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小電流接地選線(xiàn)裝置的介紹
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基本信息
小電流選線(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確地判定接地回路是快速排除單相接地故障的基礎(chǔ)，也是小電流選線(xiàn)的核心功能。但早期的選線(xiàn)裝置常發(fā)生誤選和漏選，效果不能令人滿(mǎn)意�！斑x線(xiàn)準(zhǔn)確率偏低”是長(zhǎng)期困擾人們的難題。
在小電流接地選線(xiàn)裝置自20世紀(jì)80年代問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)歷了幾次技術(shù)更新?lián)Q代，其選線(xiàn)的準(zhǔn)確性也在不斷提高，盡管設(shè)備廠(chǎng)方宣稱(chēng)100%的選線(xiàn)正確率，但工程實(shí)際應(yīng)用中均存在誤判率較高的問(wèn)題，使許多用戶(hù)有一種不用麻煩，用了也麻煩的感覺(jué)，故現(xiàn)場(chǎng)很多情況下都是選檢設(shè)備閑置退出而采用手動(dòng)拉閘試驗(yàn)的原始方法查找接地。
特點(diǎn)
分析小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，其不同于正常運(yùn)行狀態(tài)的信息主要有2點(diǎn)：故障線(xiàn)路流過(guò)的零序電流是全系統(tǒng)的電容電流減去自身的電容電流，而非故障線(xiàn)路流過(guò)的零序電流僅僅是該線(xiàn)路的電容電流。故障線(xiàn)路的零序電流是從線(xiàn)路流向母線(xiàn)，而非故障線(xiàn)路的零序電流是從母線(xiàn)流向線(xiàn)路，兩者方向相反，或者說(shuō)兩者反相。從小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)與正常運(yùn)行時(shí)，狀態(tài)信息的不同看，故障線(xiàn)路的判定似乎非常容易，然而事實(shí)并非如此，其原因主要有以下四點(diǎn)：
1、電流信號(hào)太小
小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流是系統(tǒng)電容電流，其大小與系統(tǒng)規(guī)模大小和線(xiàn)路類(lèi)型(電纜或架空線(xiàn))有關(guān)，數(shù)值甚小，經(jīng)中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償后，其數(shù)值數(shù)值更小，且消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償狀態(tài)(過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、完全補(bǔ)償)不同，接地基波電容電流的特點(diǎn)與無(wú)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償時(shí)相反或相同，對(duì)于有消弧線(xiàn)圈的小電流系統(tǒng)采用5次諧波電流或零序電流有功功率方向檢測(cè)，而5次諧波電流比零序電流又要小20～50倍。
2、干擾大、信噪比小
小電流系統(tǒng)中的干擾主要包括2方面：一是在變電站和發(fā)電廠(chǎng)的小電流系統(tǒng)單相接地保護(hù)裝置的裝設(shè)地點(diǎn)，電磁干擾大；二是由于負(fù)荷電流不平衡造成的零序電流和諧波電流較大，特別是當(dāng)系統(tǒng)較小，對(duì)地電容電流較小時(shí)，接地回路的零序電流和諧波電流甚至小于非接地回路的對(duì)應(yīng)電流。
3、隨機(jī)因素影響的不確定
我國(guó)配電網(wǎng)一般都是小電流系統(tǒng)，其運(yùn)行方式改變頻繁，造成變電站出線(xiàn)的長(zhǎng)度和數(shù)量頻繁改變，其電容電流和諧波電流也頻繁改變；此外，母線(xiàn)電壓水平的高低，負(fù)荷電流的大小總在不斷地變化；故障點(diǎn)的接地電阻不確定等等。這些都造成了零序故障電容電流和零序諧波電流的不穩(wěn)定。
4、電容電流波形的不穩(wěn)定
小電流系統(tǒng)的單相接地故障，常常是間歇性的不穩(wěn)定弧光接地，因而電容電流波形不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的諧波電流大小隨時(shí)在變化。
原理分析
編輯
基于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)具有的特點(diǎn)，目前，小電流接地信號(hào)裝置的設(shè)計(jì)判據(jù)主要有以下8種：
①反映零序電壓的大�。�
②反映工頻電容電流的大��；
③反映工頻電容電流的方向；
④反映零序電流有功分量；
⑤反映接地時(shí)5次諧波分量；
⑥反映接地故障電流暫態(tài)分量首半波；
⑦信號(hào)注入法；
⑧群體比幅比相法。
選線(xiàn)誤判原因分析
由于各種干擾的影響，特別是當(dāng)系統(tǒng)較小或是加裝自動(dòng)調(diào)諧的消弧線(xiàn)圈后，電容電流數(shù)值較小，接地點(diǎn)電弧電阻不穩(wěn)定時(shí)，零序電流(或諧波電流)數(shù)值很小，可能被干擾淹沒(méi)，其相位不一定正確，從而造成誤判。工程上所采用的零序電流互感器精度太低。當(dāng)原方零序電流在5A以下時(shí)，許多廠(chǎng)家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比誤差達(dá)20%以上，角誤差達(dá)20'以上，當(dāng)一次零序電流小于1A時(shí)二次側(cè)基本無(wú)電流輸出，無(wú)法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度，且選線(xiàn)檢測(cè)裝置用的電流變換器線(xiàn)性性能差，目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的選線(xiàn)檢測(cè)元件大多按保護(hù)級(jí)選擇，保護(hù)級(jí)互感器在所測(cè)電流遠(yuǎn)小于額定電流值時(shí)，綜合誤差難以滿(mǎn)足要求，兩級(jí)電流變換元件的總誤差是造成現(xiàn)場(chǎng)誤判的主要原因。工程實(shí)際中使用的零序?yàn)V序器的線(xiàn)性測(cè)量范圍超出了實(shí)際可能的接地電容電流。
1、零序電流互感器誤差分析
零序電流互感器的工作條件屬于套管型(或稱(chēng)母線(xiàn)型)電流互感器，這種電流互感器原方無(wú)繞組，而是將被測(cè)回路的導(dǎo)體(引線(xiàn)套管或匯流排)或電纜穿過(guò)它的內(nèi)孔，作為原方繞組，因而僅有1匝。套管型電流互感器在其原方電流小于100A時(shí)已不能保證準(zhǔn)確度，一般的電流互感器在制作時(shí)，額定電流400A以下多采用多匝式結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯恼`差決定于它的鐵心所消耗的勵(lì)磁安匝I0N1(磁勢(shì))占原方繞組總勵(lì)磁安匝I1N1(磁勢(shì))的百分?jǐn)?shù)，對(duì)于同一臺(tái)鐵心，在相同的原方電流下，原方繞組匝數(shù)越少，誤差越大。套管型(或稱(chēng)母線(xiàn)型)電流互感器原方繞組僅有1匝，原方電流里激磁電流占的比例較大，造成較大誤差[1]。而零序電流互感器實(shí)際應(yīng)用在小電流接地系統(tǒng)中，其原方電流值均很小，正常運(yùn)行時(shí)其原方基本無(wú)電流，出現(xiàn)接地故障時(shí)其原方電流(故障電流)也很小，一般在10A以下。如該系統(tǒng)接地故障電流大于．10A時(shí)，規(guī)程規(guī)定要裝設(shè)消弧線(xiàn)圈進(jìn)行補(bǔ)償，帶有消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償時(shí)接地故障電流更小，一般小于2～5A(可小到0．2～0．5A)。在這樣小的原方電流下常規(guī)零序電流互感器的變比和相角誤差均很大，所以一般各互感器生產(chǎn)廠(chǎng)家對(duì)零序電流互感器均不能給出變比，也無(wú)誤差保證指標(biāo)。從零序電流互感器的實(shí)際一、二次電流變化曲線(xiàn)(變比曲線(xiàn))中可知：零序電流互感器的電流變比值隨一次電流值變化很大，而一次電流在小于1A時(shí)，已經(jīng)不能再給出具體的二次電流輸出值。
經(jīng)實(shí)際測(cè)量，在原方零序電流為5A以下時(shí)，各廠(chǎng)家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比誤差達(dá)20%～80%，角誤差達(dá)10°～50°使得利用零序電流大小與方向、零序電流中5次諧波電流大小與方向和零序有功、無(wú)功功率原理的接地檢測(cè)裝置和微機(jī)保護(hù)無(wú)法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度。
2、零序?yàn)V序器的誤差分析
工程實(shí)際中使用的零序?yàn)V序器大多為三相保護(hù)用電流互感器的組合，即用三相保護(hù)電流合成零序電流，眾所周知零序?yàn)V序器本身固有的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護(hù)用電流互感器在一次電流低于50%額定電流值時(shí)誤差已不能保證[3]隨著系統(tǒng)容量的增大考慮到電流互感器飽和的原因，保護(hù)所使用的電流互感器的變比逐漸增大，額定一次電流值多大于等于600A，因此在接地電容電流小于10A的小電流接地系統(tǒng)使用零序?yàn)V序器，單相電容電流僅為保護(hù)用互感器一次額定電流的0．6%，互感器綜合誤差根本無(wú)法保證。
3、微機(jī)檢測(cè)裝置的測(cè)量誤差
目前典型的微機(jī)選檢裝置的電流變換器均按普通保護(hù)級(jí)選擇，額定電流為5A或1A，其線(xiàn)性范圍為0．1～201N，而實(shí)際使用中的輸入電流在幾十毫安左右，遠(yuǎn)超出它的線(xiàn)性范圍。以IN=5A為例，當(dāng)系統(tǒng)取最大接地電容電流10A，零序電流互感器或零序?yàn)V序器取較小值60(300/5)時(shí)，二次側(cè)的電流值為0．16A；當(dāng)接地電容電流值為2A時(shí)，二次側(cè)的電流值為0．03A；二次側(cè)電流值均小于0．1IN(0．5A)，超出電流變換器的測(cè)量線(xiàn)性范圍。
工程中采取的措施
通過(guò)以上分析可知，測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差是目前各種微機(jī)選線(xiàn)裝置誤判的主要原因，工程應(yīng)用中盡量使參數(shù)配合適當(dāng)，減小測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差，有效提高小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)的選線(xiàn)準(zhǔn)確率。工程中一般采取的有效措施包括：
1)盡量選擇準(zhǔn)確度高的專(zhuān)用零序電流互感器，額定原方電流的選擇應(yīng)保證系統(tǒng)出現(xiàn)最大接地電容電流時(shí)能處在零序電流互感器的線(xiàn)性范圍內(nèi)(準(zhǔn)確限值)，原方電流的線(xiàn)性測(cè)量范圍應(yīng)向下延伸到0．2A左右，用以適應(yīng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的小電流接地系統(tǒng)。
2)零序?yàn)V序器應(yīng)盡量使用變比較小的計(jì)量級(jí)(最好為S級(jí))電流互感器組合而成，較小的變比可使電容電流的二次值較大，有利于檢測(cè)裝置的電流變換器采集電流值，S級(jí)使電流互感器的測(cè)量精確線(xiàn)性范圍更寬，有利于測(cè)量較小的電容電流。工程實(shí)踐中不宜與計(jì)量系統(tǒng)合用同一電流互感器線(xiàn)圈。
3)微機(jī)檢測(cè)裝置的電流變換器的線(xiàn)性測(cè)量范圍應(yīng)與互感器的二次輸出值配套，工程實(shí)踐計(jì)算經(jīng)驗(yàn)表明：零序電流互感器的二次側(cè)電流一般為mA級(jí)，電流變換器的線(xiàn)性測(cè)量范圍應(yīng)以mA級(jí)起步，例如：普通型保護(hù)零序最小檢測(cè)電流為6mA。XC-LJK最小檢測(cè)電流為5mA.德國(guó)西門(mén)子7SJ系列保護(hù)的高靈敏接地保護(hù)的零序最小檢測(cè)電流為3mA.(小電流選線(xiàn)可檢測(cè)的電流和零序互感器有直接關(guān)系，普通的零序互感器為毫安級(jí)，配合XC-WLH8等高精度零序，理論上可達(dá)微安級(jí)別)
4)使用接線(xiàn)中盡量減小誤差和電磁干擾影響，二次電纜采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地。在安裝零序電流互感器時(shí)標(biāo)有"P1"(或"L1")端應(yīng)朝向高壓母線(xiàn)，零序電流互感器與母線(xiàn)之間不應(yīng)有接地點(diǎn)，即高壓電纜外皮的接地線(xiàn)應(yīng)穿過(guò)互感器在線(xiàn)路側(cè)接地，當(dāng)電纜穿過(guò)零序電流互感器時(shí)，電纜頭的接地線(xiàn)應(yīng)通過(guò)零序電流互感器后接地，由電纜頭至穿過(guò)零序電流互感器的一段電纜金屬護(hù)層和接地線(xiàn)應(yīng)對(duì)地絕緣。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)的功能漸趨完善，只要選擇原理與系統(tǒng)相適應(yīng)的設(shè)備，在工程中盡量減少測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差，采取一定的抗干擾措施必將大大提高目前的接地選線(xiàn)準(zhǔn)確性和可靠性。
產(chǎn)品分類(lèi)
市場(chǎng)上的小電流選線(xiàn)按照選線(xiàn)方法分：暫態(tài)信號(hào)法、信號(hào)注入法、擾動(dòng)法、行波法。行波技術(shù)最早應(yīng)用在高壓領(lǐng)域進(jìn)行測(cè)距，由于線(xiàn)路長(zhǎng)、線(xiàn)路單一，測(cè)距效果良好。行波法在配網(wǎng)進(jìn)行選線(xiàn)，面臨出線(xiàn)多、出線(xiàn)短、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜問(wèn)題，選線(xiàn)效果有待提高；擾動(dòng)法需要跟消弧系統(tǒng)配合，通過(guò)改變中值電阻或調(diào)整線(xiàn)圈補(bǔ)償度來(lái)改變零序信號(hào)大小來(lái)實(shí)現(xiàn)選線(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)有沖擊影響，選線(xiàn)效果比較可靠；信號(hào)注入法通過(guò)PT注入固定頻率信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)信號(hào)流經(jīng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)選線(xiàn)，該方法選線(xiàn)可靠性受PT容量影響，實(shí)施上相對(duì)復(fù)雜；暫態(tài)信號(hào)法是目前比較成熟可靠的選線(xiàn)方法，利用接地瞬時(shí)的暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行選線(xiàn)，暫態(tài)信號(hào)具有幅值大、不受消弧補(bǔ)償影響的優(yōu)點(diǎn)，選線(xiàn)可靠性很高。
選線(xiàn)方法
1、基于（五次）諧波量的方法
由于故障點(diǎn)電氣設(shè)備的非線(xiàn)性影響，故障電流中存在著諧波信號(hào)，其中以五次諧波分量為主。由于消弧線(xiàn)圈對(duì)五次諧波的補(bǔ)償作用僅相當(dāng)于工頻時(shí)1/ 25 ,可以忽略其影響。因此，故障線(xiàn)路的五次諧波電流比非故障線(xiàn)路的都大且方向相反，據(jù)此現(xiàn)象可以選擇故障線(xiàn)路,稱(chēng)為五次諧波法。缺點(diǎn)是五次諧波含量較小(小于故障電流10 %) ，檢測(cè)靈敏度低且受間歇性電弧現(xiàn)象影響。諧波平方和方法是將各線(xiàn)路3 、5 、7 等諧波分量的平方求和后進(jìn)行幅值比較，幅值最大的線(xiàn)路選為故障線(xiàn)路。雖然能在一定程度上克服單次諧波信號(hào)小的缺點(diǎn)，但并不能從根本上解決問(wèn)題。
2、有功分量法
零序電流有功分量是根據(jù)線(xiàn)路存在對(duì)地電導(dǎo)以及消弧線(xiàn)圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量，非故障線(xiàn)路和消弧線(xiàn)圈的有功電流方向相同且都經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)返回，因此，故障線(xiàn)路有功分量比非故障線(xiàn)路大且方向相反。根據(jù)這一特點(diǎn)，可選出故障線(xiàn)路。在設(shè)計(jì)具體的選線(xiàn)裝置時(shí)，可利用零序電壓與零序電流計(jì)算并比較各線(xiàn)路零序有功功率的大小與方向來(lái)確定故障線(xiàn)路。
有功分量法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線(xiàn)圈的影響，但由于故障電流中有功分量非常小并且受線(xiàn)路三相參數(shù)不平衡的影響，檢測(cè)靈敏度低，可靠性得不到保障。為了提高靈敏度，有的裝置采用瞬時(shí)在消弧線(xiàn)圈上并聯(lián)接地電阻的做法加大故障電流中有功分量。這樣做帶來(lái)的問(wèn)題是使接地電流增大，加大對(duì)故障點(diǎn)絕緣的破壞，很可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大，且對(duì)電纜線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，這一問(wèn)題更為突出。
3、穩(wěn)態(tài)零序電流比較法
當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),留過(guò)故障元件的零序電流其數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件的對(duì)地電容電流之和,即故障線(xiàn)路上的零序電流最大,且故障線(xiàn)路的零序電流方向與所有非故障線(xiàn)路零序電流方向相反。通過(guò)零序電流的幅值和相位的比較可以找出故障線(xiàn)路。
局限性：
①、零序電流的測(cè)量值受到電流互感器由于飽和而產(chǎn)生的不平衡電流的影響。
②、在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)中,故障相存在零序電流。在故障線(xiàn)路,
該電流方向與非故障相回路的零序電流的流向相同,但卻是感性的,它對(duì)故障點(diǎn)左側(cè)線(xiàn)路上容性的零序電流有補(bǔ)償作用�？紤]到感性零序電流的補(bǔ)償作用,故障線(xiàn)路首端測(cè)得的零序電流數(shù)值可能小于某條其他線(xiàn)路首端測(cè)得的零序電流數(shù)值。
③、會(huì)受到過(guò)渡電阻大小的影響。
4、注入信號(hào)尋跡法
注入信號(hào)尋跡法簡(jiǎn)稱(chēng)注入法，在發(fā)生接地故障后，通過(guò)三相電壓互感器 (PT)的中性點(diǎn)向接地線(xiàn)路注入特定頻率(225Hz)的電流信號(hào)，注入信號(hào)會(huì)沿著故障線(xiàn)路經(jīng)接地點(diǎn)注入大地，用信號(hào)探測(cè)器檢測(cè)每一條線(xiàn)路，有注入信號(hào)流過(guò)的線(xiàn)路被選為故障線(xiàn)路。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線(xiàn)圈的影響，不要求裝設(shè)零序電流互感器(CT)，并且用探測(cè)器沿故障線(xiàn)路探測(cè)還可以確定架空線(xiàn)路故障點(diǎn)的位置。
小電流選線(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確地判定接地回路是快速排除單相接地故障的基礎(chǔ)，也是小電流選線(xiàn)的核心功能。但早期的選線(xiàn)裝置常發(fā)生誤選和漏選，效果不能令人滿(mǎn)意�！斑x線(xiàn)準(zhǔn)確率偏低”是長(zhǎng)期困擾人們的難題。
在小電流接地選線(xiàn)裝置自20世紀(jì)80年代問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)歷了幾次技術(shù)更新?lián)Q代，其選線(xiàn)的準(zhǔn)確性也在不斷提高，盡管設(shè)備廠(chǎng)方宣稱(chēng)100%的選線(xiàn)正確率，但工程實(shí)際應(yīng)用中均存在誤判率較高的問(wèn)題，使許多用戶(hù)有一種不用麻煩，用了也麻煩的感覺(jué)，故現(xiàn)場(chǎng)很多情況下都是選檢設(shè)備閑置退出而采用手動(dòng)拉閘試驗(yàn)的原始方法查找接地。
特點(diǎn)
分析小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，其不同于正常運(yùn)行狀態(tài)的信息主要有2點(diǎn)：故障線(xiàn)路流過(guò)的零序電流是全系統(tǒng)的電容電流減去自身的電容電流，而非故障線(xiàn)路流過(guò)的零序電流僅僅是該線(xiàn)路的電容電流。故障線(xiàn)路的零序電流是從線(xiàn)路流向母線(xiàn)，而非故障線(xiàn)路的零序電流是從母線(xiàn)流向線(xiàn)路，兩者方向相反，或者說(shuō)兩者反相。從小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)與正常運(yùn)行時(shí)，狀態(tài)信息的不同看，故障線(xiàn)路的判定似乎非常容易，然而事實(shí)并非如此，其原因主要有以下四點(diǎn)：
1、電流信號(hào)太小
小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流是系統(tǒng)電容電流，其大小與系統(tǒng)規(guī)模大小和線(xiàn)路類(lèi)型(電纜或架空線(xiàn))有關(guān)，數(shù)值甚小，經(jīng)中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償后，其數(shù)值數(shù)值更小，且消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償狀態(tài)(過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、完全補(bǔ)償)不同，接地基波電容電流的特點(diǎn)與無(wú)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償時(shí)相反或相同，對(duì)于有消弧線(xiàn)圈的小電流系統(tǒng)采用5次諧波電流或零序電流有功功率方向檢測(cè)，而5次諧波電流比零序電流又要小20～50倍。
2、干擾大、信噪比小
小電流系統(tǒng)中的干擾主要包括2方面：一是在變電站和發(fā)電廠(chǎng)的小電流系統(tǒng)單相接地保護(hù)裝置的裝設(shè)地點(diǎn)，電磁干擾大；二是由于負(fù)荷電流不平衡造成的零序電流和諧波電流較大，特別是當(dāng)系統(tǒng)較小，對(duì)地電容電流較小時(shí)，接地回路的零序電流和諧波電流甚至小于非接地回路的對(duì)應(yīng)電流。
3、隨機(jī)因素影響的不確定
我國(guó)配電網(wǎng)一般都是小電流系統(tǒng)，其運(yùn)行方式改變頻繁，造成變電站出線(xiàn)的長(zhǎng)度和數(shù)量頻繁改變，其電容電流和諧波電流也頻繁改變；此外，母線(xiàn)電壓水平的高低，負(fù)荷電流的大小總在不斷地變化；故障點(diǎn)的接地電阻不確定等等。這些都造成了零序故障電容電流和零序諧波電流的不穩(wěn)定。
4、電容電流波形的不穩(wěn)定
小電流系統(tǒng)的單相接地故障，常常是間歇性的不穩(wěn)定弧光接地，因而電容電流波形不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的諧波電流大小隨時(shí)在變化。
原理分析
編輯
基于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)具有的特點(diǎn)，目前，小電流接地信號(hào)裝置的設(shè)計(jì)判據(jù)主要有以下8種：
①反映零序電壓的大�。�
②反映工頻電容電流的大��；
③反映工頻電容電流的方向；
④反映零序電流有功分量；
⑤反映接地時(shí)5次諧波分量；
⑥反映接地故障電流暫態(tài)分量首半波；
⑦信號(hào)注入法；
⑧群體比幅比相法。
選線(xiàn)誤判原因分析
由于各種干擾的影響，特別是當(dāng)系統(tǒng)較小或是加裝自動(dòng)調(diào)諧的消弧線(xiàn)圈后，電容電流數(shù)值較小，接地點(diǎn)電弧電阻不穩(wěn)定時(shí)，零序電流(或諧波電流)數(shù)值很小，可能被干擾淹沒(méi)，其相位不一定正確，從而造成誤判。工程上所采用的零序電流互感器精度太低。當(dāng)原方零序電流在5A以下時(shí)，許多廠(chǎng)家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比誤差達(dá)20%以上，角誤差達(dá)20'以上，當(dāng)一次零序電流小于1A時(shí)二次側(cè)基本無(wú)電流輸出，無(wú)法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度，且選線(xiàn)檢測(cè)裝置用的電流變換器線(xiàn)性性能差，目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的選線(xiàn)檢測(cè)元件大多按保護(hù)級(jí)選擇，保護(hù)級(jí)互感器在所測(cè)電流遠(yuǎn)小于額定電流值時(shí)，綜合誤差難以滿(mǎn)足要求，兩級(jí)電流變換元件的總誤差是造成現(xiàn)場(chǎng)誤判的主要原因。工程實(shí)際中使用的零序?yàn)V序器的線(xiàn)性測(cè)量范圍超出了實(shí)際可能的接地電容電流。
1、零序電流互感器誤差分析
零序電流互感器的工作條件屬于套管型(或稱(chēng)母線(xiàn)型)電流互感器，這種電流互感器原方無(wú)繞組，而是將被測(cè)回路的導(dǎo)體(引線(xiàn)套管或匯流排)或電纜穿過(guò)它的內(nèi)孔，作為原方繞組，因而僅有1匝。套管型電流互感器在其原方電流小于100A時(shí)已不能保證準(zhǔn)確度，一般的電流互感器在制作時(shí)，額定電流400A以下多采用多匝式結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯恼`差決定于它的鐵心所消耗的勵(lì)磁安匝I0N1(磁勢(shì))占原方繞組總勵(lì)磁安匝I1N1(磁勢(shì))的百分?jǐn)?shù)，對(duì)于同一臺(tái)鐵心，在相同的原方電流下，原方繞組匝數(shù)越少，誤差越大。套管型(或稱(chēng)母線(xiàn)型)電流互感器原方繞組僅有1匝，原方電流里激磁電流占的比例較大，造成較大誤差[1]。而零序電流互感器實(shí)際應(yīng)用在小電流接地系統(tǒng)中，其原方電流值均很小，正常運(yùn)行時(shí)其原方基本無(wú)電流，出現(xiàn)接地故障時(shí)其原方電流(故障電流)也很小，一般在10A以下。如該系統(tǒng)接地故障電流大于．10A時(shí)，規(guī)程規(guī)定要裝設(shè)消弧線(xiàn)圈進(jìn)行補(bǔ)償，帶有消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償時(shí)接地故障電流更小，一般小于2～5A(可小到0．2～0．5A)。在這樣小的原方電流下常規(guī)零序電流互感器的變比和相角誤差均很大，所以一般各互感器生產(chǎn)廠(chǎng)家對(duì)零序電流互感器均不能給出變比，也無(wú)誤差保證指標(biāo)。從零序電流互感器的實(shí)際一、二次電流變化曲線(xiàn)(變比曲線(xiàn))中可知：零序電流互感器的電流變比值隨一次電流值變化很大，而一次電流在小于1A時(shí)，已經(jīng)不能再給出具體的二次電流輸出值。
經(jīng)實(shí)際測(cè)量，在原方零序電流為5A以下時(shí)，各廠(chǎng)家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比誤差達(dá)20%～80%，角誤差達(dá)10°～50°使得利用零序電流大小與方向、零序電流中5次諧波電流大小與方向和零序有功、無(wú)功功率原理的接地檢測(cè)裝置和微機(jī)保護(hù)無(wú)法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度。
2、零序?yàn)V序器的誤差分析
工程實(shí)際中使用的零序?yàn)V序器大多為三相保護(hù)用電流互感器的組合，即用三相保護(hù)電流合成零序電流，眾所周知零序?yàn)V序器本身固有的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護(hù)用電流互感器在一次電流低于50%額定電流值時(shí)誤差已不能保證[3]隨著系統(tǒng)容量的增大考慮到電流互感器飽和的原因，保護(hù)所使用的電流互感器的變比逐漸增大，額定一次電流值多大于等于600A，因此在接地電容電流小于10A的小電流接地系統(tǒng)使用零序?yàn)V序器，單相電容電流僅為保護(hù)用互感器一次額定電流的0．6%，互感器綜合誤差根本無(wú)法保證。
3、微機(jī)檢測(cè)裝置的測(cè)量誤差
目前典型的微機(jī)選檢裝置的電流變換器均按普通保護(hù)級(jí)選擇，額定電流為5A或1A，其線(xiàn)性范圍為0．1～201N，而實(shí)際使用中的輸入電流在幾十毫安左右，遠(yuǎn)超出它的線(xiàn)性范圍。以IN=5A為例，當(dāng)系統(tǒng)取最大接地電容電流10A，零序電流互感器或零序?yàn)V序器取較小值60(300/5)時(shí)，二次側(cè)的電流值為0．16A；當(dāng)接地電容電流值為2A時(shí)，二次側(cè)的電流值為0．03A；二次側(cè)電流值均小于0．1IN(0．5A)，超出電流變換器的測(cè)量線(xiàn)性范圍。
工程中采取的措施
通過(guò)以上分析可知，測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差是目前各種微機(jī)選線(xiàn)裝置誤判的主要原因，工程應(yīng)用中盡量使參數(shù)配合適當(dāng)，減小測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差，有效提高小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)的選線(xiàn)準(zhǔn)確率。工程中一般采取的有效措施包括：
1)盡量選擇準(zhǔn)確度高的專(zhuān)用零序電流互感器，額定原方電流的選擇應(yīng)保證系統(tǒng)出現(xiàn)最大接地電容電流時(shí)能處在零序電流互感器的線(xiàn)性范圍內(nèi)(準(zhǔn)確限值)，原方電流的線(xiàn)性測(cè)量范圍應(yīng)向下延伸到0．2A左右，用以適應(yīng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的小電流接地系統(tǒng)。
2)零序?yàn)V序器應(yīng)盡量使用變比較小的計(jì)量級(jí)(最好為S級(jí))電流互感器組合而成，較小的變比可使電容電流的二次值較大，有利于檢測(cè)裝置的電流變換器采集電流值，S級(jí)使電流互感器的測(cè)量精確線(xiàn)性范圍更寬，有利于測(cè)量較小的電容電流。工程實(shí)踐中不宜與計(jì)量系統(tǒng)合用同一電流互感器線(xiàn)圈。
3)微機(jī)檢測(cè)裝置的電流變換器的線(xiàn)性測(cè)量范圍應(yīng)與互感器的二次輸出值配套，工程實(shí)踐計(jì)算經(jīng)驗(yàn)表明：零序電流互感器的二次側(cè)電流一般為mA級(jí)，電流變換器的線(xiàn)性測(cè)量范圍應(yīng)以mA級(jí)起步，例如：普通型保護(hù)零序最小檢測(cè)電流為6mA。XC-LJK最小檢測(cè)電流為5mA.德國(guó)西門(mén)子7SJ系列保護(hù)的高靈敏接地保護(hù)的零序最小檢測(cè)電流為3mA.(小電流選線(xiàn)可檢測(cè)的電流和零序互感器有直接關(guān)系，普通的零序互感器為毫安級(jí)，配合XC-WLH8等高精度零序，理論上可達(dá)微安級(jí)別)
4)使用接線(xiàn)中盡量減小誤差和電磁干擾影響，二次電纜采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地。在安裝零序電流互感器時(shí)標(biāo)有"P1"(或"L1")端應(yīng)朝向高壓母線(xiàn)，零序電流互感器與母線(xiàn)之間不應(yīng)有接地點(diǎn)，即高壓電纜外皮的接地線(xiàn)應(yīng)穿過(guò)互感器在線(xiàn)路側(cè)接地，當(dāng)電纜穿過(guò)零序電流互感器時(shí)，電纜頭的接地線(xiàn)應(yīng)通過(guò)零序電流互感器后接地，由電纜頭至穿過(guò)零序電流互感器的一段電纜金屬護(hù)層和接地線(xiàn)應(yīng)對(duì)地絕緣。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，小電流接地選線(xiàn)系統(tǒng)的功能漸趨完善，只要選擇原理與系統(tǒng)相適應(yīng)的設(shè)備，在工程中盡量減少測(cè)量環(huán)節(jié)的綜合誤差，采取一定的抗干擾措施必將大大提高目前的接地選線(xiàn)準(zhǔn)確性和可靠性。
產(chǎn)品分類(lèi)
市場(chǎng)上的小電流選線(xiàn)按照選線(xiàn)方法分：暫態(tài)信號(hào)法、信號(hào)注入法、擾動(dòng)法、行波法。行波技術(shù)最早應(yīng)用在高壓領(lǐng)域進(jìn)行測(cè)距，由于線(xiàn)路長(zhǎng)、線(xiàn)路單一，測(cè)距效果良好。行波法在配網(wǎng)進(jìn)行選線(xiàn)，面臨出線(xiàn)多、出線(xiàn)短、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜問(wèn)題，選線(xiàn)效果有待提高；擾動(dòng)法需要跟消弧系統(tǒng)配合，通過(guò)改變中值電阻或調(diào)整線(xiàn)圈補(bǔ)償度來(lái)改變零序信號(hào)大小來(lái)實(shí)現(xiàn)選線(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)有沖擊影響，選線(xiàn)效果比較可靠；信號(hào)注入法通過(guò)PT注入固定頻率信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)信號(hào)流經(jīng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)選線(xiàn)，該方法選線(xiàn)可靠性受PT容量影響，實(shí)施上相對(duì)復(fù)雜；暫態(tài)信號(hào)法是目前比較成熟可靠的選線(xiàn)方法，利用接地瞬時(shí)的暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行選線(xiàn)，暫態(tài)信號(hào)具有幅值大、不受消弧補(bǔ)償影響的優(yōu)點(diǎn)，選線(xiàn)可靠性很高。
選線(xiàn)方法
1、基于（五次）諧波量的方法
由于故障點(diǎn)電氣設(shè)備的非線(xiàn)性影響，故障電流中存在著諧波信號(hào)，其中以五次諧波分量為主。由于消弧線(xiàn)圈對(duì)五次諧波的補(bǔ)償作用僅相當(dāng)于工頻時(shí)1/ 25 ,可以忽略其影響。因此，故障線(xiàn)路的五次諧波電流比非故障線(xiàn)路的都大且方向相反，據(jù)此現(xiàn)象可以選擇故障線(xiàn)路,稱(chēng)為五次諧波法。缺點(diǎn)是五次諧波含量較小(小于故障電流10 %) ，檢測(cè)靈敏度低且受間歇性電弧現(xiàn)象影響。諧波平方和方法是將各線(xiàn)路3 、5 、7 等諧波分量的平方求和后進(jìn)行幅值比較，幅值最大的線(xiàn)路選為故障線(xiàn)路。雖然能在一定程度上克服單次諧波信號(hào)小的缺點(diǎn)，但并不能從根本上解決問(wèn)題。
2、有功分量法
零序電流有功分量是根據(jù)線(xiàn)路存在對(duì)地電導(dǎo)以及消弧線(xiàn)圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量，非故障線(xiàn)路和消弧線(xiàn)圈的有功電流方向相同且都經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)返回，因此，故障線(xiàn)路有功分量比非故障線(xiàn)路大且方向相反。根據(jù)這一特點(diǎn)，可選出故障線(xiàn)路。在設(shè)計(jì)具體的選線(xiàn)裝置時(shí)，可利用零序電壓與零序電流計(jì)算并比較各線(xiàn)路零序有功功率的大小與方向來(lái)確定故障線(xiàn)路。
有功分量法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線(xiàn)圈的影響，但由于故障電流中有功分量非常小并且受線(xiàn)路三相參數(shù)不平衡的影響，檢測(cè)靈敏度低，可靠性得不到保障。為了提高靈敏度，有的裝置采用瞬時(shí)在消弧線(xiàn)圈上并聯(lián)接地電阻的做法加大故障電流中有功分量。這樣做帶來(lái)的問(wèn)題是使接地電流增大，加大對(duì)故障點(diǎn)絕緣的破壞，很可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大，且對(duì)電纜線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，這一問(wèn)題更為突出。
3、穩(wěn)態(tài)零序電流比較法
當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),留過(guò)故障元件的零序電流其數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件的對(duì)地電容電流之和,即故障線(xiàn)路上的零序電流最大,且故障線(xiàn)路的零序電流方向與所有非故障線(xiàn)路零序電流方向相反。通過(guò)零序電流的幅值和相位的比較可以找出故障線(xiàn)路。
局限性：
①、零序電流的測(cè)量值受到電流互感器由于飽和而產(chǎn)生的不平衡電流的影響。
②、在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)中,故障相存在零序電流。在故障線(xiàn)路,
該電流方向與非故障相回路的零序電流的流向相同,但卻是感性的,它對(duì)故障點(diǎn)左側(cè)線(xiàn)路上容性的零序電流有補(bǔ)償作用�？紤]到感性零序電流的補(bǔ)償作用,故障線(xiàn)路首端測(cè)得的零序電流數(shù)值可能小于某條其他線(xiàn)路首端測(cè)得的零序電流數(shù)值。
③、會(huì)受到過(guò)渡電阻大小的影響。
4、注入信號(hào)尋跡法
注入信號(hào)尋跡法簡(jiǎn)稱(chēng)注入法，在發(fā)生接地故障后，通過(guò)三相電壓互感器 (PT)的中性點(diǎn)向接地線(xiàn)路注入特定頻率(225Hz)的電流信號(hào)，注入信號(hào)會(huì)沿著故障線(xiàn)路經(jīng)接地點(diǎn)注入大地，用信號(hào)探測(cè)器檢測(cè)每一條線(xiàn)路，有注入信號(hào)流過(guò)的線(xiàn)路被選為故障線(xiàn)路。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線(xiàn)圈的影響，不要求裝設(shè)零序電流互感器(CT)，并且用探測(cè)器沿故障線(xiàn)路探測(cè)還可以確定架空線(xiàn)路故障點(diǎn)的位置。