小电流接地选线装置（电力行业使用的保护设备）
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更新时间：2023-07-07
小编整理：
小电流接地选线装置是一种在电力行业中使用的保护设备，主要用于选出小电流接地系统中的接地故障线路。该装置通常由信号处理电路、数字滤波电路、控制器、输出电路等组成，可用于单相接地故障检测和定位、信号处理和识别、控制和输出等。该装置的工作原理是利用电流不平衡原理，通过测量系统电流的变化来检测接地故障线路。如果系统发生接地故障，装置会根据电流不平衡情况检测到接地故障线路，并发出警报信号或自动进行故障切除。 小电流接地选线装置在电力行业中得到了广泛的应用，因其较高的灵敏度和选择性，能够快速准确地检测出接地故障线路，从而保障了电力系统的安全稳定运行。同时，该装置的使用也可以减少因接地故障导致的停电和设备损坏，提高了电力企业的运行效率和经济效益。小电流接地选线装置
电力行业使用的保护设备
小电流选线全称小电流接地选线装置，简称小电流，小电流选线，小电流短路选线系统，是一种电力行业使用的保护设备。
基本信息
| 中文名 | 小电流接地选线装置 |
| 外文名 | small current earth-fault line selection |
| 特点 | 国内大部分66kV及以下电网都采用这种接地方式 |
| 定义 | 指中性点不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地方式的电力系统 |
| 俗称 | 小电流，小电流选线，小电流接地选线，小电流接地选线装置 |
设备简介
该设备适用于3KV－66KV中性点不接地或中性点经电阻、消弧线圈接地系统的单相接地选线，用于电力系统的变电站、发电厂、水电站及化工、采油、冶金、煤炭、铁路等大型厂矿企业的供电系统，能够指示出发生单相接地故障的线路。
发展历史
小电流选线及时准确地判定接地回路是快速排除单相接地故障的基础，也是小电流选线的核心功能。但早期的选线装置常发生误选和漏选，效果不能令人满意。“选线准确率偏低”是长期困扰人们的难题。该小电流接地选线装置自20世纪80年代问世以来，已经历了几次技术更新换代，其选线的准确性也在不断提高，尽管备厂方宣称100%选线正确率，但工程实际中均存在误判率较高的问题，使许多用户有一种不用麻烦，用了也麻烦的感觉，故现场好多情况都是选检设备闲置退出而采用手动拉闸试验的原始方法查找接地。在上个世纪九十年代，因为技术的滞后，发展缓慢，但是电力系统其它设备都在迅速地更新换代，小电流系统的选线准确率越来越低，甚至有被淘汰的危险。后经华北电力大学杨以涵教授不断地研究改进，终于把选线准确率提升到100%，达到了历史的最高技术水平。近年来，智能系统也不断融合到小电流系统中，得到业内人士的青睐，使用遍及全国。
设备特点
1.选线装置实时采集系统故障信号，应用多种选线方法进行综合选线，具体包括：智能群体比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法、零
论将多种选线方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔一定时间
(1秒)重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选线计算就不停止。
5.适用于中性点不接地、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地和经高阻接地等接地方式。适用于母线加装消弧装置的系统。适用于不同电压等级(66kV、35kV、20kV、10kV、6kV、3kV)的系统。
6.装置能准确识别直接接地、经电阻接地、经弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障类型，在现场工作人员的配合下可以解决不同线路两点同相接地故障问题。
9.装置根据各段母线的零序电压变化自动判断系统运行方式，即各段母线并列运行或是分段运行。
10．装置能够对各条线路的瞬时接地和永久接地次数进行统计，为分析线路的运行状况提供依据。
11.选线装置具有系统不平衡过滤功能，在不接地状态下装置实时监测各线路出口处不平衡电流，在系统发生接地时有效地将不平衡电流滤掉，从而保证选线的准确性。
12.装置能够自动判断接入零序电压、电流信号的极性接反情况，保证选线的正确性。
13.采用WindowsCE操作系统，操作简单直观。
14.支持鼠标、键盘、以太网、USB。
15.超低功耗芯片更适合工业级环境，板卡的模块化设计使维护变得更加简单。
16.装置采用标准4U机箱，体积小便于多台组屏，节省投资。
基于小电流接地系统发生单相接地时具有的特点，目前，小电流接地信号装置的设计判据主要有以下8种：①反映零序电压的大小；②反映工频电容电流的大小；③反映工频电容电流的方向；④反映零序电流有功分量；⑤反映接地时5次谐波分量；⑥反映接地故障电流暂态分量首半波；⑦信号注入法；⑧群体比幅比相法。
选线误判原因分析
由于各种干扰的影响，特别是当系统较小或是加装自动调谐的消弧线圈后，电容电流数值较小，接地点电弧电阻不稳定时，零序电流(或谐波电流)数值很小，可能被干扰淹没，其相位不一定正确，从而造成误判。工程上所采用的零序电流互感器精度太低。当原方零序电流在5A以下时，许多厂家生产的零序电流互感器，带上规定的二次负荷后，变比误差达20%以上，角误差达20'以上，当一次零序电流小于1A时二次侧基本无电流输出，无法保证接地检测的准确度，且选线检测装置用的电流变换器线性性能差，目前变电站自动化系统的选线检测元件大多按保护级选择，保护级互感器在所测电流远小于额定电流值时，综合误差难以满足要求，两级电流变换元件的总误差是造成现场误判的主要原因。工程实际中使用的零序滤序器的线性测量范围超出了实际可能的接地电容电流。
设备原理
本装置采用多种方法进行故障选线，每种方法都针对信号的具体特点，不同方法之间具有互补性。1.智能群体比幅比相法对于中性点不接地系统，比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90°并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰和有效域方面存在一定的缺陷。智能型的比幅比相方法采用Butterworth数字滤波器，对信号进行有效的数字滤波处理，提取出了更可靠的信号成分，提高了选线正确性。2.谐波比幅比相法谐波比幅比相法的基本原理是：对于中性点经消弧线圈接地系统，谐波分量处于欠补偿状态。如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分，则比较所有线路零序电流谐波分量的幅值与相位，故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相；若所有线路零序电流同相，则为母线接地。谐波选线方法采用有效的数字滤波手段，提取出能量最高的谐波频带范围，避免了提取单一谐波频率而导致的误差。3.小波法小波分析是一门现代信号处理理论与方法，它能有效地分析变化规律不确定和不稳定的随机信号，能够从信号中提取到局部化的有用成分。利用小波提取单相接地故障暂态信号的选线思路近年来很受重视，国内外刊物上也见到几篇研究该方法的文献。但目前这些方法只停留在理论研究水平上，没有达到实用化程度，也没有应用实例。我们经过深入的理论研究和大量的实验分析与改进，实现了实用的小波选线方法。小波选线方法利用单相接地故障产生的暂态电流和谐波电流作为选线判断的依据。由于小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大。特别是发生弧光接地故障或间歇性弧光接地故障情况下，暂态电流含量更丰富，持续时间更长。暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系，可以用来选线。由于电网中的暂态信号呈随机性、局部性和非平稳性特点，因此利用暂态信息选线的主要困难是如何准确地提取有用的暂态信号、如何合理地表示信号并构造出能适应信号特点的选线判据。我们提出的小波选线方法很好地解决了这些问题，使暂态信号得到了充分利用。小波选线方法的优点是：第一、该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。第二、该方法特别适应于故障状况复杂、故障波形杂乱的情况，这与稳态量选线方法形成优势互补。4.首半波法小电流接地电网单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障的最初半个周波内，一定满足故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点，因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线，该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。5.有功分量法、能量法这两种方法的原理相同，对于中性点经消弧线圈接地系统，消弧线圈只能补偿零序电流的无功分量，不能补偿零序电流的有功分量，因此故障线路的零序电流的有功分量与正常线路极性相反，可以用这个特点进行选线。由于有功分量的含量较小，所以装置采用零序电流与零序电压的乘积，即零序能量来度量零序电流的有功分量，实际上是把有功分量进行了累加，零序能量最大的线路就是故障线路。6.突变量选线方法对于中性点经消弧线圈接地系统，我们研究认为在所有选线方法中零序电流突变量法的适用范围更广、选线准确性更高。这需要增加变量控制器装置，如图5－1所示，在消弧线圈两侧并联电抗器和真空开关，电抗值为600Ω，通过单相真空开关控制投切。正常运行时并联电抗不投入运行，发生永久性接地故障后将并联电抗短时投入，持续5－10秒再断开，使零序电流发生5A的突变量(对应于金属性接地)，这个突变的电流只会在故障线路中体现出来。因此利用这个投、切两次操作故障线路和非故障线路电流突变特征的差异可以选出故障线路。该方法同其它方法相结合，彻底地解决了消弧线圈接地电网的单相接地故障选线问题。如下图所示：小电流接地选线装置变量控制器变量控制器7.有效域技术对于不同的故障信号特征，各种选线方法都有一定的适用条件。当适用条件满足时，该选线方法选线结果一定正确，否则，选线结果可能出现错误。我们称选线方法能够可靠选线的适用条件为该方法的充分性条件，满足充分性条件的故障区域，称为该选线方法的有效域。本装置通过粗糙集理论对每一种选线方法都界定了有效域，当一个故障落在某方法的有效域内时，该方法对该故障的选线结果一定是正确的，否则给这种方法的选线结果乘以一个系数w(0
1、零序电流互感器误差分析 零序电流互感器的工作条件属于套管型(或称母线型)电流互感器，这种电流互感器原方无绕组，而是将被测回路的导体(引线套管或汇流排)或电缆穿过它的内孔，作为原方绕组，因而仅有1匝。套管型电流互感器在其原方电流小于100A时已不能保证准确度，一般的电流互感器在制作时，额定电流400A以下多采用多匝式结构，这是因为电流互感器的误差决定于它的铁心所消耗的励磁安匝I0N1(磁势)占原方绕组总励磁安匝I1N1(磁势)的百分数，对于同一台铁心，在相同的原方电流下，原方绕组匝数越少，误差越大。套管型(或称母线型)电流互感器原方绕组仅有1匝，原方电流里激磁电流占的比例较大，造成较大误差。而零序电流互感器实际应用在小电流接地系统中，其原方电流值均很小，正常运行时其原方基本无电流，出现接地故障时其原方电流(故障电流)也很小，一般在10A以下。如该系统接地故障电流大于．10A时，规程规定要装设消弧线圈进行补偿，带有消弧线圈补偿时接地故障电流更小，一般小于2～5A(可小到0．2～0．5A)。在这样小的原方电流下常规零序电流互感器的变比和相角误差均很大，所以一般各互感器生产厂家对零序电流互感器均不能给出变比，也无误差保证指标。从零序电流互感器的实际一、二次电流变化曲线(变比曲线)中可知：零序电流互感器的电流变比值随一次电流值变化很大，而一次电流在小于1A时，已经不能再给出具体的二次电流输出值。经实际测量，在原方零序电流为5A以下时，各厂家生产的零序电流互感器，带上规定的二次负荷后，变比误差达20%～80%，角误差达10°～50°使得利用零序电流大小与方向、零序电流中5次谐波电流大小与方向和零序有功、无功功率原理的接地检测装置和微机保护无法保证接地检测的准确度。
2、零序滤序器的误差分析 工程实际中使用的零序滤序器大多为三相保护用电流互感器的组合，即用三相保护电流合成零序电流，众所周知零序滤序器本身固有的不平衡输出使其准确性较低，而且一般保护用电流互感器在一次电流低于50%额定电流值时误差已不能保证随着系统容量的增大考虑到电流互感器饱和的原因，保护所使用的电流互感器的变比逐渐增大，额定一次电流值多大于等于600A，因此在接地电容电流小于10A的小电流接地系统使用零序滤序器，单相电容电流仅为保护用互感器一次额定电流的0．6%，互感器综合误差根本无法保证。
3、微机检测装置的测量误差 目前典型的微机选检装置的电流变换器均按普通保护级选择，额定电流为5A或1A，其线性范围为0．1～201N，而实际使用中的输入电流在几十毫安左右，远超出它的线性范围。以IN=5A为例，当系统取最大接地电容电流10A，零序电流互感器或零序滤序器取较小值60(300/5)时，二次侧的电流值为0．16A；当接地电容电流值为2A时，二次侧的电流值为0．03A；二次侧电流值均小于0．1IN(0．5A)，超出电流变换器的测量线性范围。
工程中采取的措施
1)尽量选择准确度高的专用零序电流互感器，额定原方电流的选择应保证系统出现最大接地电容电流时能处在零序电流互感器的线性范围内(准确限值)，原方电流的线性测量范围应向下延伸到0．2A左右，用以适应经消弧线圈接地的小电流接地系统。
2)零序滤序器应尽量使用变比较小的计量级(最好为S级)电流互感器组合而成，较小的变比可使电容电流的二次值较大，有利于检测装置的电流变换器采集电流值，S级使电流互感器的测量精确线性范围更宽，有利于测量较小的电容电流。工程实践中不宜与计量系统合用同一电流互感器线圈。
3)微机检测装置的电流变换器的线性测量范围应与互感器的二次输出值配套，工程实践计算经验表明：零序电流互感器的二次侧电流一般为mA级，电流变换器的线性测量范围应以mA级起步，例如：普通型保护零序最小检测电流为6mA。XC-LJK最小检测电流为5mA.德国西门子7SJ系列保护的高灵敏接地保护的零序最小检测电流为3mA.(小电流选线可检测的电流和零序互感器有直接关系，普通的零序互感器为毫安级，配合XC-WLH8等高精度零序，理论上可达微安级别)
4)使用接线中尽量减小误差和电磁干扰影响，二次电缆采用屏蔽电缆，屏蔽层两端接地。在安装零序电流互感器时标有"P1"(或"L1")端应朝向高压母线，零序电流互感器与母线之间不应有接地点，即高压电缆外皮的接地线应穿过互感器在线路侧接地，当电缆穿过零序电流互感器时，电缆头的接地线应通过零序电流互感器后接地，由电缆头至穿过零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘。
随着技术的进步，小电流接地选线系统的功能渐趋完善，只要选择原理与系统相适应的设备，在工程中尽量减少测量环节的综合误差，采取一定的抗干扰措施必将大大提高目前的接地选线准确性和可靠性。
产品分类
市场上的小电流选线按照其主要结构分为单片机和工控机两种，单片机主要出现较早具有价格低廉、工艺简单等优势。同时存在错误率高，稳定性差，功能弱等缺点。工控机对模拟信号处理、A/D转换、计算平台以及算法做了重大改进，具有选线准确率高、兼容性好，功能强大等特点。同时也有价格较高的劣势。
设备用途
小电流接地系统发生单相接地故障时，装置能迅速、准确地选出故障线路，并将故障信息上传到后台，让值班人员在最短时间内对故障线路进行维护，从而保证系统的供电可靠性。
