龙毅

(江西铜业集团公司材料设备公司，江西贵溪 335424)

新型小电流选线技术的发展及应用

龙毅

(江西铜业集团公司材料设备公司，江西贵溪 335424)

分析了小电流接地选线在配电网的发展趋势，并对新型ZXJ－II综合故障诊断及录波系统的总体结构和基于过程分析的综合选线判据进行了示例描述，然后通过对零序故障诊断及录波系统的现场实践和应用，获取实际录波波形和诊断结果，验证了零序故障诊断及录波系统的有效性。

故障特征;选线;综合诊断;录波;零序电流

1 引言

小电流接地系统在我国35kV以及以下的电压等级的电网系统中应用非常广泛，而单相接地故障在小电流接地系统中故障率很高［1］。近年来随电网容量的加大，接地电流也在增大，同时因单相接地故障造成的损失也更严重。单相接地故障时，非故障相对地电压升高，同时易产生系统谐振，对电网设备的绝缘产生破坏作用，这种损伤积累到一定程度会造成避雷器、PT爆炸或绝缘子闪络等情况［2］。

通常接地选线的办法是利用变电所的交流绝缘监察装置发出接地信号，然后根据接地拉闸顺序选择出接地出线柜。没有发生单相接地的线路，也需短时间停电，这对要求连续供电的企业会造成影响。所以研究应用迅速、准确的小电流接地选线装置意义重大，可大大提高电力供应中的安全性、经济性［3］。

2 小电流接地选线研究发展方向

目前，单相接地故障选线的的检测是靠PT开口三角形电压即零序电压的升高作为启动和判断依据的，但造成零序电压升高的故障原因有很多如:铁磁谐振、串联谐振、传递过电压、PT故障、母线故障、单相接地、虚幻接地等，因此对于单相接地故障选线的前提是零序故障类型诊断，确认是单相接地故障后进行准确选线才是合理的准确的［4］。

在电网整个零序回路的监测方面，目前国内在应用上，正处于由小电流选线阶段向零序回路全面监测阶段发展，这包括零序故障在线综合诊断、零序信号高采样率全程录波记录(故障录波和系统零序漂移特性)，零序回路设备运行监控，后台录波分析等。

在欧洲，基于零序信号全程录波的零序回路监控系统已得到广泛应用，该类系统监控全面，诊断准确，大大提高了电网安全性和供电可靠性。

事实上小电流系统的接地现象非常复杂，完全的稳定接地是不存在的，不稳定接地才是绝对的，只有利用不稳定接地过程中全部录波信息综合诊断零序故障才是全面解决问题的出路［4］。

因此，全时域、全频段、全类型监控、录取所有零序回路信号，并进行综合在线诊断和分析处理的零序故障录波诊断系统才能能全面解决现场在零序回路监控方面面临的问题，是接地选线的发展方向。目前国内仅有的少数设备能对零序故障进行完整录波，并对录波数据进行统一管理和分析［5］。

3 零序故障综合诊断及录波系统

ZXJ－II综合故障诊断及录波系统是集零序故障录波、小电流选线、过电压监测、消弧线圈动态特性监视为一体的新一代产品，其采用应用高端32位600MHz DSP(数字信号处理)技术及双CPU的硬件设计，对故障前后的波形进行长周期，高精度录波，采用基于故障过程分析的辨识方法实现电网的故障辨识及单相接地选线。

该系统将采用了与传统小电流选线设备完全不同的上下位机体系结构和诊断算法，立足于完整捕获故障信息、实现对故障过程进行综合分析，准确辨识零序故障类型，并且能实现消弧线圈动态特性监视、过电压监测和单相接地故障选线等功能，是新型小电流接地选线装置的典型代表。

图1 系统总体结构图

上图1中反映出当前我国配网变电站常见的网络结构，35KV侧和6－10KV侧各由母联断路器分为I段和II段，每段上可能存在n条支路(n＜= 15)。根据前述装置需要实现的功能要求，系统设计分为以下几个主要的部分:

(1)数据采集

(2)通信网络

(3)数据存储

(4)人机界面

(5)微处理

4 基于过程分析的综合选线判据

现场的单相接地故障中，绝大多数为瞬时性接地或间歇性接地，其故障点普遍为电弧接地。即使对于金属性永久接地故障，其故障的一般发展过程为:间歇性电弧接地——稳定电弧接地——金属性接地。根据实测，间歇性电弧接地持续时间可达0.2～2s，频率可达300～3000Hz;稳定电弧接地持续时间可达2～10s;最后故障点被烧熔成金属性接地，即所谓永久性故障接地。因此，弧光接地在单相接地故障中较为普遍。弧光接地故障的发展较为复杂，一般认为电弧在接地电流过零时熄灭，而在电压接近峰值时重燃。弧光电阻也随电压和电流非线性变化。因此，弧光接地故障大多是不稳定的。

基于上述对弧光接地故障的描述，抛去弧光电阻具体的非线性变化特性，在ATP进行仿真时用一压控开关和固定电阻来进行模拟。对这一过程进行仿真计算，根据对该例分析，详细阐述ZXJ－II零序故障综合诊断及录波系统的“基于过程分析的综合选线判据”应用过程。

示例一:间歇性电弧接地，中性点过电压，35T (T为工频周期)故障录波后在由中性点电压是否仍为过电压的基础上，过程分析结果得出为目前状态为弧光接地，如下图。

图2 示例一中性点电压相对有效值变化图

由图2可以看出，整体过程变化为:稳态——暂态——暂稳态——稳态。其中暂态长度为3个半工频周期，时间为30ms，暂稳态长度为30个半工频周期，时间为300ms，其他为稳态过程。经过分析可知，接地故障在35T内已经消失，并且转为消弧线圈串联谐振。上位控制机得知为“串联谐振状态”则通知消弧线圈控制器使得其并联电阻接入电路，消除谐振状态。并通知各采集板进入“间歇性采样”状态，持续时间10s。间歇性采样后，根据35T内的过程分析结果得知:暂态过程内谐波含量占整体信号的比值大于50%，选用暂态特征分量幅值和极性比较法可以实现正确选线。

图5 中性点电压及其谐波含量变化情况

［db5，4］后频带［3，15］内信号分布情况

由图3中性点电压暂态过程小波变换后能量分布情况可以得知［3，15］频带内能量最大，然后对各支路零序电流暂态过程进行小波包变换［db5，4］。图4给出了小波包变换后各支路零序电流暂态过程在用于选线判别的频带上的分布情况，根据幅值最大和相位反向两个判据分别进行选线判别，可以得出结果为线路5故障，与实际故障情况符合。

示例二:间歇电弧接地，中性点过电压，电弧接地已经在比较短的时间内已经发展成为金属性接地，35T故障录波后在由中性点持续过电压的基础上，过程分析得知为稳定接地。持续间歇采样数段时间。

由图5可以看出中性点电压的变化过程为:稳态——暂态——稳态。与稳定单相接地电压变化过程吻合。其中暂态持续长度为3个工频周期，时间为30ms，其余时间均为稳态。上位控制机得知为稳态接地故障，通知各采集板进入“间歇性采样”状态。在采样结束后，进行选线计算。暂态过程内谐波含量均超过50%，选用暂态特征分量的幅值和极性判据可以进行可靠选线。

具体过程同示例一，采用小波包变换［db5，4］对数据处理，选出暂态特征分量所在频带，然后比较各条支路零序电流暂态过程在特征频带上的分布情况，根据特征分量幅值最大和极性相反的判据进行判别，选线结果判断得出为支路2故障，与仿真实际相吻合。

5 实例应用

ZXJ－II综合故障诊断及录波系统安装应用于德兴铜矿220kV大山变电站35kV母线，系统运行期间多次发生稳定性和瞬时性接地故障，通过录波及系统自动诊断分析，故障辨识及选线成功率较高。部分选线及录波波形如下:

示例一:323下山一线(2011－12－27/00:26: 50)发生单相接地，系统录取的波形如图6图7。

图7 故障支路切除后电压及支路零序电流波形图

本次示例为“323下山一线，深天蓝线条”电网发生单相接地，并导致避雷器烧毁及开关柜跳闸，图6和图7为故障过程和开关柜速断动作前后波形。

示例二:328半自磨二线(12－02－07/04: 58:36)发生接地，系统录取的波形如图8、图9、图10。

图10 故障支路切除后电压及支路零序电流波形图

本示例为“328半自磨二线，午夜蓝色线”单相间歇性弧光接地故障，运行人员根据装置选线结果拉断328线路开关后，故障消失避免了重大事故发生。图8、图9和图10为故障过程及故障恢复波形。

6 结语

随着科学技术的发展以及各类数学方法在实际工程中的广泛应用，出现微机实现的选线装置和各类新型的保护算法，但是由于接地故障过渡电阻波及范围较广及故障演变的复杂性等种种实际情况的制约，完全准确可靠的接地故障诊断系统和方法还需同过大量获取实际故障波形的基础上，通过分析和算法完善。小电流选线技术的发展任重而道远。

［1］李福寿.中性点非有效接地电网的运行［M］.北京:水利电力出版社，1993:20－62.

［2］要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地［M］.北京:中国电力出版社，2000:28－32.

［3］王锡凡，李建华，张伏生，等.电力工程基础［M］.西安:西安交通大学出版社，2003:194－261.

［4］刘笙.电气工程基础(下册)［M］.北京:科学出版社，2001: 272－273.

［5］杨淑英，王丽宏，杜荣华，苏涛，等.电力系统暂态保护中小波基的选择与应用［R］.天津市:天津大学，2008.

［6］马珂，张保会.中性点非直接接地系统故障选线原理的发展与展望［R］.河南许昌:许昌继电器研究所.2003.

［7］曾祥君.配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理研究［J］.中国电机工程学报.2001.

Development and Application of New Technology in Fault Line Selection

LONG Yi
(JCC Material＆Equipment Company，Guixi，Jiangxi 335424，China)

The development tendency of fault line selection in distribution network has been analyzed，and the article also described the general structure and the criterion description of a new comprehensive fault diagnosis and wave record system，type ZXJII，which based on the analysis of the process of comprehensive fault line selection criterion.Then through the practice and application of the new comprehensive fault diagnosis and wave recording system，we got the site practical fault wave and diagnostic results which verify the validity of the system.

fault characteristic signal;fault line selection;comprehensive fault diagnosis;wave recording;zero sequence current

TM862+.3

:A

:1009－3842(2012)04－0057－04

2012－05－07

龙毅(1969－)，男，湖南涟源人，本科，电气工程师，主要从事采矿、选矿设备电气技术和备件供应工作。E－mail:xkbjly@163.com