0 引言
　　 目前世界各國(guó)的配電網(wǎng)都采用中性點(diǎn)不直接接地方式（NUGS）。因其發(fā)生接地故障時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的電流小，所以稱(chēng)其為小電流接地系統(tǒng)?？煞譃橹行渣c(diǎn)不接地系統(tǒng)（NUS）、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)（NRS）和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)（NES）。故障時(shí)由于三個(gè)線(xiàn)電壓仍然對(duì)稱(chēng)，特別是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)，流過(guò)接地點(diǎn)的電流很小，不影響對(duì)負(fù)荷連續(xù)供電，《電力系統(tǒng)安全規(guī)程》規(guī)定仍可繼續(xù)運(yùn)行0.5~2個(gè)小時(shí)。但小接地電流系統(tǒng)在單相接地時(shí)，非故障相電壓會(huì)升為線(xiàn)電壓，長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行極易產(chǎn)生弧光接地，形成兩點(diǎn)接地故障，引起系統(tǒng)過(guò)電壓，從而影響系統(tǒng)的安全。因此，需要一種接地后能選擇故障線(xiàn)路的裝置進(jìn)行故障檢測(cè)，一般不動(dòng)作于跳閘而僅動(dòng)作于信號(hào)。
　　
　　1 研究狀況回顧
　　 國(guó)外對(duì)小電流接地保護(hù)的處理方式各不相同。前蘇聯(lián)采用中性點(diǎn)不接地方式和經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式，保護(hù)主要采用零序功率方向原理和首半波原理。日本采用高阻抗接地方式和不接地方式，但電阻接地方式居多，其選線(xiàn)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)采用零序過(guò)電流保護(hù)瞬間切除故障線(xiàn)路。近年來(lái)一些國(guó)家在如何獲取零序電流信號(hào)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)。美國(guó)電網(wǎng)中性點(diǎn)主要采用電阻接地方式，利用零序過(guò)電流保護(hù)瞬間切除故障線(xiàn)路，但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。法國(guó)過(guò)去以地電阻接地方式居多，利用零序過(guò)電流原理實(shí)現(xiàn)接地故障保護(hù)，隨著城市電纜線(xiàn)路的不斷投入，電容電流迅速增大，已開(kāi)始采用自動(dòng)調(diào)諧的消弧線(xiàn)圈以補(bǔ)償電容電流，并為解決此種系統(tǒng)的接地選線(xiàn)問(wèn)題，提出了利用Prony方法[1]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(xiàn)路的保護(hù)方案，但還未應(yīng)用于具體裝置。挪威一公司采用測(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(xiàn)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了零序過(guò)電流的保護(hù)原理，其軟件算法部分采用了沃爾什函數(shù)，以提高計(jì)算接地故障電流有效值的速度。90年代，國(guó)外有將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及專(zhuān)家系統(tǒng)方法應(yīng)用于保護(hù)的文獻(xiàn)。
　　
　　 我國(guó)配電網(wǎng)和大型工礦企業(yè)的供電系統(tǒng)大都采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的運(yùn)行方式，近年來(lái)一些城市電網(wǎng)改用電阻接地運(yùn)行方式。礦井6~10kV電網(wǎng)過(guò)去一直采用中性點(diǎn)不接地方式，隨井下供電線(xiàn)路的加長(zhǎng)，電容電流增大。近年來(lái)消弧線(xiàn)圈在礦井電網(wǎng)中得到了推廣應(yīng)用并主要采用消弧線(xiàn)圈并串電阻的接地方式。單相接地保護(hù)原理研究始于1958年，保護(hù)方案從零序電流過(guò)流到無(wú)功方向保護(hù)，從基波方案發(fā)展到五次諧波方案，從步進(jìn)式繼電器到群體比幅比相，以及首半波方案，先后推出了幾代產(chǎn)品，如許昌繼電器廠的ZD系列產(chǎn)品，北京自動(dòng)化設(shè)備廠的XJD系列裝置，中國(guó)礦大的μP-1型微機(jī)檢漏裝置和華北電力大學(xué)研制的系列微機(jī)選線(xiàn)裝置等。
　　
　　2 單相接地時(shí)NUGS的主要特征
　　 現(xiàn)對(duì)NUGS單相接地故障前后的特征歸納如下:
　　
　　 (1) 零序電壓互感器開(kāi)口電壓通常為零。(實(shí)際上由于不平衡電壓的影響小于5V)。接地后接近100V(金屬性接地:經(jīng)電阻接地U02∈(30,100))。
　　
　　 (2) 非接地線(xiàn)路(設(shè)線(xiàn)路序號(hào)為K)的零序電流Iok為該線(xiàn)路對(duì)地等效電容電流，相位超前零序電壓U090°。
　　
　　 (3) 接地線(xiàn)路的零序電流I0和非接地線(xiàn)路的零序電流方向相反，即相位滯后零序電壓U090°，且等于所有非接地線(xiàn)路中電容電流與變壓器中性點(diǎn)電流之和。
　　
　　 (4) 對(duì)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)(NES)，零序電流5次諧波對(duì)以上結(jié)論成立。
　　
　　 (5) 以上結(jié)論，與故障點(diǎn)接地電阻，系統(tǒng)運(yùn)行方式，電壓水平和負(fù)荷無(wú)關(guān)。
　　
　　 常規(guī)微機(jī)小電流接地選線(xiàn)裝置的工作原理一般都是基于以上幾個(gè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，但實(shí)現(xiàn)方式和可靠性程度不盡相同。
　　
　　3 對(duì)幾種選線(xiàn)保護(hù)原理的討論
　　 3.1 早期的單一判據(jù)原理
　　
　　 由于線(xiàn)路自身的電容電流可能大于系統(tǒng)中其他線(xiàn)路的電容電流之和，所以按零序電流大小整定的過(guò)電流繼電器理論上就不完善，它還受系統(tǒng)運(yùn)行方式、線(xiàn)路長(zhǎng)短等許多因素的影響，而導(dǎo)致誤選、漏選、多選;“功率方向”原理采用逐條檢測(cè)零序電流I0功率方向來(lái)完成選線(xiàn)功能，當(dāng)用于短線(xiàn)路時(shí)，由于該線(xiàn)路的零序電流小，再加之功率方向受干擾，在一定程度上選線(xiàn)是不可靠的，更多地發(fā)生誤、漏選情況; 用各線(xiàn)路零序電流作比較，選出零序電流最大的線(xiàn)路為故障線(xiàn)路的“最大值”原理，在多條線(xiàn)路接地或線(xiàn)路長(zhǎng)短相差懸殊的情況下，很可能造成誤選和多選;“首半波”原理基于接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè)，利用故障后故障線(xiàn)路中暫態(tài)零序電流每一個(gè)周期的首半波與非故障線(xiàn)路相反的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，但它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)存在工作死區(qū); 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)的“諧波方向”原理，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。
　　
　　 3.2 群體比幅比相原理
　　
　　 此種方法為多重判據(jù)，多重判據(jù)即為用二種及以上原理為判據(jù)，增加可靠性和抗干擾性能力，減少受系統(tǒng)運(yùn)行方式、長(zhǎng)短線(xiàn)、接地電阻的影響。文[2]采用幅值法與相位法相結(jié)合，先用“最大值”原理從線(xiàn)路中選出三條及以上的零序電流I0最大的線(xiàn)路，然后用“功率方向原理從選出的線(xiàn)路中查找零序電流I0滯后零序電壓U0的線(xiàn)路，從而選出故障線(xiàn)路。該方案稱(chēng)為3C方案，因排隊(duì)后去掉了幅值小的電流，在一定程度上避免了時(shí)針效應(yīng)，另外排隊(duì)也避免了設(shè)定值，具有設(shè)定值隨動(dòng)的“水漲船高”的優(yōu)點(diǎn)。它既可以避免單一判據(jù)帶來(lái)的局限性，也可以相對(duì)縮短選線(xiàn)的時(shí)間，是較理想的方式。
　　
　　 3C方案中，因I3也可能較小，由此相位決定是I2還是I1接地可能引起誤判，I3越小，誤判率越高，為此文[3]提出的MLN系列微機(jī)選線(xiàn)裝置擴(kuò)展了4種選線(xiàn)方案，除3C方案外，增加了2C1V、1C1V、2C、1C方案，由計(jì)算機(jī)按不同條件選擇合適的方案或人為設(shè)定方案判線(xiàn)，判線(xiàn)準(zhǔn)確率得到進(jìn)一步改善。
　　
　　 小電流系統(tǒng)單相接地投入保護(hù)跳閘后，要求保護(hù)裝置具有更高的可靠性。文[4]將模糊決策理論引入了MLN-R系列小電流微機(jī)保護(hù)屏，將5種選線(xiàn)方案按模糊決策組合裁決，給出跳閘出口的同時(shí)還打印出可信度。
　　
　　 3.3 “注入法”原理[5]
　　
　　 它不利用小電流接地系統(tǒng)單相接地的故障量，而是利用單相接地時(shí)原邊被短接暫時(shí)處于不工作狀態(tài)的接地相PT，人為地向系統(tǒng)注入一個(gè)特殊信號(hào)電流，用尋跡原理即通過(guò)檢測(cè)，跟蹤該信號(hào)的通路來(lái)實(shí)現(xiàn)接地故障選線(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，注入信號(hào)電流僅在接地線(xiàn)路接地相中流動(dòng)，并經(jīng)接地點(diǎn)入地。利用一種只反映注入信號(hào)而不反映工頻及其諧波成分的信號(hào)電流探測(cè)器，對(duì)注入電流進(jìn)行尋蹤，就可實(shí)現(xiàn)單相接地故障選線(xiàn)與接地點(diǎn)定位。其主要特點(diǎn)有: (1)勿需增加任何一次設(shè)備不會(huì)對(duì)運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生任何不良影響。(2)注入信號(hào)具有不同于系統(tǒng)中任何一種固有信號(hào)的特征，對(duì)它的檢測(cè)不受系統(tǒng)運(yùn)行情況的影響。(3)注入信號(hào)電流僅在接地線(xiàn)路接地相中流通，不會(huì)影響系統(tǒng)的其它部位。
　　
　　 3.4 注入變頻信號(hào)法
　　
　　 為解決“S注入法”在高阻接地時(shí)存在誤判的問(wèn)題，文[6]提出注入變頻信號(hào)法。其原理是根據(jù)故障后位移電壓大小的不同，選擇向消弧線(xiàn)圈電壓互感器副邊注入諧振頻率恒流信號(hào)還是向故障相電壓互感器副邊注入頻率為70Hz的恒流信號(hào)，然后監(jiān)視各出線(xiàn)上注入信號(hào)產(chǎn)生的零序電流功角、阻尼率的變化，比較各出線(xiàn)阻尼率的大小，再計(jì)及線(xiàn)路受潮及絕緣老化等因素可得出選線(xiàn)判據(jù)。但當(dāng)接地電阻較小時(shí)，信號(hào)電流大部分都經(jīng)故障線(xiàn)路流通，導(dǎo)致非故障線(xiàn)路上阻尼率誤差較大。
　　
　　 3.5 最大△(Isinj)原理
　　
　　 圖1為理想情況下單相接地故障后零序電壓與故障、非故障零序電流的相量關(guān)系。其中，3U0為故障后出現(xiàn)的零序電壓,在故障前它的大小為零; 3I0,F為故障線(xiàn)路的零序電流，它超前3U090°; 3I0,N為非故障線(xiàn)路的零序電流，它滯后3U090°, 比3I0,F在數(shù)值上小很多; 3I0,T為變壓器的接地電流，它與接地故障判斷無(wú)關(guān)。因此，理想情況下，只要對(duì)各出線(xiàn)零序電流的大小或方向進(jìn)行比較，就可找出故障線(xiàn)路。但當(dāng)變電站為三相架空出線(xiàn)時(shí)，3I0的大小和方向要受到CT的不平衡電流Ibp的影響。最壞的情況是，由于Ibp 的影響，實(shí)際檢測(cè)得到的故障線(xiàn)路的零序電流3I′0,F=（3I0,F+Ibp,F）與非故障線(xiàn)路的零序電流3I′0,N=（3I0,N+Ibp,,N)方向相同。顯然，此時(shí)只對(duì)各出線(xiàn)零序電流的大小或方向進(jìn)行比較將會(huì)造成誤判。




為了解決上述問(wèn)題，文[7]提出最大△(Isinj)方案: 把所有線(xiàn)路故障前、后的零序電流3I0,I,前、3I0,I,后都投影到3I0,F方向上。接著，計(jì)算出各線(xiàn)路故障前、后的投影值之差△I0,I，找出差值的最大值△I0,k,即最大的△(Isinj)。顯然，當(dāng)I0,k>0時(shí)，對(duì)應(yīng)的線(xiàn)路k為故障線(xiàn)路，否則為h段母線(xiàn)故障。
　　
　　 該原理實(shí)際上是一種最大故障電流突變量原理，能完全克服CT誤差引起的不平衡電流的影響，減少了誤判的可能性，靈敏度高適用范圍廣，是現(xiàn)有判別方法中較成功、有效的一種方法。但其算法有兩個(gè)缺陷: 計(jì)算過(guò)程中需選取一個(gè)中間參考正弦信號(hào)，如果該信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題將造成該算法失效; 該算法在計(jì)算過(guò)程中需求