(贵州北盘江电力股份有限公司董箐发电厂，贵州 贞丰 562200)

0 引 言

我国大部分配电系统(一般指6～35 kV)广泛而复杂，采用中性点非有效接地的电力系统在中压配电网中有着广泛的应用，通称为小电流接地系统。该系统中，单相接地故障时有发生且概率最大[1-2]。单相接地时，非故障相相电压将上升到线电压，这对配电网设备系统的绝缘构成了严重的考验。因此在单相接地故障后对单条或多条故障线路快速、准确地判断和选择，不仅能缩短停电时间，而且能提高配电网的供电可靠性，对于配电网的安全稳定运行变得至关重要。

中性点有效接地配电网单相接地保护一般采用保护装置的零序保护实现，由于故障特征明显，因此其保护的可靠性及快速性可以得到保障。而在非有效接地系统中，如果线路发生单相故障接地时，由于其故障时故障特征微弱，再加上电磁干扰、互感器等影响，近些年，小电流接地选线技术已被众多研究者深入研究和示范应用，也取得了一些理论和实践经验，但配电网较为复杂，影响选线准确率的因素众多，因此非有效接地系统的选线问题成为亟待解决的难题。

文中主要讨论并分析了小电流接地选线的方法分类以及优缺点，分析了小电流接地选线在新应用场景中技术发展面临的4个问题，即多种判据融合选线问题、新能源接入的选线问题、基于IEC 61850的新一代选线装置发展问题、配网自动化选线实现适应性问题，并提出了建议。

1 非有效接地系统故障特性分析

中性点非有效接地线系统，一般情况下，按中性点接地方式不同可分为不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地、经消弧线圈并联小电阻等几种模式。

在中性点不接地系统中，当线路发生单相接地故障时，流过故障线路的的零序电流与其他非故障线路的零序电流和大小相等，方向相反，故障线路的的零序电流方向是从线路故障点向母线流，如图1所示。

图1 不接地系统零序电流分布

在中性点经消弧线圈接地系统中，中性点消弧线圈的存在使得单相接地故障后的零序电流与中性点不接地方式下的不同。且流过故障线路的零序电流在大小上等于流过非故障线路的零序电流加上流过消弧线圈的补偿电流，消弧线圈的补偿模式决定了电流方向[3]。在高阻接地故障时，流过故障线路点的故障电流不大于正常运行方式下10%负荷电流的大小[4]。

2 传统小电流接地选线技术的分类

自上世纪八十年代，国内外小电流接地选线技术可以根据采用不同的信号模式，将其分为两类：注入信号主动选线法和故障信息被动选线法。其技术分类如图2所示[5]。

图2 小电流接地选线技术的分类图

2.1 主动式选线方法

主动选线法，是将弱电信号注入电网的一种方法。基于跟踪原理，检测各馈线是否通过注入信号，最终确定故障线路和故障相，因此又被称作注入信号跟踪法。单频信号法是通过注入给线路有源信号，频率不同于基波和各次谐波，其优点是不需要额外增加零序CT(current transformer，电流互感器)，注入信号时PT不工作，不影响系统运行。但需要配套设备，设备投资过大，经济效益不佳，同时高阻接地时检测信号较小影响选线准确率。变频信号注入方法，其优点是系统运行方式不会影响选线准确率，尤其是在线路发生高阻接地时，故障选线不易受到干扰，选线准确率高。但如果接地电阻很小，故障线路很大程度上会吸收注入的大部分信号电流，从而导致基于阻尼比的判别方法无法奏效。

2.2 被动式选线方法

被动式方法主要利用线路发生单相接地故障后产生的具有明显特征的电压、电流信号进行选线。按照故障信号类型，可分为利用故障稳态信号或故障暂态信号选线。但无论采用何信号，其主要原理都是基于故障线路的零序电流在大小、方向的特征与非故障线路的特征差别进行选线。

(1)基于故障时刻的电气量稳态分量选线

基于故障时刻的电气量稳态分量选线方法需要故障电流和故障电压信号的稳态信息。目前，稳态法包括残差增量法、零序电流稳态分量比相法及谐波法等。在线路发生单相接地故障后，基于故障时刻的电气量稳态分量选线方法仅能通过稳态故障分量含有的特征信息进行选线，但故障电气量的稳态分量的幅值过小，一是会导致零序CT采样产生误差，二是由于配电网的设备系统复杂性和网架多变性，使得稳态选线方法在现场应用时，很难在采集的稳态分量重提取到能够用于准确选线的有效信息。稳态分量选线法极易出现选错线和漏选线，选线效果很不理想。

(2)基于故障时刻的电气量暂态分量选线

基于故障时刻的电气量暂态分量选线方法主要是依据故障时刻的暂态电压、电流的特征信号选择故障线路和故障相。一般包括首半波法、Prony法、能量函数法等。利用基于故障时刻的电气量暂态分量选线方法就不存在利用故障稳定分量选线的问题，线路故障后能够从暂态电流、电压等电气量中提取出有利于故障分析的信息。暂态波形中幅值大，与非故障线路区别故障特征明显，并且针对谐振接地系统具有受补偿电抗等影响小的优势。

3 新应用场景下的小电流接地选线技术

3.1 多判据融合选线技术

随着配电网的快速发展，电缆化率不断升高，网架结构不断复杂，通过大量的实际应用效果表明，若只采用单一的小电流接地选线判据的话，对于选线准确率和灵敏性都不能全面的满足，同时在选线时没有全面有效利用故障信息，因此越来越多的选线技术研究及现场应用倾向于采用多判据融合的选线方法来满足电网生产全过程的应用需求[6]。多判据融合就是通过加权系统法、人工智能方法等将两种或两种以上的接地选线判据进行整合，再对故障线概率进行排序，形成综合判据，进行选线与决策。

文献[6]提出一种基于5次谐波法、小波分析法和负序电流法的多级数据模糊融合的故障选线方法。文献[7]利用模糊综合决策对零序有功/无功分量法、小波分析法三种判据及结果进行信息融合，避免了接地方式、接地电阻等因素对选线准确率的影响。文献[8]依据故障后线路的小波能量、五次谐波和有功功率三种判据，通过BP神经网络进行信息融合实现选线。文献[9]提出了一种基于HHT(希尔伯特变换)的综合选线判据，根据频带能比因子分类处理，高频分量为主比较小波高频能量选线，低频分量为主比较直流分量能量选线。文献[10]提出了一种能提高选线准确裕度的双重判据选线方法，双重判据包括相电流突变量和重心频率，尤其是高阻接地选线方面具有优势。文献[11]利用多准则、多周期信息融合进行谐振接地系统故障选线方法，解决了单选线方法的局限性和片面性的难题。现有的理论分析和仿真表明，多融合选线方法能够综合利用各种判据的优势，有效地提高选线的准确性和可靠性，但大多处于理论研究阶段。由于电网运行环境复杂，这些方法还需要通过现场实际应用进一步验证。

3.2 考虑分布式电源接入的选线技术

随着新能源的不断发展，越来越多的分布式电源(Distributed Generation，DG)接入配电网中，其种类众多(如风电、光伏、储能等)且存在有大量的电力电子元件，这使得故障选线更是难上加难。

文献[12]计算出含DG的配电网零序电流分布情况，发现当含DG的线路故障时，会引起线路首段的零序电流增加，但其仍存在这样的关系，即非故障线路流过的零序电流与消弧线圈流过的电流等于故障线路首段流过的零序电流。文献[13]指出带DG配电网的故障电流是双向的，在不同的气象条件下提供给故障点的故障电流是不同的。文献[14]当含DG的配电网发生单相接地故障时，故障点的上游侧含有由故障点流向母线的零序电流，故障点的下游侧含有由故障点流向线路末端的零序电流。因此，在选线技术研究中需充分考虑DG故障后暂态特性对选线方法的影响。

文献[12]提出了用希尔伯特-黄变换的方法来提取线路的非工频零序电流分量，再利用基于这些电流分量权重系数的能量法进行选线。文献[15]针对含DG的配电网，提出了基于量子遗传双稳态系统的故障选线方法，文献[16]利用EEMD算法与三次样条插值法提取出有效的零序电流暂态高频分量，再通过幅相归一判据进行选线，方法不受故障线路、故障电气量、故障接地电阻等因素影响。

这些选线方法多是通过分析分布式电源接入电网故障后的暂态特征来实现选线，但随着分布式电源进一步发展，其故障特征有待进一步研究，并且需要研究能够适应于各种工况和多种分布式电源接入的场景的选线方法。

3.3 基于IEC61850的新一代选线技术

随着智能电网技术和先进网络信息技术的发展，目前的研究热点主要集中在智能变电站的研究及应用技术上[17]。国际电工委员会(IEC)制定的IEC 61850标准《变电站自动化通信网络与系统》为不同厂家的智能设备实现互操作性和无缝集成提供了有效途径。

中国南方电网有限责任公司2012年9月30日发布了小电流接地选线装置技术规范(Q/CSG110040-2012)，第4.3.10通信规约条款中，规定装置应采用符合DL/T 860变电站通信网络和系统(idt IEC 61850)和《中国南方电网继电保护故障信息系统主站-子站通信接口规范》(以下简称“南网103规范”)等规约与变电站自动化系统及保信子站设备通信。文献[18]对比分析了智能变电站的小电流接地选线装置在三种标准的三个架构，分别为IEC 61850-9-1、IEC 61850-9-2和小模拟量传输标准，具有通用性和技术经济优势的小模拟量传输标准的架构图如图3所示。

图3 基于小模拟量传输标准的架构图

文献[19]提出了一种基于IEC61850的单相接地故障选线和分段定位的信息模型。文献[20]提出一种基于数字化标准架构的故障选线装置建模方法，利用母线划分克服了IEC 61850 标准没有明确定义单相接地故障选线功能信息模型的困难。文献[21]提出了基于IEC 61850和EMD算法的接地选线装置架构。而对于在智能变电站中，小电流接地选线装置无法进行有效测试的难题，文献[22]提出了一种能够在智能变电站中进行全面测试的小电流接地选线装置测试仪，用于实现对装置的性能测试，测试原理图如图4所示。

图4 小电流接地选线装置测试系统原理图

小电流接地选线技术在IEC 61850技术标准下具有较好的推广和应用前景，但应针对选线装置使用的通信标准选择合适的技术方案，同时应避免由于装置信号的采样精度、采样频率以及时间精度等问题导致选线准确率下降。对于IEC 61850在小电流接地选线方面的应用和发展具有积极的意义。

3.4 配网自动化发展下的选线技术

随着小电流接地选线技术的发展和迫切需求，大部分变电站内都布置有小电流接地选线装置。同时，接地选线功能也可以在部分配网自动化系统以及和配电终端的配合中实现。配网自动化系统可通过故障时出线开关多次重合与分段开关根据故障特征电气量配合实现；也可以通过主站接收终端采集的故障特征电气量进行综合判断实现。

文献[23]提供了利用故障区段两侧暂态和工频零序电流值的特征的适用于分布式故障选线和定位的算法。文献[24]提供了高精度采样的新型故障指示器，结合智能分布式馈线自动化系统，实现选线及定位功能。文献[25]提出了以故障点两侧的暂态零序电流相似度低和波形差异大为特征的分布式智能的小电流接地选线及故障定位方法。

配网自动化系统的选线和定位能够最大限度实现配电网系统单相接地接地故障切除的快速性，将故障隔离在故障区域外，满足城市配电网发展的多样化需求，实现区域电网故障后的技术恢复，从而达到减少停电时间、缩小停电范围，以提升供电可靠性。

4 结束语

文中研究主要针对中性点非有效接地系统，通过接地故障特性分析，讨论了含主动和被动原理的小电流接地选线方法分类和优缺点，针对新应用场景下的小电流接地选线技术进行了综述和分析，结论如下：

(1)基于多种判据融合的选线方法可以有效的克服单个选线判据的不足，从而提高选线准确性，此类方法是今后选线方法的发展方向，但应进一步在实际电网中进行验证并总结经验，提高该方法的适用性和可靠性。

(2)随着分布式电源的大量接入，其故障后的暂态特征会变得更加复杂，而此特征正是选线装置的主要依据，在今后的研究中，应综合多种能源接入、多类故障形态下的故障特征研究选线方法。

(3)小电流接地选线需要所有线路的电流和母线电压，这些数据具有数量多、实时性要求高、数据通信量大等问题，而基于IEC 61850的选线装置可以通过其特有的优势解决以上问题，因此IEC 61850在小电流接地选线方面具有积极的意义。