小電流選線簡介
小電流選線全稱小電流接地選線裝置，簡稱小電流，小電流選線，小電流短路選線系統，是一種電力行業使用的保護設備。該設備適用於3KV－66KV中性點不接地或中性點經電阻、消弧線圈接地系統的單相接地選線，用於電力系統的變電站、發電廠、水電站及化工、採油、冶金、煤炭、鐵路等大型廠礦企業的供電系統，能夠指示出發生單相接地故障的線路。
小電流選線發展歷史
小電流選線及時準確地判定接地迴路是快速排除單相接地故障的基礎，也是小電流選線的核心功能。但早期的選線裝置常發生誤選和漏選，效果不能令人滿意。“選線準確率偏低”是長期困擾人們的難題。在小電流接地選線裝置自20世紀80年代問世以來，已經歷了幾次技術更新換代，其選線的準確性也在不斷提高，儘管備廠方宣稱100%選線正確率，但工程實際中均存在誤判率較高的問題，使許多用戶有一種不用麻煩，用了也麻煩的感覺，故現場好多情況都是選檢設備閒置退出而採用手動拉閘試驗的原始方法查找接地。在上個世紀九十年代，因為技術的滯後，發展緩慢，但是電力系統其它設備都在迅速的更新換代，小電流系統的選線準確率越來越低，甚至有被淘汰的危險。後經華北電力大學楊以涵教授不斷的研究改進，終於把選線準確率提升到100%，達到了歷史的最高技術水平。近年來，智慧型系統也不斷融合到小電流系統中，得到業內的親睞，使用遍及全國。
小電流系統單相接地的特點
1.選線裝置實時採集系統故障信號，套用多種選線方法進行綜合選線，具體包括：智慧型群體比幅比相法、諧波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法、零
序電流突變數法。裝置通過粗糙集理論確定各種選線方法的有效域，根據故障信號特徵自動對每一種選線方法得出的故障選線結果進行可信度量化評估，套用證據理
論將多種選線方法融合到一起，最大限度地保證各種選線方法之間實現優勢互補。為了避免故障信號受到干擾而導致誤選，裝置採用了連續選線方法，每隔一定時間
(1秒)重新採集數據進行分析，只要故障沒有消失，裝置的選線計算就不停止。
2.裝置具有故障錄波功能，可以提供故障前後的波形，包括故障發生前的一個周期和故障發生後五個周期的波形。可保存現場故障錄波數據和選線結果20000次。
3.裝置具備跳閘功能，大容量觸點可以直接接入跳閘迴路，實現選線後的故障切除。也可與自動重合閘結合，實現選線後的自動消弧和進一步確認(可選功能)。
4.裝置具備消諧功能，能夠消除1/3分頻、1/2分頻、基頻、3倍頻、5倍頻的鐵磁諧振(可選功能)。
5.適用於中性點不接地、經固定消弧線圈接地、經自動調諧式消弧線圈接地和經高阻接地等接地方式。適用於母線加裝消弧裝置的系統。適用於不同電壓等級(66kV、35kV、20kV、10kV、6kV、3kV)的系統。
6.裝置能準確識別直接接地、經電阻接地、經弧光接地、間歇性弧光接地等複雜的故障類型，在現場工作人員的配合下可以解決不同線路兩點同相接地故障問題。
7.選線裝置具有自檢功能，當機自恢復功能。並能監視各線路出口處接地電容電流和各段母線零序電壓。
8.選線裝置具有與遠動裝置的接口功能。可以提供遙信無源節點、標準RS232、485、422串口接口。裝置採用標準CDT規約。
9.裝置根據各段母線的零序電壓變化自動判斷系統運行方式，即各段母線並列運行或是分段運行。
10．裝置能夠對各條線路的瞬時接地和永久接地次數進行統計，為分析線路的運行狀況提供依據。
11.選線裝置具有系統不平衡過濾功能，在不接地狀態下裝置實時監測各線路出口處不平衡電流，在系統發生接地時有效地將不平衡電流濾掉，從而保證選線的準確性。
12.裝置能夠自動判斷接入零序電壓、電流信號的極性接反情況，保證選線的正確性。
13.採用WindowsCE作業系統，操作簡單直觀。
14.支持滑鼠、鍵盤、乙太網、USB。
15.超低功耗晶片更適合工業級環境，板卡的模組化設計使維護變得更加簡單。
16.裝置採用標準4U機箱，體積小便於多台組屏，節省投資。
基於小電流接地系統發生單相接地時具有的特點，目前，小電流接地信號裝置的設計判據主要有以下8種：①反映零序電壓的大小；②反映工頻電容電流的大小；③反映工頻電容電流的方向；④反映零序電流有功分量；⑤反映接地時5次諧波分量；⑥反映接地故障電流暫態分量首半波；⑦信號注入法；⑧群體比幅比相法。
選線誤判原因分析
由於各種干擾的影響，特別是當系統較小或是加裝自動調諧的消弧線圈後，電容電流數值較小，接地點電弧電阻不穩定時，零序電流(或諧波電流)數值很小，可能被干擾淹沒，其相位不一定正確，從而造成誤判。工程上所採用的零序電流互感器精度太低。當原方零序電流在5A以下時，許多廠家生產的零序電流互感器，帶上規定的二次負荷後，變比誤差達20%以上，角誤差達20'以上，當一次零序電流小於1A時二次側基本無電流輸出，無法保證接地檢測的準確度，且選線檢測裝置用的電流變換器線性性能差，目前變電站自動化系統的選線檢測元件大多按保護級選擇，保護級互感器在所測電流遠小於額定電流值時，綜合誤差難以滿足要求，兩級電流變換元件的總誤差是造成現場誤判的主要原因。工程實際中使用的零序濾序器的線性測量範圍超出了實際可能的接地電容電流。
小電流接地選線裝置的原理
本裝置採用多種方法進行故障選線，每種方法都針對信號的具體特點，不同方法之間具有互補性。1.智慧型群體比幅比相法
對於中性點不接地系統，比較母線的零序電壓和所有線路零序電流的幅值和相位，故障線路零序電流相位應滯後零序電壓90°並與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。傳統比幅比相方法在信號處理、抗干擾和有效域方面存在一定的缺陷。智慧型型的比幅比相方法採用Butterworth數字濾波器，對信號進行有效的數字濾波處理，提取出了更可靠的信號成分，提高了選線正確性。
2.諧波比幅比相法
諧波比幅比相法的基本原理是：對於中性點經消弧線圈接地系統，諧波分量處於欠補償狀態。如果線路零序電流中含有豐富的諧波成分，則比較所有線路零序電流諧波分量的幅值與相位，故障線路零序電流幅值較大且相位應與正常線路零序電流反相；若所有線路零序電流同相，則為母線接地。諧波選線方法採用有效的數字濾波手段，提取出能量最高的諧波頻帶範圍，避免了提取單一諧波頻率而導致的誤差。
3.小波法
小波分析是一門現代信號處理理論與方法，它能有效地分析變化規律不確定和不穩定的隨機信號，能夠從信號中提取到局部化的有用成分。
利用小波提取單相接地故障暫態信號的選線思路近年來很受重視，國內外刊物上也見到幾篇研究該方法的文獻。但目前這些方法只停留在理論研究水平上，沒有達到實用化程度，也沒有套用實例。我們經過深入的理論研究和大量的實驗分析與改進，實現了實用的小波選線方法。
小波選線方法利用單相接地故障產生的暫態電流和諧波電流作為選線判斷的依據。由於小電流接地電網單相接地故障等值電路是一個容性通路，故障的突然作用在電路中產生的暫態電流通常很大。特別是發生弧光接地故障或間歇性弧光接地故障情況下，暫態電流含量更豐富，持續時間更長。暫態電流滿足在故障線路上的數值等於在非故障線路上數值之和且方向相反的關係，可以用來選線。由於電網中的暫態信號呈隨機性、局部性和非平穩性特點，因此利用暫態信息選線的主要困難是如何準確地提取有用的暫態信號、如何合理地表示信號並構造出能適應信號特點的選線判據。我們提出的小波選線方法很好地解決了這些問題，使暫態信號得到了充分利用。
小波選線方法的優點是：
第一、該方法對中性點不接地和中性點經消弧線圈接地的電網都適用。
第二、該方法特別適應於故障狀況複雜、故障波形雜亂的情況，這與穩態量選線方法形成優勢互補。
4.首半波法
小電流接地電網單相接地故障產生的暫態電流雖然很複雜，但是發生故障的最初半個周波內，一定滿足故障線路零序電流與正常線路零序電流極性相反的特點，因此可以通過比較首半波的零序電流極性進行故障選線，該方法對中性點不接地和中性點經消弧線圈接地的電網都適用。
5.有功分量法、能量法
這兩種方法的原理相同，對於中性點經消弧線圈接地系統，消弧線圈只能補償零序電流的無功分量，不能補償零序電流的有功分量，因此故障線路的零序電流的有功分量與正常線路極性相反，可以用這個特點進行選線。由於有功分量的含量較小，所以裝置採用零序電流與零序電壓的乘積，即零序能量來度量零序電流的有功分量，實際上是把有功分量進行了累加，零序能量最大的線路就是故障線路。
6.突變數選線方法
對於中性點經消弧線圈接地系統，我們研究認為在所有選線方法中零序電流突變數法的適用範圍更廣、選線準確性更高。這需要增加變數控制器裝置，如圖5－1所示，在消弧線圈兩側並聯電抗器和真空開關，電抗值為600Ω，通過單相真空開關控制投切。正常運行時並聯電抗不投入運行，發生永久性接地故障後將並聯電抗短時投入，持續5－10秒再斷開，使零序電流發生5A的突變數(對應於金屬性接地)，這個突變的電流只會在故障線路中體現出來。因此利用這個投、切兩次操作故障線路和非故障線路電流突變特徵的差異可以選出故障線路。該方法同其它方法相結合，徹底地解決了消弧線圈接地電網的單相接地故障選線問題。如下圖所示：
小電流接地選線裝置變數控制器
變數控制器
7.有效域技術
對於不同的故障信號特徵，各種選線方法都有一定的適用條件。當適用條件滿足時，該選線方法選線結果一定正確，否則，選線結果可能出現錯誤。我們稱選線方法能夠可靠選線的適用條件為該方法的充分性條件，滿足充分性條件的故障區域，稱為該選線方法的有效域。
本裝置通過粗糙集理論對每一種選線方法都界定了有效域，當一個故障落在某方法的有效域內時，該方法對該故障的選線結果一定是正確的，否則給這種方法的選線結果乘以一個係數w(0<w<1)。套用證據理論把這些信息組合起來，使最終選線結果反映了各種方法共同的支持點，選線結果非常可靠。
8.連續選線技術
連續選線技術是針對小電流接地系統單相接地故障中故障信號微弱、容易受干擾的特點而採取的技術措施。該技術不完全依賴於一次判斷的結果，而是綜合考慮全過程的情況。裝置在故障沒有消失的情況下每隔1秒鐘重複進行選線計算，直至故障消失，這樣可以有效地排除少數幾次誤判。
1、零序電流互感器誤差分析零序電流互感器的工作條件屬於套管型(或稱母線型)電流互感器，這種電流互感器原方無繞組，而是將被測迴路的導體(引線套管或匯流排)或電纜穿過它的內孔，作為原方繞組，因而僅有1匝。套管型電流互感器在其原方電流小於100A時已不能保證準確度，一般的電流互感器在製作時，額定電流400A以下多採用多匝式結構，這是因為電流互感器的誤差決定於它的鐵心所消耗的勵磁安匝I0N1(磁勢)占原方繞組總勵磁安匝I1N1(磁勢)的百分數，對於同一台鐵心，在相同的原方電流下，原方繞組匝數越少，誤差越大。套管型(或稱母線型)電流互感器原方繞組僅有1匝，原方電流里激磁電流占的比例較大，造成較大誤差[1]。而零序電流互感器實際套用在小電流接地系統中，其原方電流值均很小，正常運行時其原方基本無電流，出現接地故障時其原方電流(故障電流)也很小，一般在10A以下。如該系統接地故障電流大於．10A時，規程規定要裝設消弧線圈進行補償，帶有消弧線圈補償時接地故障電流更小，一般小於2～5A(可小到0．2～0．5A)。在這樣小的原方電流下常規零序電流互感器的變比和相角誤差均很大，所以一般各互感器生產廠家對零序電流互感器均不能給出變比，也無誤差保證指標。從零序電流互感器的實際一、二次電流變化曲線(變比曲線)中可知：零序電流互感器的電流變比值隨一次電流值變化很大，而一次電流在小於1A時，已經不能再給出具體的二次電流輸出值。經實際測量，在原方零序電流為5A以下時，各廠家生產的零序電流互感器，帶上規定的二次負荷後，變比誤差達20%～80%，角誤差達10°～50°使得利用零序電流大小與方向、零序電流中5次諧波電流大小與方向和零序有功、無功功率原理的接地檢測裝置和微機保護無法保證接地檢測的準確度。
2、零序濾序器的誤差分析工程實際中使用的零序濾序器大多為三相保護用電流互感器的組合，即用三相保護電流合成零序電流，眾所周知零序濾序器本身固有的不平衡輸出使其準確性較低，而且一般保護用電流互感器在一次電流低於50%額定電流值時誤差已不能保證[3]隨著系統容量的增大考慮到電流互感器飽和的原因，保護所使用的電流互感器的變比逐漸增大，額定一次電流值多大於等於600A，因此在接地電容電流小於10A的小電流接地系統使用零序濾序器，單相電容電流僅為保護用互感器一次額定電流的0．6%，互感器綜合誤差根本無法保證。
3、微機檢測裝置的測量誤差目前典型的微機選檢裝置的電流變換器均按普通保護級選擇，額定電流為5A或1A，其線性範圍為0．1～201N，而實際使用中的輸入電流在幾十毫安左右，遠超出它的線性範圍。以IN=5A為例，當系統取最大接地電容電流10A，零序電流互感器或零序濾序器取較小值60(300/5)時，二次側的電流值為0．16A；當接地電容電流值為2A時，二次側的電流值為0．03A；二次側電流值均小於0．1IN(0．5A)，超出電流變換器的測量線性範圍。
工程中採取的措施
通過以上分析可知，測量環節的綜合誤差是目前各種微機選線裝置誤判的主要原因，工程套用中儘量使參數配合適當，減小測量環節的綜合誤差，有效提高小電流接地選線系統的選線準確率。工程中一般採取的有效措施包括：
1)儘量選擇準確度高的專用零序電流互感器，額定原方電流的選擇應保證系統出現最大接地電容電流時能處在零序電流互感器的線性範圍內(準確限值)，原方電流的線性測量範圍應向下延伸到0．2A左右，用以適應經消弧線圈接地的小電流接地系統。
2)零序濾序器應儘量使用變比較小的計量級(最好為S級)電流互感器組合而成，較小的變比可使電容電流的二次值較大，有利於檢測裝置的電流變換器採集電流值，S級使電流互感器的測量精確線性範圍更寬，有利於測量較小的電容電流。工程實踐中不宜與計量系統合用同一電流互感器線圈。
3)微機檢測裝置的電流變換器的線性測量範圍應與互感器的二次輸出值配套，工程實踐計算經驗表明：零序電流互感器的二次側電流一般為mA級，電流變換器的線性測量範圍應以mA級起步，例如：普通型保護零序最小檢測電流為6mA。XC-LJK最小檢測電流為5mA.德國西門子7SJ系列保護的高靈敏接地保護的零序最小檢測電流為3mA.(小電流選線可檢測的電流和零序互感器有直接關係，普通的零序互感器為毫安級，配合XC-WLH8等高精度零序，理論上可達微安級別)
4)使用接線中儘量減小誤差和電磁干擾影響，二次電纜採用禁止電纜，禁止層兩端接地。在安裝零序電流互感器時標有"P1"(或"L1")端應朝向高壓母線，零序電流互感器與母線之間不應有接地點，即高壓電纜外皮的接地線應穿過互感器線上路側接地，當電纜穿過零序電流互感器時，電纜頭的接地線應通過零序電流互感器後接地，由電纜頭至穿過零序電流互感器的一段電纜金屬護層和接地線應對地絕緣。
隨著技術的進步，小電流接地選線系統的功能漸趨完善，只要選擇原理與系統相適應的設備，在工程中儘量減少測量環節的綜合誤差，採取一定的抗干擾措施必將大大提高目前的接地選線準確性和可靠性。
產品分類
市場上的小電流選線按照其主要結構分為單片機和工控機兩種，單片機主要出現較早具有價格低廉、工藝簡單等優勢。同時存在錯誤率高,穩定性差,功能弱等缺點。工控機對模擬信號處理、A/D轉換、計算平台以及算法做了重大改進，具有選線準確率高、兼容性好，功能強大等特點。同時也有價格較高的劣勢。
小電流系統單相接地的用途：
小電流接地系統發生單相接地故障時，裝置能迅速、準確地選出故障線路，並將故障信息上傳到後台，讓值班人員在最短時間內對故障線路進行維護，從而保證系統的供電可靠性。
