第三节
影响小电流接地选线的因素
小电流接地系统的接地故障零序电流小，微弱的零序电流往往又混杂在各式 各样的干扰中间，使得选线问题变得很复杂，必须综合考虑各种因素的影响。 (1) 跟中性点的接地方式有关。由前面的分析可以看到，中性点不接地、经
过消弧线圈接地或者高阻接地，系统中单相接地故障的特征是不同的，因此选线 问题有显著的不同。
(2)跟线路的长短与结构有关。小电流接地系统单相接地故障电流是由线路的 对地电容产生的，线路的对地电容与线路的长短和结构关系密切。一般来说，电 缆线路的对地电容比架空线路的零序电流大。线路的对地电容与线路的长度成正 比。
(3) 跟系统的故障方式有关。由等值电路可以看到，小电流接地系统单相接
地故障后的电流与等效接地阻抗有关，系统中的故障方式很多，包括直接接地， 电阻接地，电弧接地，瞬间接地，间歇性接地，电阻电弧接地等，这些接地情况 的等效接地电阻是不同的，要保证解决小电流接地选线问题，必须保证对各种故 障情况都能选线准确。
第三章 目前主要选线算法及评价
目前可以采集利用的电气量有：零序稳态基波分量、零序稳态谐波分量、零 序暂态分量、负序分量和注入信号。
根据采集的电气量的不同，可以采用不同的方法，而根据电气量的不同特性， 也可以看出各种方法在不同故障条件下的优劣。目前可以采用的方法有：比幅比 相方法、无功功率方法，小波方法、暂态能量方法、能量方法、负序电流法、注 入方法等。
（1）零序电流比幅算法
这种方法基于早期的继电保护原理，适用于中性点不接地系统。当中性点不 接地系统发生单相接地故障时，流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故 障元件对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，所以只要通过零序电 流幅值大小比较就可以找出故障线路。在具体实现上，通常采用“绝对整定值” 原理。即利用零序电流 I0与一整定值 IZ做比较，整定值 IZ一般大于系统内任何一
条出线的电容电流值，如果 I0小于整定值 IZ，继电器不动作；如果 I0大于整定值IZ 则继电器动作，显示器显示该回路的编号，选线完成。
这种方法在理论上就是不完备的，因为系统中可能存在某条线路的电容电流
大于其它线路电容电流之和的情况。在这种情况下，当这条线路发生接地故障时， 就会出现拒动的情况。这种方式为单一判据方式，不能排除电流互感器 (ＣＴ)不 平衡的影响，它受系统运行方式、线路长短、过渡电阻大小等许多情况的影响， 从而导致误选、多选、漏选。从整定方式上看，这种整定方式可能导致死区 ,不 能满足系统运行多变的情况。 （2）群体比幅比相算法
这种方法突破了原有的传统的保护原理，充分利用了故障信息之间的联系， 将孤立的故障信息融合比较，大大提高了选线正确性。群体比幅比相算法适用于 中性点不接地系统。这种方法的基本原理是先进行 I0比较，选出几个幅值较大的 作为候选，这样在一定程度上就避免了不平衡带来的影响，然后在此基础上进行 相位比较，选出零序电流方向与其它零序电流方向不同的，即为故障线路。该方 法还引入零序电压作为参考正方向。实践和理论分析证明，零序电压幅值大，波 形稳定，因而以其作为参考正方向，保证了参考正方向的稳定性。
群体比幅比相算法利用故障信息之间的相对关系，克服了采用“绝对整定值” 时原理上的缺陷，并且通过选取幅值较大的线路作为候选线路的方法，在一定程 度上克服了 CT 等不平衡带来的影响。
但是当系统的中性点经消弧线圈接地时，由于消弧线圈对故障线路电流的补
偿作用，此时群体比幅比相算法就不适用了，这使群体比幅比相算法的使用受到限制。 （3）有功分量法
有功分量算法的基本原理是：当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故 障时，提取各条线路的零序有功分量，非故障线路的零序有功分量方向由母线流 向线路，大小等于线路本身的有功损耗电流值；故障线路的零序有功分量方向由 线路流向母线，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，方向由母线流向线路。利用各线路零序有功分量的相对大小和相位关系就可 以确定故障线路或者母线故障。
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；并且， 在消弧线圈存在的情况下，故障线路的零序有功分量的大小比中性点不接地时更 大，故障特征更明显，更利于选线。
但是，由于线路的有功损耗相对较小，因此有功分量算法的故障信息同样是
不够突出。受 CT 不平衡、线路长短、过渡电阻大小的影响也较大。并且，由于三 相电容不平衡引起的“虚假有功电流分量”对有功分量算法的影响也较大。 （4）无功功率方法
这也是比较传统的方法，在欧洲应用的较为广泛。这种方法是通过计算各条 线路的容性无功功率来判断是哪条线路发生了故障。这种方法也是利用了容性电 流的幅值与方向，所以从本质上讲，无功功率法和比幅比相方法同出一辙，两者 的优缺点是一致的。 (5)五次谐波分量算法
五次谐波分量算法的提出在一定程度上解决了中性点经消弧线圈接地系统单 相接地故障的选线问题。这种方法的基本原理为：中性点经消弧线圈接地系统中 的消弧线圈参数是按照基波整定的，即有ωL≈1 /ωC 和 5ωL>>1 / 5ωC，可忽
略消弧线圈对五次谐波产生的补偿效果，因此零序电流五次谐波分量在中性点经 消弧线圈接地系统中有着与中性点不接地系统中零序电流基波无功分量相同的特 点，再利用前述原理（如群体比幅比相算法等），即可解决中性点经消弧线圈接 地系统的选线问题。但是五次谐波所的含量占基波的比例很小,且负荷中的五次谐 波源、CT 不平衡电流和过渡电阻的大小，都会一定程度上影响选线结果。 （6）小波算法
针对稳态时故障信息比较微弱的问题，人们提出了利用有较大突变的暂态信 息作为故障信号的算法。这其中主要采用的是小波分析，故称为小波算法。小波 分析是一门现代信号处理理论与方法，它能有效地分析变化规律不确定和不稳定 的随机信号，能够从信号中提取到局部化的有用成分。
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，可以用来选线。 小波选线方法的优点是，第一、该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈 接地的电网都适用；第二、该方法特别适应于故障状况复杂、故障波形杂乱的情 况，这与稳态量选线方法形成优势互补。
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、局部性和非平稳性特点，有可能出现暂态过程不明显的情况， 在这种情况下小波算法就要和其它方法联合使用。 （7）能量函数法
图 2.9 所示为经消弧线圈接地系统的零序故障分量网,故障发生在线路 1,由于 故障分量系统是一单激励网络,故障前系统中各元件的电压和电流初始值都为零, 并为无源网络.故障即等效于在 t=0 时刻在其零序网络突然加上一个假想电源-uf,
此时故障分量系统中各元件上所消耗和吸收的能量都由此假想电源提供。
定义线路的零序电压与零序电流乘积的积分为零序能量函数:
对于消弧线圈,有
显然,S0j(t)j=1,2,?,n,是故障后第 j 条线路上传输的能量.由于故障分量网络是
无源网络,所以只能从等效电源吸收能量,考虑到电流的参考方向,非故障线路的能量函数总是大于零.消弧线圈的能量函数与非故障线路极性相同.网络上的能量都
是通过故障线路传送给非故障线路的,因此故障线路的能量函数总是小于零,并且 其绝对值等于其它线路(包括消弧线圈)能量函数的总和。 根据能量函数的上述特性,可以构成两种接地选线方法: 方法一:方向判别.
若第 j 条线路的能量函数 S0j(t)<0,j=1,2,?,n,L 判定第 j 条线路为故障线路;若所 有线路(包括消弧线圈)的能量函数均大于零,即 S0j(t)>0,j=1,2,?,n,L 即判定为母线 故障.
方法二:大小判别.
为了能够判别母线故障,再构成一个能量函数
显然,在母线接地时,S0bus(t)等于所有线路(包括消弧线圈)能量函数的总和,而在 线路故障时 S0bus(t)为 0。对式(2-6)～(2-8)进行积分,得
大小判别的方法为比较所有 Mj(t)的大小,最大值相应的线路为故障线路(包括
母线).与方向判别方法相比较,大小判别方法的优点为在实际线路零序 CT极性接反 时仍能正确选线;缺点为由于 S0bus(t)是所有线路能量函数的累加,噪声的影响变大, 影响接地选线的灵敏度. （8）信号注入法
注入方法是通过向系统注入某种信号，根据注入信号仅在接地线路中流通， 非接地线路中没有信号，来检测信号，有注入信号的线路为故障线路。信号注入 法不利用故障自身提供的故障信息进行被动式选线，而是主动地注入一个选线信 号，思路上是先进的。信号注入法的缺点是：第一、注入信号的功率不够大，变 换到高压侧的注入信号非常微弱，很难准确测量；第二、非故障线路中也会有注 入频率的对地充电电流，在故障电阻较大情况下，故障线路与非故障线路上的信 号差异不明显；第三、需要附加信号装置，实现困难，可靠性差。
第四章
分布式小电流接地选线装置的设计与实现
第一节 系统结构
考虑到当前广泛应用的集中式结构的小电流接地选线装置存在下列局限：（1） 现场需要敷设大量的电缆，施工量大，造成维护、扩展不便；（2）信号传输距离 长，模拟信号会有一定程度的衰减，同时也无法避免现场中的各种电磁干扰。所 以，在分布式小电流选线装置的结构设计上，采用总线通信技术，实现了分层分
