10kV配電網(wǎng)的單相接地故障選線問題探討

摘 要：在10kV配電網(wǎng)的單相接地故障過程中，接地電流的產(chǎn)生值很小，故障情況也不樂觀。對(duì)于接線問題還沒有找到最佳的解決措施。系統(tǒng)在出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，我們分析其暫態(tài)特征可以采用仿真模擬手法，主要是對(duì)中性點(diǎn)通過消弧線圈在接地系統(tǒng)產(chǎn)生單相接地故障來模擬。在一個(gè)公平周期內(nèi)我們可以對(duì)各線路暫態(tài)零序電流進(jìn)行比較，選出一個(gè)通過絕對(duì)值比較的故障選線方法。本文就10kV配電網(wǎng)的單相接地故障選線問題進(jìn)行探討，總結(jié)出這種選線方法的原理和步驟?？梢缘贸?，實(shí)現(xiàn)故障選線的準(zhǔn)確性方法，此方法具備較高的靈敏度，不會(huì)在過渡電阻和故障合閘角等因素下產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：10kV配電網(wǎng)；單相接地；故障連線；零序電流

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0072-02

中性點(diǎn)非直接接地方式是10kV配電網(wǎng)的常用方式，這種接地方式通常會(huì)導(dǎo)致單相接地故障的發(fā)生率最大，80%的配電網(wǎng)總故障率都是發(fā)展這種故障。系統(tǒng)的單相接地過程中，接地電流出現(xiàn)最小值、饋線數(shù)目也多，而且故障特征也不會(huì)經(jīng)常明顯出現(xiàn)，因此很難對(duì)其進(jìn)行故障檢測，迄今為止這個(gè)選項(xiàng)問題也一直沒有找到絕佳的解決方法。

1 現(xiàn)有的故障選線方法的分類和比較

在穩(wěn)態(tài)方法和暫態(tài)方法的基礎(chǔ)上組成現(xiàn)有的故障選線方法。穩(wěn)態(tài)選線方法中穩(wěn)態(tài)故障信號(hào)不強(qiáng)，消弧線圈的影響會(huì)讓它的實(shí)際應(yīng)用效果大打折扣。暫態(tài)過渡過程，可以明顯的出現(xiàn)在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障中，這個(gè)過程中不會(huì)受到消弧線圈的影響，且產(chǎn)生的暫態(tài)接地電容電流可以用數(shù)倍或者數(shù)十倍的穩(wěn)態(tài)電流表示。因此，要想獲得較好的選線效果可以采用暫態(tài)方法。

各條出線的零序暫態(tài)電流峰值的幅值比較可以利用暫態(tài)零序電流的幅值比較法完成。暫態(tài)電流峰值單一的情況下，故障期間的大量暫態(tài)信息會(huì)很容易被噪聲干擾而不被充分利用，進(jìn)而出現(xiàn)誤導(dǎo)判斷的情況。因此，在故障特征的提取上，需要尋求更加可靠的方法。

2 10kV配電網(wǎng)單相接地故障選線和定位的重要性

配電網(wǎng)自身復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得配電網(wǎng)通常出現(xiàn)故障跳閘，電氣設(shè)備的損壞和繼電器保護(hù)越級(jí)跳閘，造成大面積的停電等問題且配電網(wǎng)故障率極高，故障的發(fā)生不僅會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)損失造成直接影響，還會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的人身傷亡。雷擊事故、污閃故障、鐵磁諧振過電壓、弧光掃地過電壓等和單相小電流接地故障等原因都會(huì)造成配電網(wǎng)故障。其中，6-10kV配電網(wǎng)中的單相小電流接地故障最容易導(dǎo)致配電網(wǎng)故障，且其故障的發(fā)生率大概是所有故障次數(shù)的80%。

盡管規(guī)程表示，10kV配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后配電網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)運(yùn)行2h，我國6～10kV輸電線變壓一側(cè)選用的三角形接法不具備中性點(diǎn)引出通常也不會(huì)對(duì)其進(jìn)行消弧線圈的安裝，在單相接地故障發(fā)生時(shí)，非故障線對(duì)地工頻電壓升高，用電設(shè)備在過電壓狀態(tài)下運(yùn)行，所以單相接地故障會(huì)緊接著出現(xiàn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)故障和相間短路造成跳閘停電事故或者出現(xiàn)電纜爆炸、PT燒毀等事故，引起不必要的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。比如：安徽省的一次小電流接地故障產(chǎn)生的跳閘停電檢修電網(wǎng)，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)數(shù)億人民幣；華北某電廠6kV用電廠曾多次由于輸電電纜單相小電流接地故障造成的開關(guān)爆炸事故。所以，我們務(wù)必要對(duì)單相小電流接電故障的故障點(diǎn)位置進(jìn)行精確確定，并及時(shí)安排相關(guān)措施排除故障。

此外，中性點(diǎn)非接地方式通常都在10kV配電網(wǎng)當(dāng)中。如果線路發(fā)生單相接地故障時(shí)不能形成低阻抗的短路回路，產(chǎn)生較小的接地短路，僅表現(xiàn)為小電流接地，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多為樹枝狀態(tài)下輻射型，由單端電源供電。因此，在單相接地故障中，不會(huì)對(duì)哪一相輸電線上的小電流接地故障進(jìn)行確定，也不能確定單相接地故障點(diǎn)的具體位置。由此，現(xiàn)在我們都是在單相接地選線采取拉路法，在對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行尋找時(shí)采取人工巡線目測法，這種方法的采用不僅會(huì)讓電力部門耗費(fèi)巨大的人力和物力，還不適用于現(xiàn)代的電網(wǎng)高度自動(dòng)化水平。因此，對(duì)于電力系統(tǒng)而言，最大的難題就是小電流接地系統(tǒng)單相接地選線與定位問題。

3 單項(xiàng)接地故障特征分析

從圖1當(dāng)中我們可以指導(dǎo)，配電網(wǎng)的中性點(diǎn)通過消弧線圈在接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)組成了零序等效網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，暫態(tài)的電容電流和暫態(tài)的電感電流是故障點(diǎn)的主要暫態(tài)接地電流。

零序電壓和暫態(tài)電流的暫態(tài)分量分別用u 和i 表示：

u =U sin（ t+？準(zhǔn)）（1）

i =i +i = e sin t+I cos？準(zhǔn)e （2）

——回路自由震蕩角頻率；

L ——線路和變壓器等在零序回路中的等效電感。

通常而言，暫態(tài)電容電流i 會(huì)由于 / 的值的增加而出現(xiàn)明顯的變化，當(dāng)處于暫態(tài)過程時(shí)，二者不會(huì)發(fā)生補(bǔ)償。

故障相電壓的突然降低會(huì)導(dǎo)致電容電流放量的速度加快，產(chǎn)生好幾千赫茲的振蕩頻率，線路的參數(shù)故障點(diǎn)位置和故障電阻值會(huì)讓振蕩頻率發(fā)生變化；充電電容電流流經(jīng)回路電感會(huì)由于非故障性電壓的升高而增加，所以充電電流的衰減速度減慢導(dǎo)致產(chǎn)生數(shù)百赫茲的較低振蕩頻率。

綜上所述，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，暫態(tài)電容電流值與暫態(tài)接地電流的幅值和頻率息息相關(guān)。

4 故障選線原理與步驟

（1）選線判據(jù)

暫態(tài)電容電流大概在0.5-1個(gè)周波內(nèi)持續(xù)出現(xiàn)，不會(huì)檢測出具體的故障信息。如果在故障信息檢測當(dāng)中運(yùn)用零序電流的峰值來進(jìn)行檢測，則很容易受到噪聲的干擾產(chǎn)生誤判。因此我們可以在一個(gè)公平周期內(nèi)對(duì)所求區(qū)的各線路零序暫態(tài)電流幅值進(jìn)行絕對(duì)值求和。從而通過對(duì)得出的各線路暫態(tài)零序電流差值的比較來進(jìn)行選線。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)就是通過暫態(tài)過程中大量的故障信息可以讓選線更加精確、合理。

在一個(gè)工頻周期內(nèi)，線路j上的零序電流和N個(gè)采集點(diǎn)數(shù)據(jù)的絕對(duì)值之和為：

I = i （k）1（3）

上述公式當(dāng)中，零序電流在一個(gè)周波內(nèi)幅值的采集點(diǎn)數(shù)用N表示，線路j在第k個(gè)采樣點(diǎn)的幅值用i （k）表示，則線路i與其他線路的零序電流總和之差的公式為：

△I = I -I （4）

室中，配電網(wǎng)線路條數(shù)用i=1，2，…，n表示。

由上可知，系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)最大暫態(tài)零序電流，由此在進(jìn)行選線時(shí)，只要是完整線路暫態(tài)電流與故障線路暫態(tài)電流之差都可以進(jìn)行選線，故障線路用△I 表示。

△I =min△I ，i=1，2，…，n（5）

單相接地故障包含線路故障與母線故障兩種類型，因此在運(yùn)用以上選線方法之前，首先判斷故障是線路故障還是母線故障。所偶有非故障線路零序電流之和的值大概是故障線路的零序電流，所有若配電網(wǎng)饋線的條數(shù)n（n>3）時(shí)發(fā)生單相接地故障，不管是哪2條非故障線路零序電流之和都比故障線路的零序電流小；如果單相接地故障類型屬于母線故障，則各線路的零序電流差不多，可以根據(jù)選線步驟4進(jìn)行判別和計(jì)算。

計(jì)算判據(jù)時(shí)運(yùn)用這個(gè)方法主要是根據(jù)在一個(gè)工頻周期內(nèi)，本線路測量的暫態(tài)楞次定律采樣點(diǎn)值的絕對(duì)值之和，就好像是把零序電流幅值發(fā)達(dá)了，然后會(huì)讓大信號(hào)覆蓋干擾信號(hào)，提高防干擾能力。

（2）選線步驟

系統(tǒng)在出現(xiàn)單相接地故障時(shí)想知道哪一條饋線是故障線路的基本步驟如下所述：

①采集系統(tǒng)中三相電壓和各饋線的暫態(tài)零序電流，采樣頻率為8kHz；

②系統(tǒng)發(fā)生故障后通過金屬性接地時(shí)相電壓降低為0可以對(duì)故障相進(jìn)行判斷，但是完整的相電壓會(huì)升高；

③在一個(gè)工頻周期內(nèi)，暫態(tài)零序電流N個(gè)采集點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)的絕對(duì)值之和，用I 表示，其中j=1，2，…n，線路總數(shù)用n表示；

④挑出所有線路的I 中的三個(gè)最大值，排列之后的大小書序分別為I 、I 、I ，在分析故障時(shí)，判別公式為I >I +I ，如果結(jié)果和公式一樣，就說明線路發(fā)生故障，如果結(jié)果和公式不一樣，就表示各線路暫態(tài)零序電流差不多，不是饋線故障，而是母線故障；

⑤各線路的△I （i=1，2，…n）的計(jì)算公式如（4）所述，故障線路是通過相對(duì)于線路的△I 的最小值判斷。

5 結(jié) 語

綜上所述，本文就10kV配電網(wǎng)的單相接地故障選線問題進(jìn)行探討，總結(jié)這種選線方法的原理與步驟，提高選線故障的靈敏度和準(zhǔn)確度，洗完可以為接下來的配電網(wǎng)發(fā)展提供幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]束洪春.配電網(wǎng)絡(luò)故障選線.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]張偉剛，張保會(huì)，胡海松，等.應(yīng)用小波包分析實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)單相接地故障選線電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（23）：60～64.

[3]張保會(huì)，趙慧梅，張文豪，等.從于特征頻帶內(nèi)析態(tài)零序電流特點(diǎn)的配電網(wǎng)單相接地故障選線方法.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008；36（17）：5～10.

收稿日期：2018-5-11