淺析零序電流有功分量接地選線保護原理

李小宇 ，辛小娟，周爭昌

1.銅川供電局，陜西銅川 727031

2.陜西漢江投資開發(fā)有限公司喜河水力發(fā)電廠，陜西安康 725271

0 引言

我國城鄉(xiāng)配電網(wǎng)均屬于小電流接地系統(tǒng)，即中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，近年也出現(xiàn)了電阻接地方式。小電流接地系統(tǒng)最大的優(yōu)點是發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)中單相接地電流很小，并不破壞系統(tǒng)線電壓的對稱性，系統(tǒng)可繼續(xù)運行1h～2h。但是，長時間的接地運行，極易形成兩相接地短路，弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，致使接地選線保護難度很大。為此，生產(chǎn)實踐中希望裝置能盡快準確地選出故障線路，使之與系統(tǒng)隔離，以防止故障的進一步擴大。因此，接地選線保護裝置近年來在現(xiàn)場得到了廣泛應用，為保證電網(wǎng)的安全運行起到了積極的作用。但目前部分裝置在使用中的表現(xiàn)并不能令人滿意，誤動、拒動現(xiàn)象時有發(fā)生。

1 現(xiàn)有接地選線裝置原理

基于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時出現(xiàn)零序電流及零序電壓等特點，目前電力系統(tǒng)中的小電流接地選線裝置的各種選線原理分析如下：

1）零序電流比幅法：利用流過故障元件的零序電流在數(shù)值上等于所有非故障元件的對地電容電流之和，即故障線路上的零序電流最大，所以只要通過比較零序電流幅值大小就可以找出故障線路。但這種方法受線路長短、系統(tǒng)運行方式及過渡電阻大小的影響，且系統(tǒng)中可能存在某條線路的電容電流大于其它所有線路電容電流之和的情況，裝置易發(fā)生誤動。

2）零序電流相對相位法：利用故障線路零序電流與非故障線路零序電流流動方向相反的特點，分別從線路流向母線或由母線流向線路，就可以找出故障線路。但這種方法在線路較短，零序電壓、零序電流值較小時，相位判斷困難，不能適用于諧振接地時完全補償、過補償運行方式。

3）諧波分量法。諧波分量法分為5次諧波大小和方向，各次諧波平方和等方法。5次諧波大小和方向法，當單相接地故障時，由于故障點、線路設備的非線性影響，在故障電流中存在著諧波信號，其中以5次諧波為主。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的消弧線圈是按照基波計算的，消弧線圈相當于處于開路狀態(tài)。可忽略消弧線圈對5次諧波產(chǎn)生的補償效果。再利用5次諧波電容電流的群體比幅比相法，就可以解決經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選線問題。但故障電流中5次諧波含量較小（小于故障電流10%），且受TA不平衡電流和過渡電阻的影響，選線的準確度也不是很穩(wěn)定。各次諧波平方和方法是將3、5、7等諧波分量求和，再根據(jù)諧波理論進行選線。雖然能在一定程度上克服單次諧波信號小的缺點，但不能從根本上解決問題。

4） 接地選線和消弧線圈自動補償一體化。為降低單相接地電容電流過大造成的各種危害，在配電網(wǎng)的中性點裝設消弧線圈，消弧線圈的電感電流補償了單相接地電容電流，卻使以群體比幅比相法的接地選線裝置喪失了選線作用。近幾年，雖然有針對中性點消弧線圈接地而發(fā)展的選線裝置，但由于采集單相接地信號很困難，在實用中誤判率較高。

2 零序電流有功分量方向原理分析

為克服現(xiàn)有各種原理存在的不足，現(xiàn)提出一種新的保護原理：零序電流有功分量方向原理。

有功分量是區(qū)分故障支路與非故障支路的一大特征，但是有功的精確提取卻非常困難，對每一條出線而言，有功和無功的比率是很小的。經(jīng)過數(shù)次試驗得到以下結論：非故障線路零序電流是該條線路的電容電流，而故障支路則是該線路電容電流和故障點殘流的矢量和。由于殘流的復雜性遠遠超過單條線路的電容電流，受環(huán)境以及系統(tǒng)運行的影響因素較大，極不穩(wěn)定。這就導致故障線路的零序電流波形也很雜亂，利用這一特點綜合比較所有出線的零序電流波形，找出“最不一樣”的波形即可判斷為故障線路。由于零序電流幅值受線路自身原因影響較大，線路長短、是否為電纜線路或架空線路影響都很大，故主要利用零序電流間的相位來判斷。通過多次測量所有出線的零序電流波形，提取其相位信息，進行“橫向”比較，即從同一次采到的各路電流中找到相位離平均相位最遠的線路并記錄，最終把多次記錄的結果綜合排序得出選線結果。采用上述方法進行多次試驗、多類型試驗，試驗不同線路接地，高阻接地，均能正確選線，模擬試驗準確率達100%。

分析該選線方法可以發(fā)現(xiàn)，其主要特征為各零序電流間的相位差別，實際隱含了有功分量的原理。因為有功分量都是在同一零序電壓作用下產(chǎn)生的，零序有功在各支路中存在區(qū)別主要原因還是各出線零序電流相位上的區(qū)別，而本方法則直接利用了這一特征，減少了多引入零序電壓一個量帶來的誤差，同時利用了殘流特征，提高了該方法的選線準確率。

3 微機選線裝置的實現(xiàn)

微機選線裝置在接地發(fā)生后實時顯示線路的零序電流和系統(tǒng)電壓波形，有如示波器可同時檢測兩路波形，并給出他們的的幅值和相位差，供運行人員參考。每次選線給出三個可能接地線路，并設有“重修選線”功能，當多次選線結果都有某條線路則它為故障線路的可能性就很大了。對裝置在模擬線路上進行了試驗，選線準確率幾乎100%，且在有過渡電阻使零序電壓為金屬接地30%的情況下仍能正確選線。

4 結論

本文對零序電流有功分量選線原理進行分析，比較各零序電流間的相位差別，實際隱含了有功分量的原理，因為有功分量都是在同一零序電壓作用下產(chǎn)生的，零序有功在各支路中存在區(qū)別主要原因還是各出線零序電流相位上的區(qū)別，而本方法則直接利用了這一特征，減少了多引入零序電壓一個量帶來的誤差，同時利用了殘流特征，提高了該方法的選線準確率。

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