配電網(wǎng)接地故障負序電流分布及接地保護原理研究

李強

摘要：現(xiàn)如今在配電網(wǎng)方面常常會發(fā)生一些故障，故障的發(fā)生是不可避免的，而其中發(fā)生最多的是接地故障。這就使得如何能夠準確的進行檢測并隔離接地故障線路，成為了小電流接地系統(tǒng)實現(xiàn)配電自動化的一個較為重要的研究課題。在傳統(tǒng)的故障選線之中，最常采用的是比較零序的電流方法，但這種方法存在著一定的缺陷，那就是不方便在饋線保護中實現(xiàn)及現(xiàn)場終端單元上安裝。而在本文中我們對配電網(wǎng)接地故障的中負序電流的分布進行了分析，并根據(jù)此提出了負序電流的接地保護原理同時通過EMTP仿真進行了分析驗證，有效的完成樣機的制作并通過動模實驗進行了檢驗。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)接地故障、接地保護原理、故障選線

一、接地故障的相關(guān)分析

在接地故障中，配電網(wǎng)接地中的百分之八十以上都是單相接地故障，這就在一定程度上使得如何準確地檢測并隔離接地故障線路成為了配電自動化的一個重要的研究課題。目前我國的三到60kV中壓電網(wǎng)一般采用的是中性點不接地方式或者經(jīng)過消弧線圈接地方式。但往往這種接地方式故障的選線存在著一定的困難。發(fā)生該故障是，一般需要依靠逐條出線拉閘停電的方式來判斷故障的線路，這個就在一定程度上影響了供電的穩(wěn)定可靠性。為了提高配電自動化的水平，國內(nèi)外的專家都提供了一些可供使用的故障選線方法，比如采用基波或者是諧波零序電流的大小和方向進行故障的選線、采用注入信號法進行故障選線等都是可用的方法。這一系列的傳統(tǒng)方法一般情況下都需要集中起來比較各條出線的零序電流大小或者是相位，由此也帶來了許多問題，比如儀器的接線比較復雜，難以與饋線保護結(jié)合為一體并且在開關(guān)柜上就地安裝，其現(xiàn)場運行不具有可靠性。在該文中我們就小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障是的電流分布進行分析，由此提出一些基于負序電流的過流保護、暫態(tài)能量保護。

二、負序電流的分布

在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相的接地故障時，可以采用對稱分量法進行分析。對稱分量法的分析依據(jù)這許多的公式，在忽略正負序阻抗以及線路零序電抗的影響后，及僅僅考慮線路零序分布電容的影響時，小電流的接地系統(tǒng)接地故障的等效電路也隨之改變。在配電網(wǎng)中，系統(tǒng)的高壓側(cè)負序阻抗折算至低壓側(cè)時的值很小，同時隨著電網(wǎng)的增大，系統(tǒng)的負序阻抗隨之也在變小。同時因為絕大多數(shù)的配電網(wǎng)是輻射網(wǎng)絡，所以每條饋線的負荷并不是很大，但負荷阻抗值卻是比較大。而另一方面，由于一般的饋線比較短，進而導致自身的負序阻抗比較小，每條饋線負荷的負序阻抗卻較大，遠遠大于自身的負序阻抗。由此我們可以得出一個結(jié)論，接地故障所產(chǎn)生的負序電流大部分是由故障點經(jīng)過了故障的線路流向電源，而非故障線路的負序電流相對來說則是比較小。定義負序電流參考方向是由母線指向的電源或者是饋線，一般情況下接地故障有著一定的過度電阻。而在故障發(fā)生之后，故障相電壓就會與故障電流的方向一致。而另一方面來說，系統(tǒng)的負序阻抗及負荷負序阻抗一般都呈現(xiàn)感性，并且系統(tǒng)的負序電抗是負序電阻的數(shù)倍。經(jīng)過實驗比較可以發(fā)現(xiàn)，通過比較單相接地故障時各出線負序電流的大小或者方向來進行接地保護。

三、負序電流的接地保護

3.1負序電流的接地保護判據(jù)

在采用零序電壓的變化量啟動保護時，再出現(xiàn)這樣的情況是，既相鄰的兩周波零序電壓的變化量大于整定電壓是，便被認為是小電流接地系統(tǒng)可能將要發(fā)生接地故障，而經(jīng)推測零序電壓的突變時刻就是故障的可能發(fā)生時刻。負序電流的精確工作電流可以使接地保護的裝置對負序電流的測量誤差保持在百分之三十的范圍之內(nèi)，而相位誤差則是在三十度的范圍內(nèi)最小的工作電流。在負序電流大于標準的精確工作電流是，可以采取一下的判據(jù)進行接地的保護。在線路的負序電流大于整定制式的分析饋線的接地保護時，需要按照多開其他饋線金屬型接地故障在饋線k上產(chǎn)生的負序電流進行整定。通常情況下定義流出母線方向的電流方向為正方向，取流向系統(tǒng)及發(fā)電機或者是變壓器的負序電流為極化電流，而取被保護線路的負序電流作為比較電流。在比較電流與極化電流的方向相反時，在一定的靈敏度范圍內(nèi)取相應的動作判據(jù)。第三步是取故障相電壓作為極化電壓，而取該線路的負序電流為比較電流，當兩種電流的方向相同時，則故障電路的負序電流與故障電壓基本上同方向。在一般情況下，低阻發(fā)生接地故障時，負序電流比較大，保護判據(jù)的靈敏度高;而在發(fā)生高阻接地故障之時，故障相電壓比較高，同時故障點消耗的能量仍然比較大，保護判據(jù)四一般也能夠運作。因此可以得知，采用負序電流以及暫態(tài)能量所組成的綜合饋線接地保護中，能夠完成低阻、高阻以及弧光接地等各式各樣的接地故障的準確檢測。

3.2負序電流接地保護的特點

負序電流的接地保護中有著許多的特點，以下是比較顯著的幾個特點，第一點是適合就地安裝并且滿足配電自動化的要求，這是負序電流接地保護判據(jù)僅僅要做的只是測量被保護線路的電壓、電流，由此便于能夠在FTU上進行安裝，也更易于實現(xiàn)線路的分段就地保護，也能夠滿足配電自動化的相關(guān)要求。第二點是保護原理并不受中性點接地方式的影響保護精度卻受著故障殘留大小的影響，一般情況下，只要中性點的接地方式不影響負序等效回路，那么也就不會影響到負序電流在電網(wǎng)中的分配。但盡管如此，接地方式卻影響著故障殘流的大小，進而決定了接地故障負序電流的大小，因此故障的殘流將會影響到保護的精確度。最后一點是抗弧光接地能力比較強，因為小電流的接地系統(tǒng)負序回路阻抗以及時間的常數(shù)都遠遠的小于零序回路，而零序電流的震蕩衰減時間也遠小于零序電流的震蕩衰減時間。而在弧光接地的過程之中電弧的熄滅瞬間，負序電流將會迅速的消失，由此可見負序電流的接地保護受到弧光的影響比較小，且具有著很強的抗弧光接地保護能力。

3.3提高負序電流的接地保護精度的方法

首先第一種方法是采用測量級電流互感器TA，接地故障導致了三相電流變化比較小，而測量級的TA不會出現(xiàn)飽和的現(xiàn)象。采用了測量級TA能夠很大程度上提高負序電流的測量精度。第二是選擇合適的負序電流測量量程，一般的接地故障產(chǎn)生的負序電流，達滿量程的百分之三十以上，就能夠滿足了負序電流的接地保護要求。最后一點是采用負序電流變化量來進行保護計算，為了消除負電荷不對稱而帶來的負序電流影響，應當采用負序電流的變化量來進行相關(guān)的計算。而在饋線的接地保護中負序電流的變化量同樣面領著一個難題：對絕緣的老化、緩慢破壞直至最后被擊穿的故障檢測比較的困難。面對這些難題可以采用以下的方法加以改善：第一是直接采取負序電流來進行保護，且適當?shù)脑龃笳ㄖ涤纱藖硐摵刹黄胶獾挠绊?第二是降低故障分量的整定值，滿足絕緣擊穿的突變過程的保護動作;第三是采用零序?qū)Ъ{來進行輔助判據(jù)，以上的這些方法可能不能再根本上解決問題，但卻可以較為有效的對這些難題加以改善，值得推廣應用。

四、結(jié)束語

對于小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障時的負序電流的分步的研究，由此提出了負序電流的接地保護原理的分析，同時對接地故障所產(chǎn)生的負序電流的分布以及負序電流的接地保護進行了較為詳細的分析驗證，并完成了樣機的制作。本文告訴了讀者對于接地故障的解決辦法，以及一些相關(guān)的知識內(nèi)容，因此具有極高的文學價值。

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