摘要　文章在綜述了國(guó)內(nèi)外小電流接地系統(tǒng)單相接地故障保護(hù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了目前各種保護(hù)原理的優(yōu)點(diǎn)與不足，介紹了新穎的零序電流有功分量方向保護(hù)原理，并對(duì)接地選線保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)進(jìn)行了論述。 關(guān)鍵詞　小電流接地系統(tǒng)　接地保護(hù)　選擇性　動(dòng)作參數(shù)小電流接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是單相接地電流較小，單相接地時(shí)不形成短路回路，電力系統(tǒng)安全運(yùn)行規(guī)程規(guī)定可繼續(xù)運(yùn)行1～2h。但是，長(zhǎng)時(shí)間的接地運(yùn)行，極易形成兩相接地短路，弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò)電壓。因此，接地選線保護(hù)裝置近年來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用，為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到了積極的作用。目前，部分裝置在使用中的表現(xiàn)并不能令人滿意，誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。本文在對(duì)常用的接地選線保護(hù)原理進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，提出一種新的保護(hù)原理——零序電流有功分量方向保護(hù)原理。1　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀　　國(guó)外對(duì)接地保護(hù)的處理方式各不相同。前蘇聯(lián)的小電流接地系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式，主要采用零序功率方向和首半波原理�！　∪毡镜男‰娏鹘拥叵到y(tǒng)中高阻抗和不接地方式均有采用，但電阻接地方式居多［1］。其選線原理較為簡(jiǎn)單，不接地系統(tǒng)主要采用功率方向繼電器，電阻接地系統(tǒng)則采用零序過(guò)電流保護(hù)瞬間切除故障線路。近年來(lái)，在如何獲取零序電流信號(hào)以及接地點(diǎn)分區(qū)段方面作了不少工作，并已將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于接地保護(hù)［3］�！　∶绹�(guó)由于歷史原因，電網(wǎng)中性點(diǎn)主要采用電阻接地方式，也利用零序過(guò)電流保護(hù)瞬間切除故障線路［4～6］。但是，故障跳閘僅用于中性點(diǎn)經(jīng)低阻接地系統(tǒng)，對(duì)高阻接地系統(tǒng)接地時(shí)僅有報(bào)警功能［7，8］。　　法國(guó)過(guò)去以低電阻接地方式居多，采用零序過(guò)電流原理實(shí)現(xiàn)接地故障保護(hù)［2］。隨著城市電纜線路的不斷投入，電容電流迅速增大，故已開(kāi)始采用自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈以補(bǔ)償電容電流。為解決此系統(tǒng)的接地選線問(wèn)題，提出了利用Prony方法和小波變換以提取故障暫態(tài)信號(hào)中的信息如頻率、幅值、相位，以區(qū)分故障與非故障線路的保護(hù)方案，但還未應(yīng)用于具體裝置［9，10］�！　∨餐�一公司采用測(cè)量零序電壓與零序電流空間電場(chǎng)和磁場(chǎng)相位的方法，研制了一種懸掛式接地故障指示器，分段懸掛在線路和分叉點(diǎn)上；加拿大一公司研制的微機(jī)式接地故障繼電器，也采用零序過(guò)電流的保護(hù)原理，其軟件算法部分利用了沃爾什函數(shù)，以提高計(jì)算接地故障電流有效值的速度［11］�！　∥覈�(guó)配電網(wǎng)和大型工礦企業(yè)的供電系統(tǒng)大多數(shù)采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，近年來(lái)，一些城市電網(wǎng)改用電阻接地的運(yùn)行方式。礦井6～10　kV電網(wǎng)過(guò)去也一直是用中性點(diǎn)不接地方式，隨著井下供電線路的加長(zhǎng)，電容電流增大，近年來(lái)消弧線圈在礦井電網(wǎng)得到了推廣應(yīng)用，并主要采用消弧線圈并、串電阻的接地方式�！　� 國(guó)內(nèi)從50年代就開(kāi)始了對(duì)接地保護(hù)原理和裝置的研究，并相繼推出了幾代產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)的選線裝置主要基于零序電流原理、零序功率方向原理、首半波原理、諧波電流方向原理和“信號(hào)注入法”原理［12］。在選線方案上，除常規(guī)的絕對(duì)定值保護(hù)方案外，還有群體比幅比相方案［13］，最大Isinφ或ΔIsin φ方案［14］。2　接地選線保護(hù)原理2.1　零序電流原理　　該原理是基于故障支路零序電流大于非故障支路零序電流的特點(diǎn)，區(qū)分出故障和非故障線路，從而構(gòu)成有選擇性的保護(hù)。這種原理在電網(wǎng)的電容電流較小，又存在長(zhǎng)線路的情況下較難滿足選擇性的要求。同時(shí)，當(dāng)接地點(diǎn)存在電阻時(shí)，易發(fā)生拒動(dòng)現(xiàn)象。2.2　零序功率方向原理　　零序功率方向保護(hù)原理是利用故障線路零序電流滯后零序電壓90。，非故障線路零序電流超前零序電壓90。的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。目前采用這一原理實(shí)現(xiàn)的裝置在實(shí)際電網(wǎng)中應(yīng)用較多，但對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)此原理無(wú)效。2.3　首半波原理　　該原理是基于接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè)。它利用故障線路中故障后暫態(tài)零序電流第一個(gè)周期的首半波與非故障線路相反的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)。但該原理不能反映相電壓較低時(shí)的接地故障，且受接地過(guò)渡電阻影響較大，同時(shí)也存在工作死區(qū)。2.4　諧波電流方向原理　　由于電力電子傳動(dòng)裝置在供電網(wǎng)中的推廣應(yīng)用，以及電源變壓器鐵芯非線性的影響，電網(wǎng)中除存在基波成分外，必然還包含一系列諧波成分。故可利用5次或7次諧波電流的大小或方向構(gòu)成選擇性接地保護(hù)。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，因消弧線圈的作用是對(duì)基波而言的，5次或7次諧波電流的分布規(guī)律與中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)一樣，故該原理仍然可行。但由于5次或7次諧波含量相對(duì)基波而言要小得多，且各電網(wǎng)的諧波含量大小不一，故以此原理構(gòu)成的保護(hù)其零序電壓動(dòng)作值往往很高，靈敏度較低，在接地點(diǎn)存在一定過(guò)渡電阻的情況下將出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象。3　零序電流有功分量方向原理　　為克服現(xiàn)有各種原理存在的不足，本文提出一種新的保護(hù)原理：零序電流有功分量方向原理。為說(shuō)明該原理，先以中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)此系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，零序等效網(wǎng)絡(luò)如圖1所示設(shè)為A相故障，R為接地點(diǎn)過(guò)渡電阻。圖1　中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)零序等效網(wǎng)絡(luò)Fig.1　Zero sequence equivalent networkof resistance neutral grounding　　由圖可知，故障線路Ⅲ始端所反應(yīng)的零序電流為　　1　　對(duì)非故障線路Ⅰ、Ⅱ則為　　2　　3式中　C0Σ＝C0Ⅰ＋C0Ⅱ＋C0Ⅲ，為全電網(wǎng)一相對(duì)地電容之和�！　】梢�(jiàn)，流過(guò)故障線路始端的零序電流可分2部分：中性點(diǎn)電阻器RN產(chǎn)生的有功電流，相位滯后于零序電壓90。。流過(guò)非故障線路的零序電流只有由本支路對(duì)地電容產(chǎn)生的容性電流，相位超前零序電壓90。�！　∮捎谟泄﹄娏髦涣鬟^(guò)故障線路，與非故障線路無(wú)關(guān)，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(shí)現(xiàn)接地選線保護(hù)。這就是零序電流有功分量方向保護(hù)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(shí)現(xiàn)。　　對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，目前主要采用消弧線圈并串電阻運(yùn)行的派生接地方式，且消弧線圈本身的有功成分較大實(shí)測(cè)單相接地時(shí)其有功電流達(dá)2～3A。當(dāng)此系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，故障線路始端所反映的零序電流除增加一部分電感性電流外，其余二部分與電阻接地系統(tǒng)相同，因此上述原理仍然可行�！　�對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，流過(guò)故障和非故障線路的零序電流皆為容性，且方向相反。此時(shí)，可采用移相的方法，使故障、非故障線路的零序電流分別與零序電壓反相位、同相位，相當(dāng)于將它們變成了有功電流。因此，對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，該保護(hù)原理實(shí)質(zhì)上是零序功率方向原理的延伸，但經(jīng)過(guò)上述處理后，相當(dāng)于將原有的零序電壓、零序電流比相范圍從原有的90。擴(kuò)大到180。，從而創(chuàng)造了更好的選線條件�！　】梢�(jiàn)，采用此種保護(hù)原理，可滿足各種中性點(diǎn)接地方式下的接地選線保護(hù)問(wèn)題。以此原理研制成功的接地選線保護(hù)裝置，目前已在我國(guó)大部分礦井電力網(wǎng)得到應(yīng)用，收到了很好的保護(hù)效果。4　接地選線保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)分析　　接地保護(hù)的動(dòng)作參數(shù)主要包括電網(wǎng)零序電壓、零序電流和動(dòng)作電阻�！　∪毡緦�(duì)6～10kV電網(wǎng)各種單相接地狀態(tài)下的故障點(diǎn)電阻做過(guò)一些實(shí)測(cè)和統(tǒng)計(jì)。他們