论文部分内容阅读
摘 要： 本文根据谐振接地配电网单相故障的特点，提出一种利用零序残流增量法解决谐振接地配电网故障定位的新方法。该方法通过改变消弧线圈电抗值，从而引起线路上各点的零序电流模值发生变化，根据零序电流模值的变化特性来判断故障位置。
关键词： 谐振接地配电网；故障定位；单相接地敌障；残流增量法
0 引言
我国多数6kV-35kV配电系统为辐射状谐振接地配电网[1]，消弧线圈的存在为配电网提供了一种可控手段，但由于消弧线圈的补偿作用，使得各个线路的零序电流大小相差很小，相位基本一致。发生单相接地故障时，故障线路和非故障线路稳态时的特征无明显差异，这给故障带电定位带来了困难。
目前已提出多种谐振接地配电网单相接地故障选线方法[2-3]，但相关的定位方法还很少。本文将文献[3]的残流增量法进一步应用到故障定位中，该方法通过改变消弧线圈电抗值，从而引起线路上各点的零序电流模值发生变化，根据零序电流模值的变化特性来判断故障位置。通过将折算到同一电压水平的零序电流模值相减，克服了接地电阻的影响。并且采用移动式零序电流互感器法解决了零序电流测量难问题。
1 谐振接地配电网单相故障分析
以图1所示配电网为例，对谐振接地配电网发生单相接地故障后的零序电压和零序电流进行分析。为了简化取系统有4条出线，在出线4上发生A相接地故障，接地电阻为R。
图1 谐振接地配电网零序网络
Fig.1 Zero sequence network of neutral-point resonant grounded system
故障点的零序电流：
（1）
其中 为故障出线总的的对地零序电流； ，为所有线路的对地零序电容值。绘出图1系统的三相电路结构，可求得经接地电阻为R的零序电压：
（2）
根据以上分析，谐振接地配电网发生单相接地故障有如下特点：
（1）系统发生单相接地时，将产生零序电压，且系统中各点的零序电压近似相等。
（2）故障线路出口处的零序电流等于所有非故障线的零序电流与消弧线圈的电感电流之和，零序电流与零序电压之间的相位由消弧线圈的电感电流大小来决定。
（3）若单相接地故障为经电阻接地，接地电阻的大小仅影响到零序电压和零序电流的大小，但不影响零序电压和零序电流之间的相位关系。
2 残流增量法故障定位
如图1所示，故障线上各支路的对地电容电流：
（3）
故障线路上各检测点的零序电流：
（4）
在故障发生后调节消弧线的参数，则消弧线圈参数的变化会引起补偿电感电流的变化，故障线路各检测点的零序电流模值变化为：
（5）
若所发生故障类型为金属性接地，消弧线圈参数改变前后零序电压不变，各线路对地电容电流不变，即 均为零，则故障路径上的零序电流变化量 等于消弧线圈的电感电流变化量 ，而非故障路径上的零序电流变化量
等于零。由此得出金属接地条件下的残流增量法判据：消弧线圈电抗发生改变时，若该点的零序电流模值变化很大，近似等于消弧线圈的电感电流变化，则该检测点位于故障路径上，若该点的零序电流模值变化很小，近似为零，说明该检测点位于非故障路径上。
3 改进的残流增量法
若所发生故障类型为电阻接地，由式（2）知，当改变消弧线圈的参数时，零序电压模值的变化将导致非故障线路、故障线路的非故障路径的零序电流模值变化，此时无法直接应用前面所述的残流增量法判据，需要对上述判据进行改进。
分析如下：由 ，且线路的对地电容不变，于是
（6）
将所有的电流都折算到金属接地情况下后，所有线路的对地电容电流变化为零，即有
（7）
改进的残流增量法：将消弧线圈改变前后的零序电流分別折算到金属接地情况下，用折算后的零序电流进行模值相减，发生显著变化的即为故障路径，变化很小近似为零的即为非故障路径。
4 残流增量法的移动式零序电流互感器测量
线路上零序电流的难测量由于以下原因：①配电架空线路一般是辐射状、多分支，且电流检测设备一般只安装在线路出口处。②故障电流信号混杂在很大的负荷电流之中，使之很难被提取出来。③线路周围存在大量的50Hz信号，也影响着故障电流信号的提取。
针对以上问题，本文采用移动式零序电流互感器法测量线路上的零序电流。移动式零序电流互感器检测方式采用高精度钳形CT，分别套接于三相线路上，通过对线路的几个关键点进行检测，根据故障判据判断故障所处小区段，最后采用磁场检测故障杆的方法确定具体的故障位置。
5 结论
本文提出了一种针对谐振接地配电网确定单相接地故障路径和故障点的新方法。该方法具有以下优点：
（1）将谐振接地选线的残流增量法进一步应用到故障定位中，能有效的消除对地电容的不平衡和三相电流互感器参数不对称对故障定位的影响。
（2）该方法不但适用于金属接地故障，而且还适用于电阻接地故障。
（3）本文采用移动式零序电流互感器法，并给出了相关的检测判据，有效的解决了线路上零序电流的测量难问题。
参考文献
[1] 齐郑，刘宝柱，王璐，贺晋宏.广域残流增选线方法在辐射状谐振接地配电网中的应用.电力系统自动化，2006，30（3）：84-88.
[2] 束洪春，刘娟，王超，等.谐振接地电网故障暂态能量自适应选线新方法.电力系统自动化，2006，30（11）：72-76.
[3] 蔡旭，李仕平，杜永忠，等.变阻尼调匝式消弧线圈及接地选线综合控制器.电力系统自动化，2004，28（51）：85-89.
关键词： 谐振接地配电网；故障定位；单相接地敌障；残流增量法
0 引言
我国多数6kV-35kV配电系统为辐射状谐振接地配电网[1]，消弧线圈的存在为配电网提供了一种可控手段，但由于消弧线圈的补偿作用，使得各个线路的零序电流大小相差很小，相位基本一致。发生单相接地故障时，故障线路和非故障线路稳态时的特征无明显差异，这给故障带电定位带来了困难。
目前已提出多种谐振接地配电网单相接地故障选线方法[2-3]，但相关的定位方法还很少。本文将文献[3]的残流增量法进一步应用到故障定位中，该方法通过改变消弧线圈电抗值，从而引起线路上各点的零序电流模值发生变化，根据零序电流模值的变化特性来判断故障位置。通过将折算到同一电压水平的零序电流模值相减，克服了接地电阻的影响。并且采用移动式零序电流互感器法解决了零序电流测量难问题。
1 谐振接地配电网单相故障分析
以图1所示配电网为例，对谐振接地配电网发生单相接地故障后的零序电压和零序电流进行分析。为了简化取系统有4条出线，在出线4上发生A相接地故障，接地电阻为R。
图1 谐振接地配电网零序网络
Fig.1 Zero sequence network of neutral-point resonant grounded system
故障点的零序电流：
（1）
其中 为故障出线总的的对地零序电流； ，为所有线路的对地零序电容值。绘出图1系统的三相电路结构，可求得经接地电阻为R的零序电压：
（2）
根据以上分析，谐振接地配电网发生单相接地故障有如下特点：
（1）系统发生单相接地时，将产生零序电压，且系统中各点的零序电压近似相等。
（2）故障线路出口处的零序电流等于所有非故障线的零序电流与消弧线圈的电感电流之和，零序电流与零序电压之间的相位由消弧线圈的电感电流大小来决定。
（3）若单相接地故障为经电阻接地，接地电阻的大小仅影响到零序电压和零序电流的大小，但不影响零序电压和零序电流之间的相位关系。
2 残流增量法故障定位
如图1所示，故障线上各支路的对地电容电流：
（3）
故障线路上各检测点的零序电流：
（4）
在故障发生后调节消弧线的参数，则消弧线圈参数的变化会引起补偿电感电流的变化，故障线路各检测点的零序电流模值变化为：
（5）
若所发生故障类型为金属性接地，消弧线圈参数改变前后零序电压不变，各线路对地电容电流不变，即 均为零，则故障路径上的零序电流变化量 等于消弧线圈的电感电流变化量 ，而非故障路径上的零序电流变化量
等于零。由此得出金属接地条件下的残流增量法判据：消弧线圈电抗发生改变时，若该点的零序电流模值变化很大，近似等于消弧线圈的电感电流变化，则该检测点位于故障路径上，若该点的零序电流模值变化很小，近似为零，说明该检测点位于非故障路径上。
3 改进的残流增量法
若所发生故障类型为电阻接地，由式（2）知，当改变消弧线圈的参数时，零序电压模值的变化将导致非故障线路、故障线路的非故障路径的零序电流模值变化，此时无法直接应用前面所述的残流增量法判据，需要对上述判据进行改进。
分析如下：由 ，且线路的对地电容不变，于是
（6）
将所有的电流都折算到金属接地情况下后，所有线路的对地电容电流变化为零，即有
（7）
改进的残流增量法：将消弧线圈改变前后的零序电流分別折算到金属接地情况下，用折算后的零序电流进行模值相减，发生显著变化的即为故障路径，变化很小近似为零的即为非故障路径。
4 残流增量法的移动式零序电流互感器测量
线路上零序电流的难测量由于以下原因：①配电架空线路一般是辐射状、多分支，且电流检测设备一般只安装在线路出口处。②故障电流信号混杂在很大的负荷电流之中，使之很难被提取出来。③线路周围存在大量的50Hz信号，也影响着故障电流信号的提取。
针对以上问题，本文采用移动式零序电流互感器法测量线路上的零序电流。移动式零序电流互感器检测方式采用高精度钳形CT，分别套接于三相线路上，通过对线路的几个关键点进行检测，根据故障判据判断故障所处小区段，最后采用磁场检测故障杆的方法确定具体的故障位置。
5 结论
本文提出了一种针对谐振接地配电网确定单相接地故障路径和故障点的新方法。该方法具有以下优点：
（1）将谐振接地选线的残流增量法进一步应用到故障定位中，能有效的消除对地电容的不平衡和三相电流互感器参数不对称对故障定位的影响。
（2）该方法不但适用于金属接地故障，而且还适用于电阻接地故障。
（3）本文采用移动式零序电流互感器法，并给出了相关的检测判据，有效的解决了线路上零序电流的测量难问题。
参考文献
[1] 齐郑，刘宝柱，王璐，贺晋宏.广域残流增选线方法在辐射状谐振接地配电网中的应用.电力系统自动化，2006，30（3）：84-88.
[2] 束洪春，刘娟，王超，等.谐振接地电网故障暂态能量自适应选线新方法.电力系统自动化，2006，30（11）：72-76.
[3] 蔡旭，李仕平，杜永忠，等.变阻尼调匝式消弧线圈及接地选线综合控制器.电力系统自动化，2004，28（51）：85-89.