单相小电流接地故障检测技术流派介绍与应用分析

介绍小电流接地故障检测技术以前先认识一下小电流接地系统，小电流接地系统是指中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统，又称中性点间接接地系统。具有供电可靠性高，故障时对设备冲击小的特点，在中国配电网中应用广泛。但配电网单相接地故障十分频繁，影响系统的安全运行，导致设备损坏，同时直接影响供电可靠性。又由于其接地电流十分微弱（≤10A），传统的小电流接地检测装置难以检测，故被称为“世界难题”

目前市场主要的检测技术有一下几种：零序电流检测法、电容电流检测法、首半波检测法、5次谐波检测法、信号注入法、以及最近流行起来的PAM“相不对称”法。

• 零序电流检测法

原理：在中性点接地的电网中，利用零序电流的方向和幅值的变化可以检测到故障线路。

存在的问题：①需要使用零序电流互感器或零序电流滤过器来采样零序电流的变化，结构较复杂，不适用于10kV架空线路。②一般的零序电流互感器精度低，当一次侧零序电流在5A以下时，变比误差可达10%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。③零序滤过器固有的不平衡输出使其准确性较低。④在中性点经消弧线圈接地的电网中，发生单相接地故障后，零序电流幅值和相位是随着消弧线圈的补偿度的不同而变化。⑤接地故障指示器分别安在各个线路上，不能横向比较，降低了接地故障的选择性，增加误动的概率。

• 电容电流检测法

原理：如果电网的线路总长度很长，总的电容电流与每条线路的电容电流相差很大，通过判断电容电流的变化来检测是否有小电流接地故障

存在的问题：①需要小电流接地故障检测装置有很高的测量精度。②在电网最小运行方式下有时接地线路的电容电流值和非接地线路的电容电流值很接近，对设置动作电流非常不利。③在结构复杂的电网中，由于运行方式的改变和环网的分流作用等，该方法得不到足够的动作电流，影响灵敏性，造成拒动

• 首半波检测法

假设单相接地故障发生在相电压接近最大值

特点：①接地故障瞬间，接地点出现一个频率很高幅值很大的暂态电流。②故障线路分布电容和分布电感对高频率的暂态分量具有衰减性。③对于中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地的系统，其最初阶段的暂态过程一样。④首半波法的前提条件是故障需发生在相电压接近最大值瞬间，如果发生在电压的零点附近是，其值很小，是检测的死区，总之，该方法从理论上就有缺陷

• 5次谐波检测法

理论上5次谐波在单相接地时有非常明显的特征，但在实际运行中却不尽然。比如在不同电网，不同接地方式的接地实验中发现：单相接地后故障出线的故障相5次谐波电流增加的比例为56.65%，没有变化的比例为41.6%。还有一些是故障出线的故障相5次谐波电流增加，非故障出线的故障相5次谐波电流也增加。还出现过处置出线的故障相5次谐波电流没有增加，非故障出线的故障相5次谐波电流增加的现象

• 信号注入法

不受系统运行方式，拓扑结构，中性点接地方式，以及故障随机因素等的影响，不需要给故障指示器设定门槛值，在发生单相接地故障后主动发送信号检测单相接地故障的方法。但是该方法注入的信号微弱，因而对其在实际中的应用和选线保护的准确性方面带来一定的影响。

• PAM“相不对称”法

是最近某公司推出的一种算法，当发生接地故障时，故障电流经故障点流向故障线路，故障点后的线路则没有故障电流通过。而且发生故障瞬间，电网电流发生突变，故障区域三相电流值变化很大，非故障区域的三相电流值变化很小，波形近似。根据上述三相电流相不对称特征，PAM算法通过对比不同周波的各点数据，滤掉干扰相，可准确的判断和定位故障区域。

目前该方式的小电流接地故障检测装置在国网大规模试点，具体是否真如介绍所说那样准确可靠，我们拭目以待。