諧振接地配電網故障定位的殘流增量法

郭浩

摘 要： 本文根據諧振接地配電網單相故障的特點，提出一種利用零序殘流增量法解決諧振接地配電網故障定位的新方法。該方法通過改變消弧線圈電抗值，從而引起線路上各點的零序電流模值發生變化，根據零序電流模值的變化特性來判斷故障位置。

關鍵詞： 諧振接地配電網；故障定位；單相接地敵障；殘流增量法

0 引言

我國多數6kV-35kV配電系統為輻射狀諧振接地配電網[1]，消弧線圈的存在為配電網提供了一種可控手段，但由于消弧線圈的補償作用，使得各個線路的零序電流大小相差很小，相位基本一致。發生單相接地故障時，故障線路和非故障線路穩態時的特征無明顯差異，這給故障帶電定位帶來了困難。

目前已提出多種諧振接地配電網單相接地故障選線方法[2-3]，但相關的定位方法還很少。本文將文獻[3]的殘流增量法進一步應用到故障定位中，該方法通過改變消弧線圈電抗值，從而引起線路上各點的零序電流模值發生變化，根據零序電流模值的變化特性來判斷故障位置。通過將折算到同一電壓水平的零序電流模值相減，克服了接地電阻的影響。并且采用移動式零序電流互感器法解決了零序電流測量難問題。

1 諧振接地配電網單相故障分析

以圖1所示配電網為例，對諧振接地配電網發生單相接地故障后的零序電壓和零序電流進行分析。為了簡化取系統有4條出線，在出線4上發生A相接地故障，接地電阻為R。

圖1 諧振接地配電網零序網絡

Fig.1 Zero sequence network of neutral-point resonant grounded system

故障點的零序電流：

（1）

其中 為故障出線總的的對地零序電流； ，為所有線路的對地零序電容值。繪出圖1系統的三相電路結構，可求得經接地電阻為R的零序電壓：

（2）

根據以上分析，諧振接地配電網發生單相接地故障有如下特點：

（1）系統發生單相接地時，將產生零序電壓，且系統中各點的零序電壓近似相等。

（2）故障線路出口處的零序電流等于所有非故障線的零序電流與消弧線圈的電感電流之和，零序電流與零序電壓之間的相位由消弧線圈的電感電流大小來決定。

（3）若單相接地故障為經電阻接地，接地電阻的大小僅影響到零序電壓和零序電流的大小，但不影響零序電壓和零序電流之間的相位關系。

2 殘流增量法故障定位

如圖1所示，故障線上各支路的對地電容電流：

（3）

故障線路上各檢測點的零序電流：

（4）

在故障發生后調節消弧線的參數，則消弧線圈參數的變化會引起補償電感電流的變化，故障線路各檢測點的零序電流模值變化為：

（5）

若所發生故障類型為金屬性接地，消弧線圈參數改變前后零序電壓不變，各線路對地電容電流不變，即 均為零，則故障路徑上的零序電流變化量 等于消弧線圈的電感電流變化量 ，而非故障路徑上的零序電流變化量

等于零。由此得出金屬接地條件下的殘流增量法判據：消弧線圈電抗發生改變時，若該點的零序電流模值變化很大，近似等于消弧線圈的電感電流變化，則該檢測點位于故障路徑上，若該點的零序電流模值變化很小，近似為零，說明該檢測點位于非故障路徑上。

3 改進的殘流增量法

若所發生故障類型為電阻接地，由式（2）知，當改變消弧線圈的參數時，零序電壓模值的變化將導致非故障線路、故障線路的非故障路徑的零序電流模值變化，此時無法直接應用前面所述的殘流增量法判據，需要對上述判據進行改進。

分析如下：由 ，且線路的對地電容不變，于是

（6）

將所有的電流都折算到金屬接地情況下后，所有線路的對地電容電流變化為零，即有

（7）

改進的殘流增量法：將消弧線圈改變前后的零序電流分別折算到金屬接地情況下，用折算后的零序電流進行模值相減，發生顯著變化的即為故障路徑，變化很小近似為零的即為非故障路徑。

4 殘流增量法的移動式零序電流互感器測量

線路上零序電流的難測量由于以下原因：①配電架空線路一般是輻射狀、多分支，且電流檢測設備一般只安裝在線路出口處。②故障電流信號混雜在很大的負荷電流之中，使之很難被提取出來。③線路周圍存在大量的50Hz信號，也影響著故障電流信號的提取。

針對以上問題，本文采用移動式零序電流互感器法測量線路上的零序電流。移動式零序電流互感器檢測方式采用高精度鉗形CT，分別套接于三相線路上，通過對線路的幾個關鍵點進行檢測，根據故障判據判斷故障所處小區段，最后采用磁場檢測故障桿的方法確定具體的故障位置。

5 結論

本文提出了一種針對諧振接地配電網確定單相接地故障路徑和故障點的新方法。該方法具有以下優點：

（1）將諧振接地選線的殘流增量法進一步應用到故障定位中，能有效的消除對地電容的不平衡和三相電流互感器參數不對稱對故障定位的影響。

（2）該方法不但適用于金屬接地故障，而且還適用于電阻接地故障。

（3）本文采用移動式零序電流互感器法，并給出了相關的檢測判據，有效的解決了線路上零序電流的測量難問題。

參考文獻

[1] 齊鄭，劉寶柱，王璐，賀晉宏.廣域殘流增選線方法在輻射狀諧振接地配電網中的應用.電力系統自動化，2006，30（3）：84-88.

[2] 束洪春，劉娟，王超，等.諧振接地電網故障暫態能量自適應選線新方法.電力系統自動化，2006，30（11）：72-76.

[3] 蔡旭，李仕平，杜永忠，等.變阻尼調匝式消弧線圈及接地選線綜合控制器.電力系統自動化，2004，28（51）：85-89.