小电流接地选线装置在变电站中的应用

引言：在中压配电网范畴内，小电流接地这种方式凭借其具有经济实惠、操作简便等一系列优势，从而获得了普遍的应用。它主要涵盖了不接地系统、经由消弧线圈接地的系统以及高阻接地系统这三种类型。由于出现接地故障时所产生的电流数值相对较小，传统的那种过电流保护模式很难实现可靠的动作，所以就需要专门的接地选线装置来对故障线路进行判断识别。近些年来，随着小电流接地选线技术不断发展，各类新颖的选线装置接连出现并且在变电站之中获得应用。本文将会把重点放在探讨小电流选线装置于变电站的应用这一方面。

1 小电流接地系统故障特征分析

1.1 单相接地故障的暂态与稳态特性

小电流接地系统发生单相接地故障时，由于系统的分布电容，故障初期会产生一个暂态过程，这个暂态过程通常持续数个周波到数十个周波，在此期间，故障相电压迅速下降至零，非故障相电压迅速上升至线电压，同时在系统中产生自由振荡分量，形成暂态电流。暂态电流主要由故障线路的放电电流和非故障线路的充电电流组成，通常为稳态电流的数倍至数十倍，并含有丰富的高频分量。暂态结束后，系统进入稳态。在稳态下，由于中性点接地电阻或消弧线圈的限制作用，接地电流远小于系统的容性电流，通常仅为安培级，且基本不含高次谐波，基波分量占绝对优势。因此，暂态过程蕴含了丰富的故障特征信息，对故障选线非常有利，而稳态过程则对选线提出了更高的要求。

1.2 不同接地方式下的故障特征差异

常见的小电流接地方式有不接地、经消弧线圈接地和高阻接地三种，它们的单相接地故障特征存在明显差异。不接地系统由于中性点与地绝缘，接地电容电流最小，通常在数安培量级，故障电弧极易熄灭，暂态过程非常短暂，稳态基本不存在。经消弧线圈接地系统在中性点接入可变电感，其感抗值与系统对地电容相匹配，可大幅度补偿接地电容电流，使之进一步减小至数安培甚至更低，有利于电弧熄灭和过电压抑制，但同时也削弱了暂态特征。高阻接地系统在中性点接入大电阻，可将接地电流限制在一定范围内，既能抑制过电压，又能提供足够大的稳态电流，便于选线定位，但对暂态特征的影响介于不接地和消弧线圈接地之间。

1.3 选线技术难点

小电流接地选线在配电自动化领域始终属于技术难题，原因主要涵盖以下几个方面：

首先，接地故障电流通常处于较小水平。因为中性点接地电阻或者消弧线圈发挥着限制作用，使得接地电流一般仅在数安培的量级，与系统负荷电流相比，差距较大，凭借传统的过电流保护原理，难以做到可靠检测。

其次，接地点存在不确定性。单相接地故障有可能发生在任何线路的任何位置，其地点不固定，接地电阻同样不固定，这给制定选线判据增添了困难。

再者，接地弧光频繁产生。由于小电流接地系统具备自熄弧能力，故障经常会呈现间歇性，频繁出现的弧光会导致电压和电流急剧变化，这种情况容易致使选线装置出现误动以及拒动的现象。

最后，故障特征不太显著。接地电流很小，暂态过程较为短暂，稳态时各相电流大体对称，三相电压基本正常，从常规电量中识别故障特征存在较大难度。

2 小电流接地选线装置在变电站中的应用实践

2.1 装置选型与配置

小电流接地选线装置的选型和配置是其应用的首要环节，目前市场上常见的选线装置按其采用的主要原理可分为暂态法和稳态法两大类。暂态法主要有过零点比较法、幅值比较法等，利用接地故障暂态过程中的各种电量特征来判别故障线路，动作速度快、选择性好，但可能受干扰和弧光的影响。稳态法主要有投切电阻法、纵联电压法等，利用接地故障稳态时的零序电流或零序电压进行判据计算，抗干扰能力强、可靠性高，但动作相对较慢。

一些新型选线装置采用了基于小波分析、神经网络、模糊决策等智能算法的综合判据，能够从多个时间尺度、多个观测量中提取故障特征信息，提高了选线性能[1]。变电站在选用选线装置时，应全面考虑本地区电网的接地方式、线路结构、负荷特性、故障类型等因素，针对性地选择合适的装置类型和整定原则，既要重视装置的技术先进性，也要兼顾工程的实用性和经济性。通常建议选用暂态法和稳态法相结合、硬件和软件相结合、综合判据的选线装置，并辅以必要的配套设施，以获得最佳的选线效果。

2.2 安装与调试

小电流接地选线装置的安装质量和调试水平直接关系到其实际运行效果。装置的硬件部分一般安装在变电站母线侧，合理选择安装位置，减小电缆长度，规范接线端子，保证二次回路的绝缘与屏蔽性能，是提高抗干扰能力的重要环节。零序电流互感器是选线装置的重要信息来源，应尽量选用高灵敏度、宽频带的零序CT，变比和极性一致，饱和特性良好，确保各相之间及相间的均衡度，为选线算法提供真实可靠的原始数据[2]。装置安装完毕后，应参照出厂检验报告和技术手册，逐项进行静态参数和动态性能的调试。采用接地故障仿真试验装置，模拟各种典型故障工况，测试选线装置的动作情况，并结合短路计算和运行经验，合理设置定值参数，优化整定选线逻辑和时间配合关系，最终使选线动作满足速度与可靠性的统一。调试过程中还应重点关注选线装置与其他保护和自动化设备的协调配合，做好正确动作和误动闭锁的逻辑，确保事故隔离与非故障区段供电的最优方案。

2.3 与变电站综合自动化系统的集成

随着智能电网和数字化变电站的发展，小电流接地选线装置与变电站综合自动化系统的集成已成为必然趋势[3]。一方面，选线装置应将其采集的实时数据、运行工况、定值整定、动作记录、自诊断结果等信息通过标准协议上送给站控层，并以图形化与数字化的方式展现，使值班人员能够及时、准确、全面地掌握系统状态，为故障诊断、事故复盘、风险评估等在线分析应用提供数据支撑。

另一方面，站控主机也应将电网运行信息如总有功功率、总无功功率、母线电压、线路功率、馈线拓扑等参量适时下发给选线装置，作为判据阈值设置和自适应校正的输入条件，实现选线逻辑的自动优化[4]。此外，通过开放的软件接口，实现选线信息与故障录波、电能质量监测等专业系统的共享，并纳入配电自动化主站的统一调度平台，可为配电网的实时监控、风险预警、线路巡检、检修决策等管理应用提供有力支撑。

结束语

随着小电流接地选线装置的广泛应用，电力系统对单相接地故障的检测和隔离能力提高，但由于影响选线的因素较多，目前还没有一种装置能适应所有情况。只有根据系统实际特点，选用合适的装置类型，并进行必要的二次回路配套和定值整定，同时与其他自动化系统互动配合，才能真正发挥小电流选线装置的作用，为配电网的安全可靠运行保驾护航。

参考文献：

[1]匡子靓，杨阳.小电流接地选线装置管理系统的研发及应用[J].科技与创新，2024，(14)： 23-26+30 .

[2]曹艳，李洪.小电流接地选线系统技术分析[J].价值工程，2023，42(32)：35-38.

[3]张玉杰，卞兴炜.小电流接地选线装置校验方法改进[J].电力安全技术，2022，24(12)：66-67.

[4]陈琪佳.小电流接地系统单相接地故障检测技术研究[D].福州大学，2022.