基于適應配電自動化的饋線接地保護探究

梁偉鋒（廣東電網有限責任公司江門恩平供電局，廣東 恩平 529400）

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基于適應配電自動化的饋線接地保護探究

梁偉鋒
（廣東電網有限責任公司江門恩平供電局，廣東 恩平 529400）

摘 要：隨著電力技術的發展，配網運行逐漸走向自動化，要想有效地適應配電自動化，維護配網的高效運轉，就要深入分析饋線接地保護的方法，提高接地保護水平。本文對負序電流饋線接地保護進行了深入分析，研究了保護的判斷依據。

關鍵詞：配電自動化；饋線接地保護；探究

結合饋線接地保護的基本原理，深入分析了負序電流故障選線的原理，在不測量各個線路的零序相位的情況下，同饋線保護有效配合，實現饋線接地保護功能的有效發揮。

一、饋線接地保護的原理分析

負序電流分流法是支撐饋線接地保護的基本原理。配網系統中會設置多條出線，正常情況下，三相負荷以及系統參數都處于平衡狀態，如果當K饋線中的某一相（A相）有單相接地故障（如圖1所示），對應出現負序電流，該電流將經過故障區，流向供電端與未發生故障的線路，故障區的負序電流值就是二者電流之和，所以，此時故障區的負序電流值最大，其方向正好逆于供電端以及未發生故障線路的負序電流方向。接地保護此時將發揮分流作用，通過參照負序電流的梯度差來發揮這一作用。以此來控制故障區的電壓。

圖1單相接地故障示意圖

二、基于負序電流的饋線接地保護

1 負序電流的計算方法

當饋線中的某一相出現接地時（設：K饋線的A相），選擇對稱分量法來計算負序電流，能夠得出途徑線路故障處的各類電流大小，其中包括：正序電流I1、負序電流I2、零序電流I0等。則有以下公式：

上式中，EA與Rf分別代表正常運行狀態下，故障點的對地電壓與接地電阻，Z0、Z1、Z2則各自代表故障發生時，配網整體的零序阻抗、正序阻抗、負序阻抗。

在電流較小的狀態下，接地饋線系統的阻抗會形成以下關系：零序阻抗遠大于正、負序阻抗，因此，能夠將以上公式變成：

系統內部，高壓端阻抗能夠折算值低壓端，從而使得阻抗值下降，由于配網建設規模的不斷擴大，配網中的Z2逐漸下降，其中多數配網結構為輻射式，單個饋線負荷下降、其阻抗相對上升。通常來說，同整個配電系統相比，單個饋線的負序阻抗要高出幾十倍甚至百倍。所以，系統故障處的負序電流會形成自己的流動方向，通常朝著電源端流去。那么，故障線路的負序電流，可以用下面公式表示：I2k≈I2，對應的母線負序電壓：U2=-EAZ2s/3Rf+Z0，未發生故障的線路，設為：i線路，其負序電流計算公式：I2i=U2/Z2i=-I2Z2S/Z2i。類似地，當另外的一條線路出現單相接地故障問題，則對應的線路k的負序電流：I2k=-I2Z2s/Z2k。

根據計算得出的負序電流的具體數值來對應實施饋線接地保護，首先對饋線K的接地保護加以分析與整定，得出公式：I2zd=Kk|I2K|，對饋線K接地故障進行檢測，得出接地保護抗過度電阻能力。

通過綜合性的分析與檢測得出，通常情況下，饋線的負序阻抗要遠遠高于系統的負序阻抗，達到幾百倍，小電流接地系統，其零序阻抗較大，通常達到上千歐，經過綜合計算得出，負序電流饋線接地保護，其抗過渡電阻能夠高達十幾千歐到幾十千歐。

2 基于負序電流方向的饋線接地保護

從單相接地故障圖能夠看出，負序電流有一定的來源，通常來自于故障發生處，并逐漸朝著電源端、非故障區流動。而且負序電流的方向，也是故障線路同非故障去反向，同時，發生故障的相，也會出現一定程度的故障電流，其負序電流同電壓相位相同，所以，根據負序電流方向能夠實施接地保護。

然而，負序電流會發生一定程度的流動，會逐漸朝著電源端流動，同時，非故障線路也不會產生過大的負序電流，這無疑為負序電流方向的測量帶來了挑戰。因此，負序方向接地保護無法有效應用。

3 比較式接地保護

同負序電流類似，來自于接地故障的零序電流也將發生流動，從故障區逐漸朝著電源端、非故障區流動，然而，其具體的分布狀況受到多重因素影響，例如：補償度、線路的長度、結構等。其中故障區接地保護對應的零序電流為Iok=Io-Iok。

如果從饋線保護安裝的位置到末尾，此段線并不是很長，那么Iok也就是來自于故障點的零序電流也會越來越小，甚至趨向于0。此時，Iok≈Io，也就是在零序電流方面，故障保護位置同故障位置大致相等，同樣，負序電流同零序電流趨向一致，未發生故障的區域，其負序電流則趨向于0，其中要留出裕度，對應的故障線路需要達到以下條件：

其中：K1，K2為整定系數，各自取值為0.5、1.5，如果保護位置到末尾之間有一段很長的線路，那么就要擴大K1，K2的值，或者實施特定的整定計算。

三、饋線接地保護的優勢特征

1 抵御弧光接地的干擾

對于電流較小的接地系統，最常發生弧光接地故障，這是因為電弧在實際的燃滅中，過大的零序阻抗使得能量無法被充分釋放，從而導致位移電壓上升，對零序回路補償過程中，會引發諧振問題，從而導致零序選線的故障問題。當系統負序阻抗下降，故障選線將不會受到過大干擾。

負序電流將接地保護能夠發揮超強的故障監測功能，即使是電阻高達十幾千歐，也不在話下，可見該接地保護可以有效地抵御過濾電阻。

2 比較式接地保護體現出靈活的適應能力

隨著配網的運行，故障過濾電阻會對應在不斷地調整、變化，發生故障的線路中的負序電流、零序電流等也將隨之發生動態調整，可見其靈活的適應能力。

四、饋線接地保護的實現方法

配網系統運行中，為了有效達到饋線自動保護的目的，最為關鍵的就是要從負序電流入手，抑制其對電源、主線路等帶來的不良影響，具體可以從以下方面入手：

1 零序電壓啟動

配網系統實際運行過程中，多種因素會釀成負序電流，例如：不對稱故障等。關鍵是要尋找一種方法來有效辨別，有效的方法為：零序電壓啟動法，發揮其輔助判斷的功能，零序電壓值變小時，甚至低于整定值，繼電器實施復位動作。

2 電流變化量保護

配網系統處于常規運行狀態下，負序電流也可能產生，源頭為：不對稱負荷、電流的不平衡等，要想有效克制這種不良影響，可以對負序電流故障進行分量處理，故障發生前、發生后，負序電流會發生一定程度的變化，針對變化量實施接地保護。

3 工作電流的合理設定

對工作電流進行科學、準確的定位，形成一個精準工作電流，要有效控制繼電器測量誤差，使其在20%以下，故障問題出現時，當負序電流、零序電流等較大，超出了所定義的精準電流，繼電器對應發出保護動作。

4 比較式接地保護進行判斷

所謂比較式指的是零序、負序兩類電流之間的對比、對照。在接地保護工作過程中，負序電流不穩定，會受到負荷特性的干擾，同零序電流相比，負序電流變換器精度較低，要想有效控制負序電流接地保護出現誤動作問題，有必要設置比較式接地保護，發揮對故障線的深入判斷功能。例如：故障問題出現，當發現負序、零序電流較大，超出精確值時，達到負序電流接地保護判斷的標準，就可以準確定位故障。

5 優化發展外部接線與軟硬件

為了全面優化配網的運行質量，也可以加大對外部接線的優化與改造力度。當出線負荷相對較小，要想確保精準測量，高效定位故障，應該改進測量儀器，更新測量軟件系統，提升其精準度，同時，也要對硬件系統進行更新與發展。

結語

以上是以負序電流大小為基礎的饋線接地保護，通過理論的探索與實踐的深入分析，能夠得出一套有效適應配網自動化的饋線接地保護模式。

參考文獻

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中圖分類號：TM76

文獻標識碼：A