基于暫態零序電流特征的小電流接地系統選線的應用方法

崔吉方，朱曉紅，鄭增成

（云南電網公司曲靖供電局，云南曲靖 655000）

0 引言

采用中性點不接地或經消弧線圈接地運行方式的小電流接地系統可提高供電可靠性，在國內外被廣泛采用。但這種系統發生單相接地故障時選線困難，主要是由于穩態電流幅值較小以及間歇性電弧接地造成的。

采用暫態零序電流的故障特征，實現小電流接地選線是目前研究的方向。由于暫態量的頻率成分和含量受網絡參數、故障模式等多種因素的影響，不同線路在不同故障條件下，暫態量的幅頻分布并不總是完全一致。因而特征頻帶（SFB）的捕捉和選線算法是正確選線的關鍵。本文擬對小電流接地系統單相接地的基本故障特征、零序暫態電流特征及分布和基于暫態零序電流特征的選線算法進行闡述，并對應用問題作出進一步的分析［1］。

1 單相接地基本故障特征

當小電流接地系統發生單相接地故障，為了分析的方便，設線路空載運行，則電容電流的分布如圖1所示。

圖1 中性點不接地系統電容電流分布

故障線路非故障相電容電流與健全線路相同，而接地點接地電流Ik與故障相流回母線的電流在數值上相等，等于系統電容電流的總和［2］。非故障相電容電流相量和為該線路的電容電流，如故障線路有關系式Ic3=ICB3＋ICC3，同時，故障線路的非故障相電容電流與故障相流回母線的接地電流方向相反，可得出故障線路的零序電流關系式：

從關系式（1）可以看出，故障線路的零序電流（故障分量）為其他非故障線路的零序電流（故障分量）之和。這就是小電流接地系統單相接地的基本故障特征。

2 故障選線算法

當小電流接地系統發生單相接地故障，判別某條饋線是否故障線路的基本流程如下［3］。

（1）故障啟動。判據為零序電壓，利用零序電壓突變量找出故障點位置。

（2）采集故障后所有出線（m條）1個周波內的零序電流i0i（k），k=1，2，???，n，n=512。

（4）對剩余的m′條線路進行下一步判斷：分別對i0i（k）做FFT得到剩余每條線路的頻譜I0i（f）。

（5）判別是否為母線故障。找出所有線路I0i（f）中幅值最大的那個頻率點fmax，對這一頻率點上的線路零序電流諧波的角度進行兩兩比較，若其差值的絕對值有一個大于90°，則判為線路故障，進入選線程序。反之，則認為是母線故障或是不在監控范圍內其他線路故障。

3 現場應用分析

目前，曲靖電網共有四個110 kV變電站安裝了基于暫態零序電流特征的小電流接地系統選線裝置。四個變電站共8 段母線，中性點均為不接地方式。其中三個變電站的每段母線的出線數均在10條以上，接地電流也在50 A左右，大多數出線為電纜架空線混合線路。

從2012年4月20日至2012年7月20日三個月的時間，四套裝置共記錄了18次故障數據，其中1 次永久性接地故障，17 次為自動恢復的瞬時性接地故障。

下面對幾次典型故障一一分析說明。

圖2為永久性接地故障，前2條分別為兩段母線零序電壓波形圖。后3 條為三條出線。從中可以看出，該故障為永久性接地故障，故障持續時間較長，達77 秒。第5 條出線零序電流幅值是其他出線之和，且該出線零序電流相位與其他出線相位相反，由此可確定該出線為故障線路。

圖3 為間隙性接地故障，從圖中可以看出僅在絕緣擊穿的瞬間（該暫態過程約2 ms），含有豐富的故障信息。故障線路零序電流幅值最大，且該出線零序電流相位與其他出線相位相反，由此可確定該出線為故障線路［4］。

圖3 間歇性接地故障錄波圖

圖4為弧光接地故障。小電流接地系統單相電弧接地是一個不穩定的息弧、拉弧過程，即工頻電流過零時，電弧自動熄滅，相恢復電壓達到最大值時又發生重燃，不存在穩定的短路過程。圖中的幾次弧光接地，每次暫態過程僅約0.3 ms。同樣，可通過暫態零序電流的幅值和相位關系，選出故障線路。

圖4 弧光接地故障錄波圖

4 結束語

在小電流接地系統中，不管什么樣的接地方式和接地故障類型，故障過程的零序電流中必然會存在某種信號滿足反相關系，這種反相關系可能表現在穩態過程（不接地系統），也可能表現在暫態過程（消弧接地系統和不接地系統）。只要有這種故障信號的存在，就必然會有至少一種方法能夠根據它找出故障線路。

在工程應用中，高速的采樣頻率、先進的算法和高精度的零序CT選用、正確安裝是準確選線的關鍵。

［1］陳珩.電力系統穩態分析［M］.北京：中國電力出版社，1995.

［2］徐靖東.基于暫態零序電流特征的小電流接地選線裝置［J］.電力自動化設備，2009（04）：101-105.

［3］薛永端.基于暫態零序電流比較的小電流接地選線研究［J］.電力系統自動化，2003（09）：48-53.

［4］趙慧梅.一種自適應捕捉特征頻帶的配電網單相接地故障選線新方案［J］.中國電機工程學報，2006（02）：41-46.