一種基于S注入法的小電流接地故障定位裝置的策略設計

高鳴　謝青

摘 要：文章在對S注入法及其已有改進方法的研究的基礎上，提出利用不同的注入方式來回避高過渡電阻帶來的判斷模糊，以及星形聯(lián)接變壓器內阻對采用不同注入點所得數據的影響。結合現場工作經驗與仿真驗證了該裝置的可行性。

關鍵詞：S注入法；小電流接地故障；定位裝置

引言

在我國，3～66kv中壓配電網一般采用中性點不接地的運行方式。據統(tǒng)計，在這種接地系統(tǒng)中，單相接地故障占輸電線路總故障次數的90%以上，占配電線路故障次數的80%以上，而且絕大多數相間故障都是由單相接地故障發(fā)展而來的。

S注入法是基于外加信號的主動選線方法，僅利用注入信號的信息，與零序電流等故障信息無關，實際上克服了線路參數不對稱和三相CT不平衡帶來的影響。但是，S 注入法在較高過渡電阻接地的情況，線路分布電容對注入信號的分流作用較大，干擾選線。文獻提出了：降低注入信號頻率、利用注入信號相位信息、注入雙頻信號、突變量比幅法等改進方法，在一定程度上提高了 S 注入法對過渡電阻的適應能力。

1 S注入法選線原理

（1）S注入法的基本思路是，通過外加不同頻率信號裝置向線路持續(xù)注入電流或電壓信號，根據故障點前后檢測原發(fā)出信號數據的差別對故障區(qū)間進行定位。在進行S注入法判斷前，原則上應將故障線路開路以保護人員及設備安全。

2 新舊判斷策略對比

由于我國農村電網線路情況復雜，且大部分地區(qū)不具備直接在線路上配備信號發(fā)射與接收系統(tǒng)，所以絕大多數線路還是采用的人工巡線方式來完成接地故障的判斷與故障。人工巡線時，所巡查區(qū)段線路基本處于斷開狀態(tài)。在巡線過程中，線路情況較復雜，ABC三相存在相互交換的復雜情況，無法通過三相線路對地電壓來完成對故障相別的選取。故在判斷策略中必須加入對故障相別的判斷過程。

2.1 舊判斷策略

第一步：線路中段注入信號；第二步：選擇相別三相分別注入電流，并分別測量注入點小號側與大號側電流；第三步：接地類型判斷，注入電流為300mA；（1）非注入相電流均小于30mA，三相分別注入時注入點兩側電流差不大于50mA，判斷為無接地；（2）某相注入時，其它兩相監(jiān)測電流小于30mA，但在其它兩相注入時，該相監(jiān)測電流大于30mA，則判斷該相為接地相；（3）接地相電流大的一側為接地側，且注入點一側的電流是另一側電流的五倍以上，判斷為低阻接地；（4）注入點一側電流是另一側電流的2-5倍，判斷為中阻接地；（5）非以上情況，判斷為高阻接地。

2.2 舊策略的局限性

線路電容分流如公式（1）所示。異頻電流注入裝置注入電流Isig，過渡電阻Rg，接地點流經的異頻電流Ig，線路電容分流Ic=Rg/（R？撞-j/？棕C？撞+Rg）·Isig。對線路長、支路多的10kv線路而言，當某處發(fā)生高阻接地短路時，隨著過渡電阻Rg的增大，線路長度增加，線路對地電容C？撞增加，IC分流將越大，在實際情況中可能會出現注入點兩側檢測電流大小非常接近的情況，此時將不利于判斷正確的故障區(qū)段。

由于10kv變壓器多數采用Y/D聯(lián)接，在所注入異頻電流頻率較低時，變壓器Y邊相間繞組同樣會對故障判斷造成影響。以S7-100/10為例，其繞組阻抗在電流頻率較低時呈阻性，其大小為：RT=P÷（SN/3×VN）2，經計算，S7-100/10變壓器其一次側與歸算過的二次側繞組大小為173.25？贅，可見RT<

2.3 新策略的設計

注入方式將原三相分別注入電流改為三相并聯(lián)注入電流。此時，相當于往線路中注入零序電流。此設計主要有以下優(yōu)點：

（1）變壓器在零序等效電路中為開路，當電路中存在零序電流時，存在變壓器的支路無法形成回路，因此可以有效回避故障點發(fā)生在變壓器出口處時無法判斷故障相別的問題。

（2）由于配網線路中，線路的正序對地電容大于線路的零序對地電容，因此給線路并聯(lián)注入電流時，其對地電容分流現象對監(jiān)測結果的影響將減小。

此外，新策略需尤其注意保護相關問題，與電網運行人員保持及時合理的溝通。由于三相并聯(lián)注入相當于對線路三相短路，因此在設備設計中必須加入完善的保護措施，不允許線路突然供電，以防人員發(fā)生危險。

3 仿真驗證

以MATLBA/SIMULINK為仿真平臺，利用PSB工具箱構建10KV電壓等級配電網模型，如圖1所示。其中Measurements為電氣信號監(jiān)測模塊，在仿真中可根據情況酌情增減。

3.1 利用舊策略仿真

信號源為可調電壓源，使電路檢測電流保持為400mA左右。接地故障設為C相單相接地短路，短路點為變壓器出口處，接地電阻15000？贅。檢測模塊位置如圖1所示。

C相注入時仿真結果：如圖5所示，C相檢測電流IC=0.45A，A、B相電流大小相等為0.1A左右。

B相注入時仿真結果：如圖2所示，B相檢測電流IB=0.42A，A、B相電流大小基本相等約為0.11A。

有仿真結果可知，在此種特殊短路情況下，無法對故障相別進行清晰判斷，因此舊故障判斷策略在此時無效。

3.2 利用新策略仿真

三相同時注入電流，接地故障設為C相單相接地短路，短路點為變壓器出口處。結果如圖3所示，可清晰見其C相檢測電流大小為0.48A，A、B相檢測電流為0.1A左右，因此得以驗證，此時新策略可以有效判斷其故障相別。此波形整體向上偏移0.1A左右，是由于變壓器磁阻非線性所造成的。

3.3 新舊策略高阻接地時檢測電流結果對比

舊策略結果：每相注入一次，每次注入檢測四次結果。

A：70、80、180、210；B：20、190、200、10；C：180；210；10；10。

新策略結果：三相同時注入電流，注入一次檢測6次結果。

A：175、180；B：190、250；C：180、185。

由此結果可得到結論，新策略在檢測高阻接地故障時不僅較老策略簡單，并且有更高的準確性。

4 結束語

文章基于S注入法設計了一種新式的注入方式，不同于舊策略的單相分別注入，采用三相并聯(lián)注入的方式來選擇故障相別與故障區(qū)段。合理的解決了舊策略中高阻接地、特殊接地無法準確判斷的問題。最后通過MATLAB/SIMULINK搭建仿真平臺完成仿真，驗證了該策略的可行性。

參考文獻

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