零序电流有功分量方向接地选线保护原理
2007-11-28 09:14:11 来源：中华电力网
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电力18讯：
摘要 文章在综述了国内外小电流接地系统单相接地故障保护现状的基础上，分析了目前各种保护原理的优点与不足，介绍了新颖的零序电流有功分量方向保护原理，并对接地选线保护装置的动作参数进行了论述。
关键词 小电流接地系统 接地保护 选择性 动作参数
PRINCIPLE OF SELECTIVE GROUNDING FAULT PROTECTION
BASED ON ACTIVE COMPONENT DIRECTION
OF ZERO－SEQUENCE CURRENT
Mu Longhua
China University of Mining &Technology
Xuzhou, 221008 China
ABSTRACT Based on the overview of the principle of single－phase－to－ground fault protection for small current neutral grounding at home and abroad, this paper analyzes the advantages and disadvantages of principles for all kinds of single－phase－to－ground fault protection being used currently. A new principle based on active component direction of zero－sequence current is put forward. At the same time, the action parameters of selective grounding fault protection device are presented.
KEY WORDS non－direct－grounded neutral system; ground－fault protection, selectivity; action parameter
小电流接地系统的优点是单相接地电流较小，单相接地时不形成短路回路，电力系统安全运行规程规定可继续运行1～2h。但是，长时间的接地运行，极易形成两相接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压。因此，接地选线保护装置近年来在现场得到了广泛应用，为保证电网的安全运行起到了积极的作用。目前，部分装置在使用中的表现并不能令人满意，误动、拒动现象时有发生。本文在对常用的接地选线保护原理进行分析比较的基础上，提出一种新的保护原理――零序电流有功分量方向保护原理。
1 国内外研究现状
国外对接地保护的处理方式各不相同。前苏联的小电流接地系统采用中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式，主要采用零序功率方向和首半波原理。
日本的小电流接地系统中高阻抗和不接地方式均有采用，但电阻接地方式居多［1］。其选线原理较为简单，不接地系统主要采用功率方向继电器，电阻接地系统则采用零序过电流保护瞬间切除故障线路。近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面作了不少工作，并已将人工神经网络应用于接地保护［3］。
美国由于历史原因，电网中性点主要采用电阻接地方式，也利用零序过电流保护瞬间切除故障线路［4～6］。但是，故障跳闸仅用于中性点经低阻接地系统，对高阻接地系统接地时仅有报警功能［7，8］。
法国过去以低电阻接地方式居多，采用零序过电流原理实现接地故障保护［2］。随着城市电缆线路的不断投入，电容电流迅速增大，故已开始采用自动调谐的消弧线圈以补偿电容电流。为解决此系统的接地选线问题，提出了利用Prony方法和小波变换以提取故障暂态信号中的信息(如频率、幅值、相位)，以区分故障与非故障线路的保护方案，但还未应用于具体装置［9，10］。
挪威一公司采用测量零序电压与零序电流空间电场和磁场相位的方法，研制了一种悬挂式接地故障指示器，分段悬挂在线路和分叉点上；加拿大一公司研制的微机式接地故障继电器，也采用零序过电流的保护原理，其软件算法部分利用了沃尔什函数，以提高计算接地故障电流有效值的速度［11］。
我国配电网和大型工矿企业的供电系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，近年来，一些城市电网改用电阻接地的运行方式。矿井6～10 kV电网过去也一直是用中性点不接地方式，随着井下供电线路的加长，电容电流增大，近年来消弧线圈在矿井电网得到了推广应用，并主要采用消弧线圈并、串电阻的接地方式。
国内从50年代就开始了对接地保护原理和装置的研究，并相继推出了几代产品。目前国内的选线装置主要基于零序电流原理、零序功率方向原理、首半波原理、谐波电流方向原理和“信号注入法”原理［12］。在选线方案上，除常规的绝对定值保护方案外，还有群体比幅比相方案［13］，最大Isinφ或Δ(Isin φ)方案［14］。
2 接地选线保护原理
2.1 零序电流原理
该原理是基于故障支路零序电流大于非故障支路零序电流的特点，区分出故障和非故障线路，从而构成有选择性的保护。这种原理在电网的电容电流较小，又存在长线路的情况下较难满足选择性的要求。同时，当接地点存在电阻时，易发生拒动现象。
2.2 零序功率方向原理
零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90。，非故障线路零序电流超前零序电压90。的特点来实现的。目前采用这一原理实现的装置在实际电网中应用较多，但对中性点经消弧线圈接地的系统此原理无效。
2.3 首半波原理
该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。它利用故
摘要 文章在综述了国内外小电流接地系统单相接地故障保护现状的基础上，分析了目前各种保护原理的优点与不足，介绍了新颖的零序电流有功分量方向保护原理，并对接地选线保护装置的动作参数进行了论述。
关键词 小电流接地系统 接地保护 选择性 动作参数
PRINCIPLE OF SELECTIVE GROUNDING FAULT PROTECTION
BASED ON ACTIVE COMPONENT DIRECTION
OF ZERO－SEQUENCE CURRENT
Mu Longhua
China University of Mining &Technology
Xuzhou, 221008 China
ABSTRACT Based on the overview of the principle of single－phase－to－ground fault protection for small current neutral grounding at home and abroad, this paper analyzes the advantages and disadvantages of principles for all kinds of single－phase－to－ground fault protection being used currently. A new principle based on active component direction of zero－sequence current is put forward. At the same time, the action parameters of selective grounding fault protection device are presented.
KEY WORDS non－direct－grounded neutral system; ground－fault protection, selectivity; action parameter
小电流接地系统的优点是单相接地电流较小，单相接地时不形成短路回路，电力系统安全运行规程规定可继续运行1～2h。但是，长时间的接地运行，极易形成两相接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压。因此，接地选线保护装置近年来在现场得到了广泛应用，为保证电网的安全运行起到了积极的作用。目前，部分装置在使用中的表现并不能令人满意，误动、拒动现象时有发生。本文在对常用的接地选线保护原理进行分析比较的基础上，提出一种新的保护原理――零序电流有功分量方向保护原理。
1 国内外研究现状
国外对接地保护的处理方式各不相同。前苏联的小电流接地系统采用中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式，主要采用零序功率方向和首半波原理。
日本的小电流接地系统中高阻抗和不接地方式均有采用，但电阻接地方式居多［1］。其选线原理较为简单，不接地系统主要采用功率方向继电器，电阻接地系统则采用零序过电流保护瞬间切除故障线路。近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面作了不少工作，并已将人工神经网络应用于接地保护［3］。
美国由于历史原因，电网中性点主要采用电阻接地方式，也利用零序过电流保护瞬间切除故障线路［4～6］。但是，故障跳闸仅用于中性点经低阻接地系统，对高阻接地系统接地时仅有报警功能［7，8］。
法国过去以低电阻接地方式居多，采用零序过电流原理实现接地故障保护［2］。随着城市电缆线路的不断投入，电容电流迅速增大，故已开始采用自动调谐的消弧线圈以补偿电容电流。为解决此系统的接地选线问题，提出了利用Prony方法和小波变换以提取故障暂态信号中的信息(如频率、幅值、相位)，以区分故障与非故障线路的保护方案，但还未应用于具体装置［9，10］。
挪威一公司采用测量零序电压与零序电流空间电场和磁场相位的方法，研制了一种悬挂式接地故障指示器，分段悬挂在线路和分叉点上；加拿大一公司研制的微机式接地故障继电器，也采用零序过电流的保护原理，其软件算法部分利用了沃尔什函数，以提高计算接地故障电流有效值的速度［11］。
我国配电网和大型工矿企业的供电系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，近年来，一些城市电网改用电阻接地的运行方式。矿井6～10 kV电网过去也一直是用中性点不接地方式，随着井下供电线路的加长，电容电流增大，近年来消弧线圈在矿井电网得到了推广应用，并主要采用消弧线圈并、串电阻的接地方式。
国内从50年代就开始了对接地保护原理和装置的研究，并相继推出了几代产品。目前国内的选线装置主要基于零序电流原理、零序功率方向原理、首半波原理、谐波电流方向原理和“信号注入法”原理［12］。在选线方案上，除常规的绝对定值保护方案外，还有群体比幅比相方案［13］，最大Isinφ或Δ(Isin φ)方案［14］。
2 接地选线保护原理
2.1 零序电流原理
该原理是基于故障支路零序电流大于非故障支路零序电流的特点，区分出故障和非故障线路，从而构成有选择性的保护。这种原理在电网的电容电流较小，又存在长线路的情况下较难满足选择性的要求。同时，当接地点存在电阻时，易发生拒动现象。
2.2 零序功率方向原理
零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90。，非故障线路零序电流超前零序电压90。的特点来实现的。目前采用这一原理实现的装置在实际电网中应用较多，但对中性点经消弧线圈接地的系统此原理无效。
2.3 首半波原理
该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。它利用故
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