基于暫態零序電流算法的配網故障快速定位

陳小喬 鄧國明 陽細斌

（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東 陽江 529500）

0 引言

我國配電網多采用中性點非直接接地方式，單相接地故障快速定位一直是供電企業的難點之一。本文從理論上對中性點非直接接地電網的零序網絡進行相頻特性分析，根據暫態零序電流的特征，提出一種利用相鄰FTU檢測的暫態零序電流做出快速故障定位的方法。這種方法能夠準確定位出中性點非直接接地電網中故障區域，減少了故障時過渡電阻對故障定位造成的影響，具有較高的靈敏度。

1 零序網絡的相頻特性

1.1 單條無故障線路的零序阻抗相頻特性

設單條10 k V架空線路每千米的零序電阻為R0，零序電感為L0，零序電容為C0，其線路長度為M，角頻率為ω，則根據典型分布參數模型，這條線路的輸入阻抗Z0如下：

根據式（1），該條10 k V架空線路的零序阻抗相頻特性如圖1所示。

分析圖1可以發現，單條10 k V架空線路零序阻抗的相頻特性是從＋90°～－90°呈周期變換的曲線。隨著頻率加大，該架空線路的零序阻抗在容性頻帶以及感性頻帶之間相互轉換。第一次頻帶轉換的頻率在2 k Hz左右。

1.2 中性點不接地電網的零序阻抗相頻特性

假設在多條10 k V架空線路構成的系統中，有一條線路發生了單相接地故障。對于沒有發生故障的線路，其零序阻抗的相頻特性只和本條線路相關，即與圖1所示的相頻特性相同。而對于故障線路，其檢測到的阻抗與其余所有線路構成的網絡有關，由于該網絡內的線路同時存在自身的串聯諧振以及相互之間的并聯諧振，零序阻抗具有不規則的感性或容性。即故障線路的相頻特性與其他正常線路相關，故障線路發生串聯諧振時，其頻率等于其余線路發生串聯諧振的最小值。設有4條線路，1～3條為正常線路，第4條線路為故障線路，則這4條線路的相頻特性如圖2所示。

圖2 線路故障時零序阻抗的相頻特性

由圖2可見，在ω′之前，所有線路的阻抗都為容性。

2 暫態零序電流的特點

在圖2中，0～ω′頻段內各線路的阻抗都為容性，用電容等效，這個頻段內暫態零序電流為容性電流。對于故障線路，其出口點監測到的零序電流，為其余正常線路對地零序電容電流之和，電流方向為由線路流向母線。在線路發生接地故障時，在故障點相當于出現了一個虛擬電源，從該點流出的零序電流向線路上游和下游流去，故障區段兩端檢測到的暫態零序電流方向相反，在幅值上上游電流更大。

因此0～ω′頻段內的暫態零序電流具有以下特點：（1）故障線路的暫態零序電流幅值大于或等于正常線路；（2）故障線路的暫態零序電流由線路流向母線，而正常線路的暫態零序電流由母線流向線路；（3）故障線路的正常段兩端電流幅值基本相等，且電流流向相同，而故障線路的故障區段兩端電流方向相反，且故障區段流向上游的電流幅值會遠大于流向下游的電流幅值。

3 基于暫態零序電流幅值的故障快速定位方法

3.1 建立饋線自動化系統

建立典型的環網饋線自動化系統，配置FTU、通信網絡及FA控制主站。其工作方式為：在線路發生接地故障后，FTU能夠檢測到過電流，利用通信網絡將故障信息發送給控制主站后，控制主站對該信息進行分析，找出故障區段。根據饋線自動化系統給出的結論，操作分段開關將故障區段隔離，恢復其余正常線路的供電。

3.2 基于暫態零序電流幅值的故障快速定位算法

設第k條線路在0～ω′頻段內暫態零序電流分量為i0k，其第i個數據有i0ki，則暫態零序電流的有效值I0k計算公式如下：

式中，n為數據的總個數。

設線路上游的暫態零序電流為I01，線路下游的暫態零序電流為I02，則上下游暫態零序電流的比值η如下：

從上文可知，對于線路正常區段，η約等于1；而對于故障區段，η遠大于1。所以，利用線路各區段兩端的FTU檢測到的上下游暫態零序電流的比值η，即可判斷故障區段。

當η＜ζ（ζ可整定）時，則判斷該區段兩端暫態零序電流幅值相差不大，為正常區段；當η＞ζ（ζ可整定）時，則判斷該區段兩端暫態零序電流幅值相差過大，為故障區段。

3.3 算法特點

采用上述算法，由于FTU發送的只是暫態零序電流幅值，而不是全部暫態零序電流數據，故傳輸數據量小，對通訊網絡的壓力較小。同時，這種算法在采集暫態零序電流幅值時不需要時間同步，即時間不同步也不影響對故障區段的判斷。從相頻分析可以看出，暫態零序電流幅值遠大于工頻分量，保證了故障發生后監測結果的準確性。

4 結語

線路的零序阻抗相頻特性呈周期性變化，第一次線路零序阻抗從容性頻帶轉換為感性頻帶時的頻率遠大于工頻，在0～ω′頻段內暫態零序電流為容性電流。而線路正常區段和故障區段兩端的電流具有明顯的不同，采用基于暫態零序電流幅值的故障快速定位算法，其傳輸的數據較少，對故障的定位具有較高的靈敏性和可靠性。

［1］杜剛，劉迅，蘇高峰.基于FTU和“S”信號注入法的配電網接地故障定位技術的研究［J］.電力系統保護與控制，2010，38（12）：73-76.

［2］張彩友.單相接地故障指示器技術現狀分析［J］.電網技術，2007，31（S2）：280-283.

［3］齊鄭，鄭朝，楊以涵.諧振接地系統單相接地故障區段定位方法［J］.電力系統自動化，2010，34（9）：77-80.