基于穩(wěn)態(tài)零序電流的故障選線方法的研究＊

劉 揚，唐瑩瑩

（湖州市電力局，浙江湖州313000）

基于穩(wěn)態(tài)零序電流的故障選線方法的研究＊

劉 揚，唐瑩瑩

（湖州市電力局，浙江湖州313000）

在10k V配網(wǎng)系統(tǒng)中，單相接地是最常見、最難處理的故障.現(xiàn)階段的各種小電流選線裝置，在復雜的配網(wǎng)環(huán)境中，都不能保證準確的選出故障線路.而采取傳統(tǒng)的“拉路法”查找故障，又不能滿足對供電可靠性的要求.因此提出一種利用故障時線路零序電流的方法來確定故障線路，該方法能在不停電的情況下，輔助調(diào)度員快速判別故障線路，并有效降低故障線路誤判的可能性.

穩(wěn)態(tài)零序電流；故障；選線方法

配電網(wǎng)線路故障中，單相接地故障發(fā)生率最高.由于小電流接地系統(tǒng)單相接地故障電流幅值較小，可用的故障信息不夠明顯，所以故障選線一直是配電網(wǎng)運行中的重要技術難題.一般的方法是通過線路零序電流的幅值、相位、方向等來確定故障線路.

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，尤其是城市配網(wǎng)結(jié)構的復雜化，對單相接地故障時零序電流產(chǎn)生了較大的影響，從而嚴重影響了小電流選線的準確性.以湖州電力局市區(qū)配網(wǎng)調(diào)度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，市區(qū)變電所的小電流選線正確率在50%以下.而市區(qū)存在大量的重要用戶，對供電可靠性的要求較高.因此，較低的小電流選線正確率嚴重影響調(diào)度員處理接地故障的速度和準確性.如何適應電網(wǎng)發(fā)展，在現(xiàn)有條件與設備條件下，提高故障判斷的準確性和全面性，及時、正確、最優(yōu)化的隔離和處理電網(wǎng)故障，并有效縮短停電時間，減少停電損失，對電網(wǎng)的堅強穩(wěn)定運行和減輕調(diào)度員的壓力都有著非常重要的實際意義.

本文提出一種基于線路穩(wěn)態(tài)零序電流的故障選線方法，該方法能在現(xiàn)有條件下，通過在不停電的條件下改變網(wǎng)絡結(jié)構，觀察線路零序電流的變化，準確的判斷故障線路，能較好地解決現(xiàn)階段調(diào)度運行工作中的問題.

1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障穩(wěn)態(tài)特征

配電網(wǎng)線路故障中，單相接地故障發(fā)生率最高.由于小電流接地系統(tǒng)單相接地故障電流小，系統(tǒng)可帶故障繼續(xù)運行一定時間，顯著提高了供電可靠性，同時也具有提高設備和人身的安全性，降低通訊系統(tǒng)的電磁干擾等優(yōu)點.因此，我國配電網(wǎng)主要采用中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng).

1.1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地穩(wěn)態(tài)特征

圖1給出了一個中性點不接地系統(tǒng)的簡化圖.

假設系統(tǒng)有三條長度不等的線路，為分析方便，設線路空載運行.線路3（XL－3）的A相發(fā)生單相金屬性接地時，忽略電源內(nèi)阻和線路上的電壓降，則電網(wǎng)中基波電容電流的分布狀況如圖1所示.圖中假定正常運行情況下的三相電壓對稱平衡，三相對地電容相等，并忽略三相對地電導.

對于非故障線路1，其三相對地電容電流由式（1）給出：

對于故障線路3，健全相的電容電流仍用同樣的方法求得，但其故障相電容電流不再為零.故障線路的三相電容電流分別為：

則故障線路3的基波零序電流為：

式（4）說明，故障線路的零序電流等于所有非故障線路零序電流的向量和，方向由線路流向母線［2］.圖2給出了中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序電流與零序電壓的相量圖.I·ec為故障點流過的電容電流.

1.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地穩(wěn)態(tài)特征

在大量采用電纜出線的城市配網(wǎng)中，由于單相接地時存在較高的電容電流，因而大多采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的方式.下面就中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時穩(wěn)態(tài)情況下的基波零序電流分布情況進行分析.

圖3給出了一個中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)簡圖.當線路3發(fā)生單相接地故障時，同樣不考慮對地電導的影響，線路1和2的零序電流分布狀況分別為其大小和方向均保持不變.

由于消弧線圈的作用，此時故障點的接地電流由原來的電容電流變?yōu)橛上【€圈產(chǎn)生的電感電流補償后的殘流，仍具有零序性質(zhì).此時故障線路3的基波零序電流為：

定義失諧度為：

式中IC為電網(wǎng)對地電容電流之和，IL為消弧線圈產(chǎn)生的電感電流.這樣，式（5）又可以寫成：

由式（7）可知，在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，隨著消弧線圈的補償程度不同，故障點零序電流的方向也會發(fā)生改變.實際中，消弧線圈多運行在過補償方式.在過補償狀態(tài)下，故障線路和非故障線路的基波零序電流的方向相同，且通常消弧線圈靠近諧振點運行，故故障線路零序電流數(shù)值也很小，因而無法再通過基波穩(wěn)態(tài)零序電流比幅的方法來選擇故障線路.

由圖4可以看出，由于電感電流補償了電容電流，接地電流大大減小，且所有線路零序電流方向相同，穩(wěn)態(tài)判據(jù)失效.

2 選線方法的提出

2.1 調(diào)度員處理單相接地故障方式及問題

由于單相接地時故障電流幅值較小，可用的故障信息不夠明顯，且易受CT不平衡電流、過渡電阻及變電站強電磁環(huán)境干擾的影響，因此小電流選線裝置普遍無法正確選線.若有接地故障，則靠值班人員逐條饋線順序拉閘停電來確定故障線路.這種“拉路法”既浪費人力物力，又嚴重影響其他線路供電的可靠性和安全性.

現(xiàn)階段，調(diào)度員在處理故障時能夠參考的信息只有線路穩(wěn)態(tài)零序電流的幅值.由圖4可知，單相接地時，故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流不僅方向相同，大小也相差不多.如果只利用此時的穩(wěn)態(tài)零序電流來判別故障線路，可能會出現(xiàn)漏判、錯判，直接影響供電可靠率和故障處理的效率.因此，如何利用現(xiàn)有的條件，在不給用戶停電的情況下，準確查找故障線路，就成了一個亟待解決的問題.

2.2 利用線路合環(huán)方式查找故障線路

由圖4可知，經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，當發(fā)生單相接地故障時，每條線路都會出現(xiàn)零序電流，而零序電流最大的卻不一定就是故障線路.因此，我們通過將10k V線路與另一變電所的10k V線路合環(huán)改變網(wǎng)絡結(jié)構，從而迫使零序電流改變，通過觀察此后線路零序電流穩(wěn)態(tài)值的變化情況，選定故障線路.

由圖5可知，當線路1與另一變電所的線路4合環(huán)時，線路1和2的零序電流分布狀況分別為，穩(wěn)態(tài)零序電流只會因為零序電壓和線路對地電容的改變而產(chǎn)生不大的變化；而此時，故障線路的零序電流則會因為對側(cè)變電所主變中性點消弧線圈的補償作用而產(chǎn)生較大的變化：

因此，此時調(diào)度員只需通過觀察線路穩(wěn)態(tài)零序電流的變化來找出故障線路.變化量最大的線路可判斷為故障線路.根據(jù)湖州電力局調(diào)度所的統(tǒng)計，根據(jù)此方法判別故障線路，正確率可達90%，極大的提高了調(diào)度員處理單相接地故障的效率，減少了對用戶的停電，具有非常好的實用效果.

在單相永久接地故障的情況下，若改變電網(wǎng)結(jié)構（通過將線路與其他線路合環(huán)），則故障線路中的零序電流（故障點的殘余電流）會隨之改變.因此，各條出線在電網(wǎng)結(jié)構改變前后零序電流的變化最大的即為故障線路.該方法的靈敏度、可靠性較高，其缺點是對不經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)不能適用，適用范圍具有較大的局限性.該方法對故障選線十分有利，特別適用于配網(wǎng)結(jié)構復雜且擁有大量電纜線路的市區(qū)變電所，在日常的調(diào)度工作中具有很高的實用價值.

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TM734

A

1009－1734（2011）S0－0004－04

2011－09－10

劉揚，工程師，從事配電網(wǎng)調(diào)度研究.