中壓配電網零序故障分析及診斷方法

姜敬元　胡丹琳

摘 要：供電網的中高壓變電站通常作為供電的樞紐點，它能否安全可靠的工作在很大程度上影響著電網整體的的有效運行。針對供電安全性，怎樣減少配電網故障的發生，當故障或異常運行出現時，能否快速、精準發現事故產生原因，降低故障排查時間，確保供電的安全性已作為配電網工作的重中之重。

關鍵詞：中壓配電網；零序故障；診斷方法

1.中壓配網零故障的分析

1.1中性點不接地故障分析

當中性點不接地電網發生單相接地時，情況將發生明顯變化。

接線圖表示C相發生金屬性接地時的情況，接地后故障點C相的電壓變為零，既Udc=0。這時，按故障相條件，可寫出下列電壓方程式：

UO+UC=Udc為0。這個方程式中UO作為中性點對地電壓，而UC是C相電源電壓。所以有UO=-UC。這個方程式說明，在C相產生單相接地的情況時，中性點的對地電壓就不會為零了，相反會成為-UC，所以對應A、B相的對地電壓方程式為：

UdA=UO+UA=-UC+UA=√3UCe-j150

UdB=UO+UB=-UC+UB=√3UCej150

由相關相量關系可知，UdA與UdB之間的夾角轉變成60度。三個線電壓依然維持著原有對稱和大小。但由這組方程式能夠得知，二個非故障相即A與B的對地電壓卻提升√3倍。因為線電壓依然維持恒定，所以對于電力用戶的持續工作幾乎不會有太大影響。雖然電壓相對地提升了√3倍，然而對于電力網和其他的電氣設施裝置也沒有太大的威脅，由于在中性點不接地的配電網情況下，所有設備裝置的絕緣體是根據線電壓進行設計的。然而因為A與B電壓相對地提升了√3倍，所以此對地的電容電流隨之會提升√3倍。因為C相產生接地，它的對地電容被短接，因此C的對地電容電流會成為零。因此當通過C相接地點進入地中的電容電流（也就是接地電流）已不為零，為：假設線路的每相對地電容都是相等，為CA=CB=CC=C。

它的絕對值是：IC=3ωCUΥ。此式子中的UΥ是裝置相電壓；而ω是角頻率；C是相對地電容。

由上式可知，在中性點出現不接地，單相接地電流IC與正常情況下的3倍相對地電容電流是一致的。

1.2中性點經消弧線圈接地系統

系統限制電容電流的方法，大都是采用消弧線圈補償法，用消弧線圈的感性電流補償接地電容電流，為了防止鐵磁諧振過電壓，消弧線圈一般采用過補償方式，這樣故障線路的零序電流和非故障線路的零序電流一樣，都超前零序電壓90°，而且零序功率方向都是從母線流向線路，因此用基彼分量構成的零序功率方向不會動作。在經消弧線圈接地的系統中，雖然工頻電容電流已被消弧線圈的感性電流補償，但的對5次諧波來說，消弧線圈的5次諧波感性電流，比5次諧波的接地電容電流要小得多，因此對于5次諧波來說，可以不考慮消弧線圈的影響。因此可以利用故障線路和非故障線路的5次諧波零序電流的差異，構成中性點不接地系統那樣的零序電流保護和零序功率方向保護。用5次諧波零序電流作判據，電流信號更加弱小（5次諧波電流比零序電流又要小幾十倍，在0.3A左右），而且5次諧波分量的成分和大小與電網的運行方式、線路多少和電壓高低有關。

2.零故障診斷方法的分析

2.1裝置診斷的基本方法

零故障錄波與診斷裝置，通常利用控制屏、中央控制器、零電流的互感器和數據的分析工作站，同時有效的引入人工神經網絡將系統的全部信息集成網絡，信息的存儲反映在神經單元彼此的連接權上，應用配電系統的主動適應與自學能力將會促進故障診斷裝置擁有很強適應性。所以當電網出現故障時，基于信息不同調度端能夠根據反饋的信息的時間差，把故障信息進行三級劃分：第一級為開關動作的信息；第二級為保護動作的信息；第三級為故障錄波信息。工作人員可使用開關及其保護動作信息有效的進行故障診斷，使用故障錄波信息能夠對錄波進行詳細的分析同時對保護動作做出相關的評判。按照保護動作產生的數據結果能有效的進行保護動作信息誤動、拒動的修正，以更加精確的進行故障的診斷。

2.2具體診斷方法

2.2.1全信息故障辨識診斷

該技術充分利用故障發生前后完整的錄波信號進行故障辨識。其方法是首先分析此次故障是否復合故障（復合故障是指故障過程中有多次電網參數的突變），如是復合故障，則首先將錄波數據分解為由一次電網參數突變引起的多個單一故障。然后對每個分解出的故障進行頻譜分析，以辨識故障類型，然后再進行全時域和頻域搜索，找出故障最強的特征域，在特征域內通過分析電流流向，辨識故障區位，最后如果是復合故障，還需要綜合多個單一的辨識結果，得出最終結論。

2.2.2全過程實時錄波診斷。

（1）零序故障數據特征采樣記錄。對全部的零序信號做詳細的實時采樣，而且要必須將信號最近的1500周期全部采樣的數據做仔細保存。同時對各個采樣點的數據做實時計算分析，如果有暫態產生，那么就必須將該暫態的整個過程的波形完整截取下來，做詳細的在線分析，而且把此次的錄波數據存儲到硬盤中。

（2）對消弧線圈動態特性進行分析計算。針對不同種類的消弧線圈搭建對應的數學模型，利用數學模型收集的錄波數據及其消弧線圈動態特性的相關數據指標，繼而準確分析計算消弧線圈動態特性。

（3）根據錄波數據和現場情況分析故障原因的方法。研究錄波數據和故障原因的關聯性，具體方法是根據不同的故障起因建立仿真模型，然后對仿真錄波數據和現場錄波數據進行比較分析，得出錄波數據和故障原因的關聯性。

3.結語

根據各個大城市的不同但有代表性的供電方式，同時依據實際的情況，本文所分析的相關診斷方法是非常有效的，供電安全性有充分提高，獲得了較好的效果。零故障診斷裝置與技術能夠有效判斷故障類型和發生區域，從而防止了配電事故的發生，確保了供電質量。

參考文獻

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