一種基于S注入法的小電流接地故障定位裝置的策略設計

高鳴　謝青

摘 要：文章在對S注入法及其已有改進方法的研究的基礎上，提出利用不同的注入方式來回避高過渡電阻帶來的判斷模糊，以及星形聯(lián)接變壓器內(nèi)阻對采用不同注入點所得數(shù)據(jù)的影響。結(jié)合現(xiàn)場工作經(jīng)驗與仿真驗證了該裝置的可行性。

關(guān)鍵詞：S注入法；小電流接地故障；定位裝置

引言

在我國，3～66kv中壓配電網(wǎng)一般采用中性點不接地的運行方式。據(jù)統(tǒng)計，在這種接地系統(tǒng)中，單相接地故障占輸電線路總故障次數(shù)的90%以上，占配電線路故障次數(shù)的80%以上，而且絕大多數(shù)相間故障都是由單相接地故障發(fā)展而來的。

S注入法是基于外加信號的主動選線方法，僅利用注入信號的信息，與零序電流等故障信息無關(guān)，實際上克服了線路參數(shù)不對稱和三相CT不平衡帶來的影響。但是，S 注入法在較高過渡電阻接地的情況，線路分布電容對注入信號的分流作用較大，干擾選線。文獻提出了：降低注入信號頻率、利用注入信號相位信息、注入雙頻信號、突變量比幅法等改進方法，在一定程度上提高了 S 注入法對過渡電阻的適應能力。

1 S注入法選線原理

（1）S注入法的基本思路是，通過外加不同頻率信號裝置向線路持續(xù)注入電流或電壓信號，根據(jù)故障點前后檢測原發(fā)出信號數(shù)據(jù)的差別對故障區(qū)間進行定位。在進行S注入法判斷前，原則上應將故障線路開路以保護人員及設備安全。

2 新舊判斷策略對比

由于我國農(nóng)村電網(wǎng)線路情況復雜，且大部分地區(qū)不具備直接在線路上配備信號發(fā)射與接收系統(tǒng)，所以絕大多數(shù)線路還是采用的人工巡線方式來完成接地故障的判斷與故障。人工巡線時，所巡查區(qū)段線路基本處于斷開狀態(tài)。在巡線過程中，線路情況較復雜，ABC三相存在相互交換的復雜情況，無法通過三相線路對地電壓來完成對故障相別的選取。故在判斷策略中必須加入對故障相別的判斷過程。

2.1 舊判斷策略

第一步：線路中段注入信號；第二步：選擇相別三相分別注入電流，并分別測量注入點小號側(cè)與大號側(cè)電流；第三步：接地類型判斷，注入電流為300mA；（1）非注入相電流均小于30mA，三相分別注入時注入點兩側(cè)電流差不大于50mA，判斷為無接地；（2）某相注入時，其它兩相監(jiān)測電流小于30mA，但在其它兩相注入時，該相監(jiān)測電流大于30mA，則判斷該相為接地相；（3）接地相電流大的一側(cè)為接地側(cè)，且注入點一側(cè)的電流是另一側(cè)電流的五倍以上，判斷為低阻接地；（4）注入點一側(cè)電流是另一側(cè)電流的2-5倍，判斷為中阻接地；（5）非以上情況，判斷為高阻接地。

2.2 舊策略的局限性

線路電容分流如公式（1）所示。異頻電流注入裝置注入電流Isig，過渡電阻Rg，接地點流經(jīng)的異頻電流Ig，線路電容分流Ic=Rg/（R？撞-j/？棕C？撞+Rg）·Isig。對線路長、支路多的10kv線路而言，當某處發(fā)生高阻接地短路時，隨著過渡電阻Rg的增大，線路長度增加，線路對地電容C？撞增加，IC分流將越大，在實際情況中可能會出現(xiàn)注入點兩側(cè)檢測電流大小非常接近的情況，此時將不利于判斷正確的故障區(qū)段。

由于10kv變壓器多數(shù)采用Y/D聯(lián)接，在所注入異頻電流頻率較低時，變壓器Y邊相間繞組同樣會對故障判斷造成影響。以S7-100/10為例，其繞組阻抗在電流頻率較低時呈阻性，其大小為：RT=P÷（SN/3×VN）2，經(jīng)計算，S7-100/10變壓器其一次側(cè)與歸算過的二次側(cè)繞組大小為173.25？贅，可見RT<

2.3 新策略的設計

注入方式將原三相分別注入電流改為三相并聯(lián)注入電流。此時，相當于往線路中注入零序電流。此設計主要有以下優(yōu)點：

（1）變壓器在零序等效電路中為開路，當電路中存在零序電流時，存在變壓器的支路無法形成回路，因此可以有效回避故障點發(fā)生在變壓器出口處時無法判斷故障相別的問題。

（2）由于配網(wǎng)線路中，線路的正序?qū)Φ仉娙荽笥诰€路的零序?qū)Φ仉娙?，因此給線路并聯(lián)注入電流時，其對地電容分流現(xiàn)象對監(jiān)測結(jié)果的影響將減小。

此外，新策略需尤其注意保護相關(guān)問題，與電網(wǎng)運行人員保持及時合理的溝通。由于三相并聯(lián)注入相當于對線路三相短路，因此在設備設計中必須加入完善的保護措施，不允許線路突然供電，以防人員發(fā)生危險。

3 仿真驗證

以MATLBA/SIMULINK為仿真平臺，利用PSB工具箱構(gòu)建10KV電壓等級配電網(wǎng)模型，如圖1所示。其中Measurements為電氣信號監(jiān)測模塊，在仿真中可根據(jù)情況酌情增減。

3.1 利用舊策略仿真

信號源為可調(diào)電壓源，使電路檢測電流保持為400mA左右。接地故障設為C相單相接地短路，短路點為變壓器出口處，接地電阻15000？贅。檢測模塊位置如圖1所示。

C相注入時仿真結(jié)果：如圖5所示，C相檢測電流IC=0.45A，A、B相電流大小相等為0.1A左右。

B相注入時仿真結(jié)果：如圖2所示，B相檢測電流IB=0.42A，A、B相電流大小基本相等約為0.11A。

有仿真結(jié)果可知，在此種特殊短路情況下，無法對故障相別進行清晰判斷，因此舊故障判斷策略在此時無效。

3.2 利用新策略仿真

三相同時注入電流，接地故障設為C相單相接地短路，短路點為變壓器出口處。結(jié)果如圖3所示，可清晰見其C相檢測電流大小為0.48A，A、B相檢測電流為0.1A左右，因此得以驗證，此時新策略可以有效判斷其故障相別。此波形整體向上偏移0.1A左右，是由于變壓器磁阻非線性所造成的。

3.3 新舊策略高阻接地時檢測電流結(jié)果對比

舊策略結(jié)果：每相注入一次，每次注入檢測四次結(jié)果。

A：70、80、180、210；B：20、190、200、10；C：180；210；10；10。

新策略結(jié)果：三相同時注入電流，注入一次檢測6次結(jié)果。

A：175、180；B：190、250；C：180、185。

由此結(jié)果可得到結(jié)論，新策略在檢測高阻接地故障時不僅較老策略簡單，并且有更高的準確性。

4 結(jié)束語

文章基于S注入法設計了一種新式的注入方式，不同于舊策略的單相分別注入，采用三相并聯(lián)注入的方式來選擇故障相別與故障區(qū)段。合理的解決了舊策略中高阻接地、特殊接地無法準確判斷的問題。最后通過MATLAB/SIMULINK搭建仿真平臺完成仿真，驗證了該策略的可行性。

參考文獻

[1]張新惠.基于 Prony 算法的小電流接地故障暫態(tài)選線技術(shù)[D].山東：山東大學，2008，10.

[2]潘貞存，張惠芬，張帆，等.信號注入式接地選線定位保護的分析與改進[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31（4）：71-75.

[3]劉英亮，龔俊祥，魏國棟，等.“S 注入法”接地選線原理分析與改進[J].山東大學學報（工學版），2007，37（4）：64-67.