文/张浩

1 研究（项目）背景概述

小电流接地选线是长期困扰配网运行的一个世界性难题，其中，中性点不接地系统的选线技术经过国内科技人员长期不懈的努力，目前已取得了较大进展，国内使用较好的选线装置选线准确率可以达到90%以上，基本满足电力运行人员的最低要求，但随着城市化的发展，电缆化率要求的提高，消弧线圈系统的应用越来越多，据国网公司16年统计，目前中性点不接地方式的变电站占68.5%，采用消弧线圈接地方式的占28.2%，低电阻方式占3.3%，不接地方式的站主要是农村偏远地区，而城市除了几个超大城市核心区采用低电阻接地方式外，大多主要采用消弧线圈接地方式或准备改造成消弧线圈接地方式，我们知道，接地选线的基本原理是发生单相接地后，接地线路的电容电流等于非接地线路的电容电流的总和，其方向则与非接地线路相反，依据这样的基本原理，人们发明了各种各样的选线方法，对于中性点不接地系统的选线取得了一定效果。然而上述原理却不能用于消弧线圈接地系统，因为消弧线圈的电感电流不仅补偿掉了接地线路的电容电流使其幅值变得较小，而且，过补偿状态造成方向也发生了变化，原来基于幅值和方向的方法完全失灵了，因此消弧线圈系统的选线成为了难上加难的难题。

针对这个难题，科技人员一直在不断努力，如这几年比较流行的暂态法，利用接地一瞬间接地线路和非接地线路的波形不同来识别接地线路，但该方法也受到接地状态的影响，有时特征并不明显造成识别错误，因此暂态法虽然比原来的 选线效果有了明显提升，但离用户要求还有较大差距。

2 技术难点分析

小电流接地选线的识别方法主要有2大类，侵入式和非侵入式。侵入式的代表方法有早期的S注入法，小扰动法和并中电阻法等，其中S注入法及小扰动法由于选线准确率不高已很少有人用，而并中电阻法则由于会对系统运行带来冲击而被谨慎使用。

非侵入式方法主要是依据电网运行时的参数如零序电压、零序电流、行波状态等在接地时的变化来进行识别，不会对电网的运行产生任何干扰，更受用户青睐。

非侵入式选线方法主要有稳态发、暂态法、综合法、行波法、小波法等，单纯的稳态法由于其单一方法的局限性目前已较少少采用，而行波法、小波法只在研究探索阶段还不成熟。

暂态法的基本原理是首先读取接地一瞬间零序电压级各支路零序电流的波形，根据接地线路和非接地线路波形的幅值和相位不同进行识别，但由于接地状态的不同，如高阻接地和过零接地时，接地线路和非接地线路波形的差别很不明显，会造成识别错误。因此该方法也有局限性，选线准确率有时高有时不高，还有待进一步提高，

襄阳科能公司08年开发成功了基于模糊理论方法的多判据综合选线方法。模糊理论多判据综合选线方法，将“比幅比相、首半波、功率方向和高次谐波”等多种识别方法的数据融合在一起，克服了单一选线方法虽有一定的效果但适应性差的问题，在中性点不接地系统的大量变电站推广使用，取得了总体选线准确率达到98%以上的良好效果，得到了广大用户的积极评价，也在2015年通过了“中国电力企业联合会”的鉴定，认为该技术达到了“国内领先水平”。

但是该方法在消弧线圈接地系统的使用上，却遇到了很大的麻烦，主要是消弧线圈投运后改变了零序电流的幅值与相位特性，使得原有的以基波信号分析为主的方法失效了，虽然结合了首半波这样的暂态分析方法，但由于信号太小，不能提供有效的信息，故实际使用的选线准确率只有30%左右。

3 解决方法探讨

襄阳科能公司针对原综合选线方法的不足，在17年又开始了针对消弧线圈接地系统的选线方法的研发，我们认真分析了选线方法失败的原因在于消弧线圈投入后改变了零序电流的幅值与相位特性，但由于由于消弧线圈是针对50HZ工频信号设计的，它改变的主要是工频状态的幅值与相位特性，而对5次谐波依然符合故障线路零序电流等于非故障线路零序电流的总和而方向相反的特性，虽然我们原有的选线方法也考虑了融合“5次谐波”选线方法的数据，但由于“5次谐波”在整个零序电流中的比例只有3%-5%，幅度太小，而由于互感器精度以及电网波动等原因形成的噪音也是这个数量级，这样5次谐波的信噪比太低，会造成分析方法的失效，使原有的“5次谐波”分析方法未能起到应有的作用。

针对“5次谐波”分析方法失效的问题，我们发明了一种数据采集分支器，该数据采集分支器也已获得国家发明专利。该处理器工作原理是，由于我们的综合选线即要使用基波信号又要使用5次谐波信号，但5次谐波信号由于信号太小造成信噪比太低，故我们将每路零序信号采集变换后分为2路，一路直接进入A/D转换器，而另一路经5次谐波选频电路选频后放大到与基波同等的数量级，然后再送入A/D转换器，这样使基波与5次谐波的信噪比相当，有利于发挥5次谐波分析方法的作用，提高了针对消弧线圈接地系统选线的有效性。

4 新的数据采集处理分支器—N8型数据采集分支器 达到设计要求概述

科能公司自17年开始设计新的数据采集处理分支器—N8型数据采集分支器，经过不断地改进和试验，目前已成功达到设计要求，然后公司又对主机软件进行相应的修改和升级，使其适应新的分支器的算法，今年上班后又在公司开发制作的模拟变电站仿真试验台上做了几千次试验，经过不断改进，最终达到消弧线圈系统选线准确率可达90%左右的实验室效果，实现了针对消弧线圈接地系统的小电流选线技术的又一突破。

本系统采用上下位机构成的分布式结构，整个系统包括主机、数据采集分支器、高精度零序电流互感器三部分。通常，一个变电站只需一台选线主机和若干台信号采集分支器以及若干台零序电流互感器组成一个完整的分布式接地选线系统。系统结构如图1所示。

4.1 选线主机

选线主机是整个系统的指挥控制中心，它主要完成以下任务：

（1）四段相电压的监测，一旦发生接地故障立即进入故障分析处理程序。

图1：分布式小电流接地选线系统示意图

图2

（2）故障分析处理程序：主机读取各数据采集分支器传来的数据，采用模糊理论的方法对数据进行分析，得出正确的选项结果。

（3）管理好人机接口：包括按键的处理、液晶显示画面的处理、打印机的管理等。

（4）通讯处理任务：包括与各数据采集分支器的通讯处理和与外部接口的通讯处理。

（5）为了实时并行处理以上多任务嵌入了RTX_51实时操作系统，以保证各任务之间的协调配合。

选线主机可同时管理接入户内式分支器30只，户外式分支器90只；所有分支器与主机间的数据通讯都并联在同一根4芯电缆线上，零序电流互感器套装在被测高压线上，分支器的跳闸继电器输出接口可与高压开关的跳闸回路连接，4段母线PT的二次电压回路与主机的PT接线端子连接，中文显示的液晶屏、打印机、7个按键在前面板上，RS485通讯接口和继电器的无源接点输出可与电力综合自动化微机保护联接。

4.2 数据采集分支器

每只数据采集分支器都有一个单片机（工业级小电脑），其作用是对来自于零序电流互感器的信号进行预处理，新的N8型数据采集分支器采用了对零序信号基波和5次谐波信号分别处理的新方法，使5次谐波分析法能更好地发挥作用。正常情况下其对各分支的零序信号进行检测并保持对数据缓存区数据的刷新，而故障状态时则对故障信息进行预处理，处理完的信息再送选线主机，从而大大减轻了主机的负担，提高了选线的时效性。

4.3 高精度零序电流互感器

为了更好的保证选线效果，我们自行研发了高精度的LXMZ-10型母线式零序电流互感器和LXMZ-10W型户外母线式零序电流互感器，由于互感器的不平衡电流非常小，且灵敏度又很高，可使保护、选线装置的可靠性大大提高。

4.4 模拟仿真试验台

模拟仿真试验台是用低压（380V）真实的元器件仿真变电站的结构而搭建的试验装置，该装置比原小电流选线国标中的功能性试验电路更好地反映变电站单相接地故障的真实情况，因此近几年无论是以陕西电科院为代表的国网科研机构，还是南网广西科研院等纷纷采用此类装置进行了选线功能试验，而科能公司限于条件只是搭建了380V低压试验平台，下一步准备去陕西电科院做进一步试验，以验证和改进效果。

科能仿真试验平台结构如图2。

共有2个主变分2个段，每段6条出线，两段可以分列或并联运行。

陕西电科院的试验装置结构比我们简单，只有一个主变压器1个段3条出线，主要区别是它将市电先升为10kV然后所有元器件均采用10kV器件，更能真实反映高压时的状态，也更接近变电站的真实情况。

5 应用前景分析

近年来，由于10KV配电线路断线或接地故障造成的人身伤亡事故时有发生，尤其是2018年多地暴雨造成内涝发生电死电伤人的情况，在社会上造成了严重不良影响，迅速解决目前小电流接地选线准确率不高的问题刻不容缓。

目前，仅国网系统就拥有8297座变电站采用消弧线圈接地方式，而包括南网、地方电网及企业变电站在内的数量就更多，这些站大多分布在城市中心区和部分城市化较好的中心镇或工业区，都是经济发达和人员稠密的地方，这些地方一旦发生电相接地故障而不能及时查找和隔离故障，将给人民群众的生命及财产安全带来严重威胁，而目前由于接地选线技术水平不高，使运行人员不能相信自动选线的结果，依旧靠人工试拉的方式选线，不仅操作麻烦效率不高，而且造成故障隐患长时间存在，无法满足新的《配电网技术导则》对小电流接地故障处理时间一般10S内的要求，因此好的选线装置不仅避免了非故障线路试拉造成的供电损失，更重要的是能及时消除故障隐患，保证了人民群众生命及财产安全，提高供电公司的社会形象，我们希望通过我们的多方努力能更好地解决好小电流接地选线尤其是针对消弧线圈系统的小电流接地装置准确率不高的问题，为我国的电力自动化技术的发展贡献我们的力量。