中性點經消弧線圈接地系統故障點定位方法研究

李建華

(天地科技股份有限公司儲備系統自動化研究所,北京　100013)

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中性點經消弧線圈接地系統故障點定位方法研究

李建華

(天地科技股份有限公司儲備系統自動化研究所,北京100013)

針對中性點經消弧線圈系統發生單相接地故障時,現有選線及定位方法存在的問題，提出“雙頻電流信號注入法”。通過微處理器產生不同頻率的信號，對這兩個不同的頻率電流信號進行數據采集、定位,然后將他們的結果綜合比較,通過平均值來確定故障線路,快速解決故障線路的選擇和定位的問題。仿真結果驗證了改進方法的有效性及準確性。

消弧線圈接地系統;故障點定位;雙頻率電流信號注入法;故障選線

1　引言

隨著配電自動化系統的發展，通過中性點經消弧線圈接地在過去的幾年中得到廣泛應用。我國配電網80%以上的故障是單相接地故障，然而由于技術的原因，我國配網自動化系統在處理小電流故障定位方面存在嚴重缺陷，這對配電網安全運行形成潛在威脅。當單相接地發生故障時，接地故障電流即接地電容電流取決于該系統的規模和結構，電壓等級和操作模式。電容電流的增加可以產生持續電弧，這甚至可能形成電弧接地過電壓，如果不及時熄弧，瞬態故障將造成為永久性故障。因此，當發生單相接地故障時必須采取措施及時消除故障電流，故障點的選線及定位研究意義便突顯出來。

2　供電系統故障點選線及定位方法

國內外有許多種線路選擇和定位的方法。線路選擇包括振幅比較法,相位比較法,五次諧波的方法,有源元件法、能量函數法,零序導納法,第一次半波法,基于負序電流的線選保護法,基于小波分析的故障線路保護方法和輸入變頻信號的方法。定位方法包括S信號注入法,行波定位法,故障指示器,使用分段開關定位的方法,使用瞬態信號的定位方法,信號通斷法等[1-8]。振幅和相位比較法在這里不使用,因為補償電流通過消弧線圈到達故障電路。五次諧波的方法,當接地和過渡電阻非常大時,五次諧波很小,這時它將影響選擇的精度。對于有源元件法、能量函數法和零序導納法，如果零序電路中的電阻很小，那么通過有源元件的零序電流更小,這樣很容易做出錯誤的選擇。首半波法,當故障發生在相電壓太接近零值,瞬時組件的電流太小,很容易導致錯誤的極性判斷。基于負序電流的線選擇保護的方法,因為失衡的負載對負序電流和配電網絡的影響很大,所以這種方法也很容易出現錯誤的估計。基于小波分析方法的故障線路保護,如果接地電阻太大,高頻瞬態元件的電流太小,也很容易做出錯誤的選擇。輸入變頻信號的方法,這種方法的問題是輸入變頻信號時很難確定什么時候使用高阻接地。而且當諧波很多時信號很容易被擾亂。即便在小電流接地系統來判斷單相接地故障的方法有很多,但每個方法都有一定的局限性。因此通過消弧線圈接地系統來研究故障線路選擇和中性點的定位是很有必要的。

3　信號注入法的選線及定位

在小電流接地故障線路定位方法中“信號注入法”是一種完美的方法。為了說明該方法在線路定位中的工作原理,首先分析TY-01型保護。TY-01型選線和定位保護系統由兩部分組成:主電路和檢流器。如圖1所示,主電路通過五條線(a,b,c,n,l)連接到PT二次側,a,b,c三個總線連接到PT一次側。有5個出線連接到母線。信號電流發生器與主機相連。內部電源提供電流信號發生器的充電電池的電源。工作人員可以直接檢測每個出線。

圖1　信號輸入法的原理圖

PT的二次側電壓：

Uan=Ubn=Ucn=57.8V,Uln=0V

這個定位方法適合于配電系統。因為配電系統有許多分支線,無論有多少分支線,大多數的電流輸入信號將會到達故障位置,而只有少數的電流會無誤的流到地面。使用這個特性,故障線路及故障點可以準確找到,如圖2所示。

圖2　多分支分布系統的故障位置

4　雙頻電流信號注入法

為消除單一頻率引起的系統誤差,本文采取以下措施：通過微處理器產生不同頻率的信號來定位。當某一點發生故障,TY-01型將兩個不同的頻率的電流信號按順序、分別的向PT的兩側輸入,其中一個是基本頻率,定義為f0、頻率諧波在n和n+1之間,另一個基本頻率,定義為f1,頻率諧波在n+1和n+2之間。對這兩個不同的頻率電流信號進行數據采集、定位，然后將它們的結果進行綜合比較，通過平均值來確定故障線路。

信號電流輸入到信號電流檢測裝置,它的頻率特性曲線如圖3所示。

圖3　檢測電流的頻率特性

采用人工手持檢測器對電流信號進行檢測,測量點間距的選擇是重點,論文選擇6m作為測量點間距。為了測試該方法的有效性,使用Matlab建立了一個消弧線圈中性點接地系統仿真模型,如圖4所示。仿真模型有五個輸出線參數是:正序阻抗z1=0.17+j0.38、正序容納B1=3.045,零序阻抗Z0=0.23+j1.72，零序容納B0=1.881。

本文選擇兩個輸入信號頻率220Hz和270Hz。當5個輸出中某點出現故障,當前元件各個輸出和平均值的模擬模型如表1所示。

表1　頻電流信號在五個端口的輸出值

在表1中,從兩個輸入頻率信號得到的線路選擇結果是正確的,這兩個信號可以克服干擾信號的影響。因此這個故障位置被確定。

圖4　仿真模型

5　結論

本文利用雙頻電流信號輸入法對中性點經消弧線圈接地系統的故障點進行了選線及定位，仿真結果驗證了方法的有效性及抗干擾能力。研究對快速、準確對中性點經消弧線圈接地系統中單相接地故障進行選線、定位，保障安全、可靠供電具有重大意義。

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Research all Neutral Point Via Arc Suppression Coil Grounded System Fault Point Location Method

LI Jian-hua

(Tiandi Science and Technology Co.,Ltd.,Beijing 100013，China)

Single-phase ground fault occurs by arc suppression coil system for the neutral point,the problems of the existing line selection and location method proposed dual-frequency current signal injection method.By microprocessor produce different frequency signals,the frequency of the two different current signal for data acquisition,location,and then compare their results integrated,through average value to determine the fault line,to quickly solve the problem of fault line selection and location.Simulation results verify the effectiveness of the improved method and accuracy.

arc suppression coil grounding system；fault point location；dual-frequency current signal injection method；fault line selection

1004-289X(2016)01-0051-03

TM71

B

2015-04-21

李建華(1978-)，男，內蒙古人，工學學士，工程師，研究方向：工礦自動化及電力傳動，從事煤礦提升機自動化的研究。