配电网谐振接地系统故障选线方法

配电网谐振接地系统故障选线方法

佚名

摘要：配电系统受离地面较近、馈入居民区、自然灾害等因素的影响，导线很容易接触到树枝或发生断线并坠落，此时往往会发生高阻接地故障。当高阻接地故障发生时，存在检测难度大、不能快速切除等问题，若故障长期存在，不但有可能会导致两相接地短路故障，扩大故障范围和改变故障性质，甚至会引发火灾，对人身、财产安全造成威胁。因此，快速准确地检测出高阻接地故障具有重要意义。基于此，本文章对配电网谐振接地系统故障选线方法，以供相关从业人员参考。

关键词：配电网；谐振接地系统；故障选线

引言

谐振接地系统经消弧线圈接地方式因具有易熄灭电弧和减小过电压危害等优势，被广泛应用于3~60kV的中压配电网中，然而由于消弧线圈的补偿作用，导致故障电流微弱，零序电流方向不定[1]和出现“虚幻接地”或“换相”的现象，这都使得谐振接地系统故障选线问题未能得到根本性解决，制约了配电网安全可靠供电运行。

1单相故障

配电网谐振接地系统结构复杂,单相故障初期暂态接地电流主要由高频暂态容性电流组成,经消弧线圈补偿后,暂态容性电流快速衰减,从而感性电流成为故障接地稳态电流的主要成分。单相接地是配电网最常见的故障，但由于中国配电网普遍采用中性点非有效接地方式，单相接地故障电流特征不如相间短路明显，单相接地选线、选段和保护遇到很大困难，因电弧长期存在而导致的严重事故并不罕见。

1.1暂态电流初相位特征分析

故障点上游与下游的暂态电流计算。为分析故障点上游与下游的暂态电流特性，分别保留故障点两侧信息，且暂态频率下消弧线圈的等效阻抗远大于分布电容容抗，可忽略消弧线圈的影响，则包含故障点两侧信息的小电流接地故障等值电路如图1所示。图中：uf为故障点虚拟电压源的零序分量，近似为故障点故障前相电压的反相；i0b，T和i0l，T分别为故障点上游与下游的暂态电流；L0b和R0b分别为故障点到母线间线路的等效电感和电阻；L0l和R0l分别为故障点到末端线路的等效电感和电阻；C0b为故障点上游及所有健全线路对地分布电容之和；C0l为故障点下游线路的对地分布电容。

1.2稳态特征

图2分析表明,补偿后的残流为系统对地电容电流与消弧线圈产生的电感电流之差。考虑到国内中/低压配网广泛采用105%~110%的过补偿方式,补偿后故障电流呈感性,流经故障线路的零序电流甚至有可能小于健全线路的对地电容电流。导致利用电流幅值及方向等相关稳态信息进行故障选线的方法难以适用谐振接地配电网。

2故障定位

2.1基于工频与暂态电流初相位区间对应关系的故障方向判据

谐振接地系统一般运行在过补偿方式下，若不计系统对地电导及消弧线圈有功损耗的影响，故障点上游零序电流的工频分量（以下简称工频电流）为由故障点流向母线的感性电流，等效为由母线流向故障点的容性电流，与故障点下游工频电流方向一致，均超前零序电压90°。因此，当故障初相角未知时，可将工频电流作为零序电压的极化相量，利用工频电流初相位反映零序电压初相位进而反映故障初相角，根据暂态电流初相位与故障初相角的区间对应关系判别故障方向。

2.2基于衰减直流分量特征的故障方向判据

故障初相角变化区间为φ∈(30°，150°)∪(210°，330°)。当故障初相角φ∈(-60°，60°)∪(120°，240°)时，由于消弧线圈的作用，故障点上游电流中存在幅值较大、持续数个工频周期的衰减直流分量，而故障点下游电流的衰减直流分量很小，可忽略不计。因此，可利用故障点上游与下游衰减直流分量的幅值差异作为基于暂态与工频电流初相位区间对应关系的故障方向判据的辅助判据。

3选线方法

3.1谐波法

由于配电网大量的非线性的负载等因素导致故障电流中可能存在大量的高次谐波,如典型的5次谐波含量显著。消弧线圈按工频105%~110%的补偿设1n计,对高次谐波的补偿效果仅相当于工频时的1/n2(n为谐波次数),可忽略消弧线圈对大量5次谐波的影响。利用故障线路的零序电流中5次谐波幅值大于健全线路且方向相反的特征可识别故障线路,称之为5次谐波法。此外,零序电流中含有少量的高次谐波,但其含量低、衰减快速,在实际应用中受到很大限制。为克服单一谐波法存在的不足,将小波包变换法与5次谐波法相结合进行故障选线,在一定程度上可提高选线准确率,但依旧存在受过渡电阻影响的不足。

3.2时频能量矩阵相似度识别选线方法

配电线路发生单相接地故障时，故障线路与非故障线路间零序电流波形明显区别于非故障线路间零序电流波形，从零序电流波形相似度角度出发，可将图像相似度识别方法应用在单相接地故障选线中。因此，提出一种接地故障选线新方法，该方法是以线路间零序电流波形的相似程度为选线依据，首先对零序电流应用希尔伯特黄变换得到Hilbert时频谱，再用时频谱带通滤波法重构各频带的零序电流，计算得各线路故障电流的时频能量矩阵，进而求得综合相似系数矩阵完成故障选线。

2.3自动化形式的选线装置

自动化形式的选线装置中应用的设计理念是模块化理念，多个功能模块共同组成了此装置，其中包含的几项模块分别是处理器模块、信号采集模块、信号转换和电路调理模块。信号转换与电路调理模块是重要的模块，在系统中的地位举足轻重，并且之间在运行当中还会影响到其他模块，模块功能的完成依赖于信号转换器与低通滤波器两个核心元件，信号转换器的主要功能作用是转换电流信号，进而将其转换为标准信号，用于模块正常工作中。同时能够降低其他信号对系统造成的干扰影响，提升隔离效果。低通滤波器负责滤波作用，以低通滤波方式处理采集到的信号。

结束语

本文对配电网谐振接地系统单相接地故障选线近年来的相关研究工作进行了总结与归纳,现有大量的研究工作对谐振接地系统相关技术的发展奠定了良好的基础。

参考文献

[1]耿铮.谐振接地系统线路故障诊断技术研究[D].山东大学,2019.

[2]龙茹悦,黄纯,汤涛,曾晶.一种谐振接地系统的配电线路接地故障选线新方法[J].电力系统保护与控制,2019,47(21):21-29.

[3]白杰,邵文权,程远,张志华.基于调节脱谐度的谐振接地系统故障选线方法的研究[J].电力电容器与无功补偿,2019,40(03):143-147.