基于零序電流比值變化的小電流接地選線方法的分析闡述

中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地、中性點經(jīng)電阻接地等系統(tǒng)，統(tǒng)稱為中性點非直接接地系統(tǒng)（又稱為小接地電流系統(tǒng)）。我國10～35kV的中低壓電網(wǎng)普遍采用這種接地方式。這種接地方式的主要優(yōu)點在于當(dāng)發(fā)生單相接地故障時不形成短路回路，只在系統(tǒng)中產(chǎn)生量值較小的零序電流，三相線間電壓依然對稱，不影響負(fù)載的正常工作，所以不必立即跳閘，可以繼續(xù)工作。但是小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，非接地相對地的電壓會升高，斷續(xù)性電弧接地時還會產(chǎn)生弧光過電壓，長期運行可能會損壞其絕緣，引發(fā)嚴(yán)重的相間故障。我國電力部門有有關(guān)規(guī)程規(guī)定，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，雖不必立即跳閘，但帶單相接地故障運行的時間不宜超過1～2小時。所以，在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障后，應(yīng)該立即設(shè)法使其消除，人為地將接地設(shè)備從系統(tǒng)中切除。

復(fù)雜局域網(wǎng)尤其是經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，在接地情況下，如何準(zhǔn)確及時選出故障線路對于配電自動化的實現(xiàn)有著重要的意義。因此，對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的研究具有及其重大的意義。而利用故障參數(shù)法就是直接利用接地故障引起的電氣量的變化特點來實現(xiàn)接地選線。根據(jù)所選定的檢測量的不同，又有利用穩(wěn)態(tài)故障信息和暫態(tài)故障信息之分。并對零序電流補償法、零序電流群體比幅法、零序電流比相法、零序電流群體比幅比相法、零序電流有功分量法、殘流增量法、零序?qū)Ъ{法、能量法、首半波法、基于小波變換的暫態(tài)零序電流選線法等方法的大致介紹及優(yōu)缺點的分析，并對現(xiàn)有選線系統(tǒng)中所遇到的問題提出了解決辦法。

一、基于零序電流比值變化的小電流接地選線方法的分析闡述

在中性點非直接接地系統(tǒng)中，若其中一條出線發(fā)生單相接地故障，全系統(tǒng)都會出現(xiàn)零序電壓，在這個零序電壓的作用下，系統(tǒng)中會出現(xiàn)零序電流。對于非故障線而言，零序電流就是該線路的零序電容電流，方向為母線流向電路；對于故障線路而言，在中性點不接地系統(tǒng)中（圖1 中開關(guān)K斷開） ，故障線路中的零序電流為非故障線路零序電流總和，方向為線路流向母線，由此可知道故障線路和非故障線路的零序電流方向是相反的。在中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中（圖1 中開關(guān)K 閉合） ，故障線路中的零序電流為非故障線零序電流與消弧線圈中的電感電流之和，方向為母線流向線路。

圖1 單相接地故障系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)圖

1. 理論情況的算法分析

（1）中性點不接地系統(tǒng)

①非故障線路之間的對地零序電流比值

非故障線路中的零序電流就是該線路的對地電容電流。若一個三條線路的系統(tǒng)中線路3的A 相接地。非故障線路Ⅰ、Ⅱ中的對地零序電流為：

，（1）

式中： U0 為系統(tǒng)出現(xiàn)的零序電壓； C0 i為出線Ⅰ、Ⅱ的零序電容；ω為零序電流、電壓的角頻率。由此可見，在中性點不接地系統(tǒng)中兩條線路的零序電流的比值為

（2）

由此可知線路1和線路2的零序電流比值應(yīng)該是等于兩條線路的電容的比值。且由于在故障的時候線路1的零序電流和線路2的零序電流都是由母線流向線路，所以線路1和線路2的零序電流的比值應(yīng)該是一個正值。由此可以推出任何兩條非故障線路的零序電流的比值應(yīng)該是一個與兩條線路電容比相等的正的數(shù)值。

②非故障線路和故障線路之間的零序電流比值

故障線路中，由于線路3是故障線路，零序電壓在該線路中產(chǎn)生，零序電流由線路流向母線，與非故障線路的零序電流流向相反，數(shù)值等于非故障線路的對地零序電流之和。則非故障線路1和故障線路3的對地零序電流比值為：

（3）

由式子（3）可見，線路1和線路3的對地零序電流的比值是一個絕對值小于1的負(fù)數(shù)數(shù)值。所以可以知道非故障線路和故障線路的比值是一個絕對值小于1的負(fù)數(shù)，符號和數(shù)值上都區(qū)別于任何非故障線路的對地零序電流的比值。且由式子（3）比值可以根據(jù)絕對值和1的比較，絕對值大于1證明故障線路在分子，絕對值小于1說明故障線路在分子。

（2）中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

①非故障線路之間零序電流比值

非故障線路中零序電流和不接消弧線圈的時候一致，所以上述結(jié)論任然適應(yīng)。即線路的零序電流比值等于兩條非故障的線路的對地電容的比值。

②故障線路中零序電流和非故障線路的零序電流比值

此處任然拿三條線路的情況來推斷：線路3的A相發(fā)生單相接地故障則可以知道

故障線路線路3的零序電流為：

（4）

則在故障的時候非故障線路1和故障線路3的零序電流的比值為：

（5）

由上面的式子可以知道，當(dāng)過補償?shù)臅r候電感數(shù)值越大故障相和非故障相的零序電流比值越大，所以在變壓器中性點經(jīng)消弧線圈接地的時候非故障相和故障相的零序電流比值和補償?shù)碾姼袛?shù)值大小有關(guān)，電感數(shù)值越大，比值越大，且由于在實際系統(tǒng)中，大多采用過補償 方式，過補償度為P：5%～8%，所以接地電流的方向與電感電流一致，故障的零序電流也與非故障線中的零序電流方向一致均為母線流向線路，比值是一個正值。非故障線路的零序電流和故障線路的零序電流比值會隨著消弧線圈容量變化而變化。當(dāng)故障線路在分子的時候，則比值會和消弧線圈的容量變化的趨勢相反。若故障線路零序電流在分母，則比值變化情況真好相反，由此可根據(jù)比值變化情況確定故障線路是位于分子還是分母。

如果出現(xiàn)母線故障，則任意兩條線路零序電流比值與消弧線圈電抗值無關(guān)，在消弧線圈容量變化過程中維持不變，由此可以判斷是母線故障。

由以上分析可知，隨著消弧線圈容量的調(diào)節(jié)變化趨勢的不同，可以區(qū)別出故障線路和非故障線路。結(jié)合上面的中性點不接地情況，在中性點不接地的時候根據(jù)不同線路零序電流比值的符號和絕對值大小可以判斷哪條線路故障，在中性點經(jīng)消弧線圈接地的時候可以根據(jù)消弧線圈變化趨勢判斷是那條線路故障，由此提出基于零序電流比值變化的小電流接地選線方法。

二、結(jié)語

本章提出了適用于在中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時檢出故障線路的方法——零序電流比值法。它可以滿足接地故障選線的可靠性和靈敏度的要求。零序電流比值法具有以下主要特點：（1）在中性點不接地系統(tǒng)中，非故障線路之間的零序電流比值是一個正數(shù)，故障線路和非故障線路之間的零序電流比值是一個負(fù)數(shù)，若比值大于1則故障線路在分子，若比值的絕對值小于1則故障線路在分子；（2）中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，非故障線路之間的比值和中性點不接地時候一致，故障線路和非故障線路之間的比值和消弧線圈的接入容量有關(guān)。若故障線路在分母則消弧線圈接入容量越大則，兩線路的比值越小，若故障線路在分子，則消弧線圈接入的容量越大，比值越大；

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