10kV中性點不接地系統(tǒng)多故障點故障精確定位研究

李曉波

摘要：10kV中性點不接地配網(wǎng)系統(tǒng)，由于線路發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)可運行2小時，傳統(tǒng)的繼電保護裝置無法實現(xiàn)10kV線路的距離保護，因此只能通過選線重合來進行故障的清除，當(dāng)選線重合還是無法解決單相接地問題時，單相接地依然存在，長期運行會導(dǎo)致健全相過電壓從而導(dǎo)致跳閘。文中從距離保護角度入手，利用行波測距的原理實現(xiàn)10kV中性點不接地系統(tǒng)多故障點故障精確定位，從而解決了10kV多故障點辨識，大大縮短傳統(tǒng)的由于單相接地造成的10kV線路停電時間，從而減少不必要的經(jīng)濟損失。

關(guān)鍵詞：10kV中性點不接地系統(tǒng);行波測距;多故障點精確定位;減少經(jīng)濟損失

10kV中性點不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時，由于其系統(tǒng)在接地時電流變化較小因此不影響系統(tǒng)的運行，系統(tǒng)可帶故障運行2小時，當(dāng)故障點長時間無法消除時只能通過選線合閘操作來進行故障清除，如果選線合閘依然無法實現(xiàn)故障的清除，系統(tǒng)長時間帶故障運行導(dǎo)致非健全相故障電壓升高，從而導(dǎo)致健全相過電壓跳閘。因此當(dāng)線路發(fā)生單相接地時快速定位故障點成為解決多故障點的重要手段。

一、10kV中性點不接地系統(tǒng)綜述

10kV中性點不接地系統(tǒng)屬于小電流接地系統(tǒng)，其發(fā)生故障時大部分故障為單相接地故障，故障頻率較高，故障后造成的影響較大，可能導(dǎo)致導(dǎo)線斷線，變壓器損壞、區(qū)域內(nèi)線路大規(guī)模停電等，從而減低用電的可靠性，引發(fā)10kV線路跳閘的原因有很多，其中大部分比列為單相接地故障。以下為單相接地故障帶來的危害：第一，中性點不接地系統(tǒng)，當(dāng)線路出來弧光接地時，線路自身無法實現(xiàn)滅弧，電弧的產(chǎn)生導(dǎo)致線路過電壓，持續(xù)時間過長可能導(dǎo)致線路斷線等情況，從而造成區(qū)域內(nèi)停電的不良影響。第二，10kV系統(tǒng)采用單端供電模式，一般情況下支路繁多，當(dāng)發(fā)生單相接地時，由于線路走廊分支較多，當(dāng)前沒辦法定位出具體的故障位置，必須依靠人工選線的方法實現(xiàn)故障清除，而人工選線的方法操作復(fù)雜，一旦故障通過選線無法清除，線路運維人員需花費大量的人力物力出動，沿線排除故障，由于其分支繁多，線路走廊多處于荒郊野外，因此投入大量財力收效甚微。因此當(dāng)10kV線路發(fā)生故障時，不僅會影響自身的運行和電能質(zhì)量，嚴重者甚至導(dǎo)致線路斷線的情況，因此一種有效的故障定位手段顯得極為重要，近年來隨著行波定位技術(shù)的成熟應(yīng)用，行波法故障定位成為電力系統(tǒng)故障定位的有效手段。

行波定位原理行波法故障定位理論是根據(jù)行波傳輸理論實現(xiàn)線路故障測距的，利用小波包變換和傅里葉變換可實現(xiàn)波頭的波形提取，結(jié)合北斗的高精度GPS可實現(xiàn)故障經(jīng)確定位。行波法故障測距只受到波頭提取的時間差和GPS自帶精度的影響，從而減小了傳統(tǒng)阻抗法測距的誤差。行波法是利用故障時刻線路電流、電壓突然發(fā)生變化所產(chǎn)生的高頻暫態(tài)行波在兩變電站和故障點之間折反射來進行故障精確定位的。

二、中性點不接地系統(tǒng)中電壓異常原因分析及判斷

在中性點不接地系統(tǒng)中產(chǎn)生電壓異常的原因很多，中性點不接地系統(tǒng)電壓異常情況為以下三種：（1）PT一、二次故障;（2）單相接地故障;（3）諧振。

2.1 PT一、二次故障

中性點不接地系統(tǒng)PT常用接線方式為Y0/Y0/接線。在正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)三相相電壓的向量和等于零，開口三角形引出端的電壓為零。當(dāng)PT高壓保險熔斷時，熔斷相二次電壓將顯著降低，并發(fā)出/母線接地0信號。在未完全熔斷時，可能不會發(fā)出/母線接地0信號。而低壓保險熔斷的情況比較好判斷。最不常見的則是發(fā)生PT二次電壓回路異常。出現(xiàn)這種情況時，電壓無法預(yù)測，其形成原因通常有二次接線燒斷、碰線、回路接錯、表計異常等。

2.2單相接地故障

在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障很常見，主要是由于潮濕、雷雨、大風(fēng)天氣及樹障、線路單相絕緣子或避雷器擊穿、小動物事故等諸多因素引起。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)的線電壓保持不變，而且系統(tǒng)絕緣又是按線電壓設(shè)計的，故為了提高系統(tǒng)供電的可靠性，規(guī)程規(guī)定允許帶一個接地點繼續(xù)運行不超過2h。經(jīng)分析有4個原因：（1）在帶接地故障運行時，非故障相對地電壓升高，系統(tǒng)中的絕緣薄弱點可能會被擊穿。（2）當(dāng)故障點產(chǎn)生電弧時可能會燒壞設(shè)備并發(fā)展成為相間短路故障。（3）線路直接接地或間接接地都會對大地放電造成較大的電能損耗并將影響線損。（4）導(dǎo)線落地這類接地故障對行人可能發(fā)生跨步電壓傷亡事故，所以要求在2h內(nèi)進行接地處理。當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時，三相電壓的對稱性遭到破壞，接地后中性點電位發(fā)生偏移，導(dǎo)致正常相對地電壓升高。特別是發(fā)生單相金屬性接地時，接地相電壓降至零，正常相電壓升高為線電壓。

2.3諧振

中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生的諧振為并聯(lián)諧振，它是三相線路對地電容不平衡與母線PT非線性電感組成的諧振回路產(chǎn)生的諧振，所以，在系統(tǒng)中導(dǎo)線對地分布電容的容抗以及PT并聯(lián)運行時綜合電感的感抗兩者的比值XC/XL有直接關(guān)系，當(dāng)XC/XL≦0.01或XC/XL≧2. 8時，系統(tǒng)不會發(fā)生鐵磁諧振。中性點不接地系統(tǒng)的諧振分為分頻諧振、基頻諧振和高頻諧振三種，諧振一般由接地和激發(fā)產(chǎn)生。發(fā)生諧振時，PT開口三角形處會出現(xiàn)諧振頻率電壓，并發(fā)/母線接地0信號，若不仔細分析其電壓的變化，會誤認為是單相接地故障。對于沒有裝設(shè)消弧線圈的變電站，快速消除諧振更為重要。

2.3.1分頻諧振

當(dāng)比值XC/XL較?。?.01～0.07）時發(fā)生的諧振是分頻諧振。在PT開口三角形處所呈現(xiàn)的電壓是相電壓中1/2次諧波分量的2倍，當(dāng)這個分量足夠大時，會使開口三角形處電壓繼電器動作造成單相接地的假象。主要表現(xiàn)為：（1）三相對地電壓依相序輪流升高（一般上升到1.2～1.5倍的相電壓）。（2）三相相電壓在電壓表上上、下擺動。擺動的范圍不大，擺動的頻率能用肉眼看清。（3）線電壓沒有變化。（4）開口三角形電壓值小于100V。（5）諧振能長時間存在并持續(xù)直到PT燒毀造成事故。

2.3.2基頻諧振

當(dāng)比值XC/XL接近于1時，發(fā)生諧振的諧振頻率與電網(wǎng)頻率相同，故稱之為基頻諧振。根據(jù)運行經(jīng)驗，當(dāng)向僅帶有電壓互感器的空母線突然充電時易產(chǎn)生基頻諧振。此時母線對地電容很小，由于PT勵磁電抗的補償作用，特別是在充電過程中的沖擊可能會導(dǎo)致PT過勵磁而使總阻抗變?yōu)楦行浴牧阈螂妷汗経0=（Ua/Za+Ub/Zb+Uc/Zc）/（Ya+Yb+Yc）中可以看出，分母的導(dǎo)納可能很小甚至趨于零，這時就可能發(fā)生基頻諧振，零序電壓U0明顯變大。主要表現(xiàn)為：PT鐵芯飽和相對地電壓升高，最高可達3倍相電壓，開口三角形電壓值小于100V。

2.3.3高頻諧振

當(dāng)比值XC/XL較大（0.55～2.8）時發(fā)生的諧振是高頻諧振。發(fā)生高頻諧振雖然極少，但危害卻特別大。高頻諧振時三相電壓同時升高，遠超過線電壓，其值最大可達4倍相電壓，開口三角形電壓大于100V。目前國內(nèi)外普遍采用的措施是在電壓互感器開口三角繞組上并一只200～500W的燈泡（或電阻）或加裝消諧裝置等。

三、結(jié)束語

配網(wǎng)系統(tǒng)單相接地危害較大，嚴重時甚至導(dǎo)致整個區(qū)域內(nèi)長時間停電，因此當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單向接地時需要慎重處理對待。 行波測距可實現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)的多故障點精確定位，可對故障點和閃絡(luò)點做出明顯區(qū)分，對于配網(wǎng)運維人員線路維護具有重要意義。

參考文獻：

[1]朱啟林，李仁義，徐丙垠電力電纜故障測試方法與案例分析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008

[2]季濤，薛永端，孫同景，等配電線路行波故障測距初探[J].電力系統(tǒng)自動化，2005（19）：6671

[3]和敬涵，季英業(yè)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法的研究[J].華北電力技術(shù)，2004（1）：13

[4]馬士超，劉永強基于小波分析的電纜故障行波測距仿真研究[J].現(xiàn)代電力，2010，12（27）：17

[5]劉亞東，盛戈皞，孫岳，等基于故障電流信息綜合分析的分布式單相接地故障測距方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012（8）：8794