10kV配電網(wǎng)中性點經消弧線圈接地故障綜合選線

田棟文

摘要 近年來小電流接地系統(tǒng)在我國低壓及中壓配電系統(tǒng)中普遍應用，當配電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地短路故障時，雖不會影響連續(xù)供電，但如果配電系統(tǒng)長期故障運行，非故障的兩相對地電壓升高會破壞系統(tǒng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)而發(fā)展成相間短路故障，給電力系統(tǒng)帶來巨大損失。本文通過搭建10kV小電流系統(tǒng)模型，仿真分析中性點經消弧線圈接地故障前后各線路測量數(shù)據(jù)，通過綜合比較零序電流比幅比相法、首半波法和零序導納法提出一種較高靈敏度和可靠度的綜合選線方法。

【關鍵詞】10kV 配電網(wǎng) 單相接地故障 消弧線圈 綜合選線

我國3-66kV配電網(wǎng)一般采用小電流接地系統(tǒng)，此系統(tǒng)出現(xiàn)最多的故障就是單相接地短路故障。在該故障情況中，由于故障點電流特征較為微弱，使得配電網(wǎng)依然能夠持續(xù)運行1-2小時，在此之后的運行很可能會引起配電系統(tǒng)的絕緣環(huán)節(jié)損壞并使故障范圍不斷擴大。傳統(tǒng)的利用穩(wěn)態(tài)電氣量的故障檢測方法存在著故障量不突出、不穩(wěn)定，檢測比較困難等問題，其選線問題一直未能很好地解決無法保證檢測的可靠性和靈敏度。

1 故障特征分析

當配電系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，接地點的對地電容電流會隨著各相的對地電容電流的增加而增大，很容易產生弧光過電壓，導致設備絕緣被損壞甚至引發(fā)爆炸。一般為了避免這類事故的發(fā)生會在中性點處接一個電感即消弧線圈，它的主要作用就是產生電感性電流來抵消過大的電容性電流，通過這樣的方式降低流過接地點的電流幅值，也就避免了產生電弧的可能，同時也消除了爆炸的隱患。

如圖l中，由于中性點經消弧線圈接地的感性特性的影響，使得流過接地故障處的電流中的部分電感分量與本來存在的電容分量互相抵消，進而故障處總電流值減小：I_d=l_l+l_c。其中，I_l和I_c為配電網(wǎng)中性點經消弧線圈接地的感性電流和對地容性電流。在經過該方式過補償后，優(yōu)點在于能夠起到因減小電容電流進而減小其產生的過電壓的作用，但明顯的缺點便是在減小電容電流的同時會使單相故障接地電流的整體幅值減小，會導致故障線路和正常運行時的零序電流無法區(qū)分進而無法進行快速準確的選線工作。

2 綜合選線方法原理

基于穩(wěn)態(tài)特征量的故障選線方法主要依據(jù)配電網(wǎng)中性點經消弧線圈接地故障其信號的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)特征進行相應分析，綜合運用零序電流比幅比相法、首半波法和零序導納法，能夠快速準確地實現(xiàn)配電系統(tǒng)中性點經消弧線圈接地故障的綜合選線。

實現(xiàn)綜合選線主要包括以下幾個步驟：

零序電流比幅比相法：將配電系統(tǒng)各線路的零序電流幅值和方向參量作比較，故障線路X即為其中零序電流幅值和方向明顯不同的線路，結果輸出為FX=[X 1];若都相同，則零序電流比幅比相法選線失敗，結果輸出為FX=[O O]。

首半波法：將各線路的首半波零序電流和電壓的幅值和方向參量作比較，故障線路X即為其中首半波零序電流和電壓的幅值和方向明顯不同的線路，結果輸出為BB=[X 1];若都相同，則首半波法選線失敗，結果輸出為BB=[0 0]。

零序導納法：將非故障情況下改變失諧條件和位移電壓得到的各線路的零序導納的大小和相位作比較，故障線路X即為其中零序導納的大小和相位明顯不同的線路，結果輸出DN=[X 1]，若都相同，則零序導納法選線失敗，結果輸出為DN=[0 0]。如果以上方法都選線失敗，即可判斷為母線故障。

3 MATLAB仿真分析

3.1 仿真模型

通過Simulink搭建10kV中性點經消弧線圈接地配網(wǎng)系統(tǒng)，如圖2所示，配網(wǎng)系統(tǒng)的3條長度依次為4.2km、3.69km、3.93km的出線。各序參數(shù)如表l所示，假設單相接地故障發(fā)生在0.05s時的線A相1處。

3.2 綜合選線方法仿真分析

利用圖2所建仿真模型，對零序電流比幅比相法、首半波法和零序導納法的特點和應用范圍進行了仿真分析和對比。

3.2.1 零序電流比幅比相法

該方法利用故障線路的零序電流的幅值和相位與正常線路不同的特點找出故障線路。雖然簡便快捷，但缺乏較高靈敏度且無法排除母線接地故障，固不適用于較高要求的選線工作。

仿真得出：正常線路1和線路2的零序電流相位相同而線路3相反，各線路的最大模極大值大約為0.79A、0.98A、2.2A，可見線路3的零序電流幅值最大，且約等于兩正常線路的零序電流幅值之和。

3.2.2 首半波法

該方法利用發(fā)生在單相接地故障后的首個半周期內，故障線路零序暫態(tài)電流和正常線路零序暫態(tài)電流極性相反的特性選擇故障線路。若故障發(fā)生在相電壓過零點附近產生首半波電流的暫態(tài)分量較小會使得該方法無法正確選擇出故障線路。

仿真得出：正常線路與故障線路的暫態(tài)零序電流分量的相位相反，幅值也發(fā)生變化。

3.2.3 零序導納法

該方法利用發(fā)生單相接地故障期間非故障線路的零序導納即為該線路的實際零序導納作基準值，而故障線路的零序導納的大小和相位在此基礎上都發(fā)生了變化來選擇故障線路。

仿真得出：故障線路的零序導納與正常線路的零序導納幅值和相位均不同，且故障線路的零序導納在故障發(fā)生的前后能被檢測，具有較高的靈敏性和可靠性。

3.3 綜合選線方法仿真實現(xiàn)

在10kV小電流接地配網(wǎng)系統(tǒng)中通過設置不同的故障線路，不同的接地電阻來檢測算法有效性，對綜合選線方法進行了仿真驗證。

從表2可知，10kV中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生故障時，采用零序電流比幅比相法和首半波法兩種選線方法都失敗后，可采用零序導納法綜合選擇出發(fā)生故障的線路，而以上選線方法均失敗時則判定為發(fā)生母線故障。

4 結語

本文利用Simulink搭建了10kV配電系統(tǒng)發(fā)生中性點經消弧線圈接地故障時的仿真模型，結合傳統(tǒng)選線方法的判定方式逐一分析比較，然后利用零序電流比幅比相法、首半波法和零序導納法綜合比較實現(xiàn)了中性點經消弧線圈接地故障的綜合選線。

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