容和分布電感具有衰減特性，該電流不經過消弧線圈，所以暫態電感電流的zui大值相應于接地故障發生在相電壓經過零瞬間，而故障發生在相電壓接近于zui大值瞬間時，暫態電感電流為零。此時的暫態電容電流比電感電流大得多。利用故障線路暫態零序電流和電壓首半波的幅值和方向均與正常情況不同的特點，即可實現選線。但這種方法存在前提條件是故障需發生在相電壓接近zui大值瞬間，不利于在具體工程中實施。

    基于小波分析法是利用小波分析可對信號進行分析，特別是對暫態突變信號和微弱信號的變化比較敏感，能可靠地提取出故障特征。小波變換是把一個信號分析成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對暫態零序電流的特征分量進行小波變換后，易看出故障線路上暫態零序電流特征分量的幅值包絡線高于非故障線路，且其特征分量的相位也與非故障線路相反，這樣就構造出利用暫態信號進行接地選線的判據。但電力系統的實際運行是復雜多變的，需綜合分析母線零序電壓和各出線零序電流的小波變換參數，才有助于對故障線路的準確選線判斷。

    ④接地選線和消弧線圈自動補償一體化的選線方法。

    ⑤為降低單相接地電容電流過大造成的各種危害，在配電網的中性點裝設消弧線圈，消弧線圈的電感電流補償了單相接地電容電流，卻使以群體比幅比相法的接地選線裝置喪失了選線作用。近幾年，雖然有針對中性點消弧線圈接地而發展的選線裝置，但由于采集單相接地信號很困難，在實用中誤判率較高。采用微機控制和動態改變接地電感，可解決補償和選線的矛盾。在系統發生單相接地時，微機控制器先根據檢測到的零序電壓和零序電流的大小及方向，確認為單相接地時，使消弧線圈感抗很大遠離全補償，感性電流很小，對單相接地電容電流影響很小，對選線沒有影響，待裝置確認了單相接地故障線路并記憶保存后，裝置再進行自動補償，使脫諧度不超過±5%。 

3. 接地檢測的新判據

    當系統所接線路較多、較長、或電纜較多時,系統對地電容電流較大（超過10A）, 按規程規定應裝設消弧線圈進行補償,使流過故障點的接地電流小于,減輕故障損失。由于消弧線圈的補償作用（一般為過補償）,使接地線路的零序電流（為電感電流）與非故障線路的零序電流相位基本相同,超前零序電壓約90度,幅值也不一定比非故障線路的零序電流大。因此,無法以基波零序電流方向來判斷出接地線路。對于零序電流里的5次諧波分量則不同,因為對5次諧波而言,電容的電抗減小5倍,電感的電抗增大5倍,通過消弧線圈的零序電流5次諧波分量很小,不起補償作用。接地線路零序電流里的5次諧波分量滯后于零序電壓里的5次諧波分量約90度,與未接地線路零序電流里的5次諧波分量方向相反,理論上講,利用零序電流里的5次諧波分量的方向可以判斷選出接地故障線路。 

    按上述分析,理論上講可以判斷出接地線路。但是,實際上確不能準確判斷出接地線路, 對于中性點經消弧線圈接地系統，因消弧線圈的作用是對基波而言的，5次或7次諧波電流的分布規律與中性點不接地電網一樣，故該原理仍然可行。但由于5次或7次諧波含量相對基波而言要小得多，且各電網的諧波含量大小不一，故以此原理構成的保護其零序電壓動作值往往很高，靈敏度較低，在接地點存在一定過渡電阻的情況下將出現拒動現象。

    為克服現有各種原理存在的不足，本文提出一種新的保護原理：零序電流有功分量方向原理。

    用零序電壓啟動, 零序電壓Uo³Uozd（整定值）時啟動,在啟動后經1秒開始進行下述判斷,可以避開暫態干擾。

    判斷故障（零序）基波電流的有功分量和有功功率的大小,可以準確的找出接地故障線路。
按下式算出有功功率值：t+T
Pa=1/T òt U0（t）·I0（t）·dt
式中T為積分周期。
按下述原則判定接地線路：
對接地線路：┃Pa┃ ³ Pozd
未接地線路：┃Pa┃< 0.2-0.3·Pozd
Pozd=0.5·Pqa。
Pqa為消孤線圈的有功功率損耗。

    由于有功電流只流過故障線路，與非故障線路無關，因此，只要以零序電壓作為參考矢量，將此有功電流取出，就可十分方便地實現接地選線保護。這就是零序電流有功分量方向保護的基本原理。有功分量的取出，可采用軟件或硬件相敏整流的方法即可方便實現。

4. 結論

    依據本文所采用的選線原理設計的選線系統在一定誤差下該系統能夠實現橫向選擇性和縱向選擇性，選線裝置在此基礎上再做進一步的開發工作,將會具有很大的實用價值。
現有的小電流接地系統接地選線保護原理，皆有一定的局限性。而采用零序電流有功分量方向保護原理后，可較好地適用于不同中性點接地方式下的接地保護。接地選線保護裝置應由零序電壓起動，其動作值對不接地系統取在10V左右，對消弧線圈接地系統則應有所提高。