基于柔性調(diào)控零序電壓的配電網(wǎng)高阻接地及單相斷線故障的選相方法

曾祥君，黃 慧，喻 錕，張程麒，劉戰(zhàn)磊，陳柏宇，龐 欽

基于柔性調(diào)控零序電壓的配電網(wǎng)高阻接地及單相斷線故障的選相方法

曾祥君1，黃 慧1，喻 錕1，張程麒2，劉戰(zhàn)磊1，陳柏宇1，龐 欽1

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

為提高配電網(wǎng)故障選相的精確性與靈敏度，針對(duì)高阻接地故障及單相斷線故障，提出利用測(cè)算的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行故障選相的方法。首先，分析了高阻接地和斷線故障選相失敗的原因。然后，根據(jù)測(cè)量的對(duì)地參數(shù)來判別發(fā)生了高阻故障還是斷線故障。最后，提出了基于柔性調(diào)控零序電壓的選相方法，即：向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入零序電流，調(diào)控零序電壓相角分別為配電網(wǎng)三相相電壓相角，通過注入零序電流及返回零序電壓測(cè)算故障偏轉(zhuǎn)角，結(jié)合判據(jù)即可實(shí)現(xiàn)故障選相。PSCAD仿真結(jié)果表明，該方法可快速準(zhǔn)確地選出20 kΩ的單相高阻接地故障相及線路末端斷線故障相，且不受故障位置、故障類型、配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式等因素的影響。

配電網(wǎng)；故障選相；零序電流；高阻故障；斷線故障；偏轉(zhuǎn)角

0 引言

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，深入用戶終端，運(yùn)行環(huán)境惡劣，易發(fā)生各類故障[1-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在小電流接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障的概率達(dá)到了80%[5]。而其中有相當(dāng)一部分的故障是由于線路與樹枝、地面或周圍建筑物發(fā)生接觸而短路的，這種情況下的過渡電阻很大，故障電氣量微弱，難以有效地檢測(cè)和保護(hù)[6-8]。如果配電網(wǎng)發(fā)生高阻故障之后不能及時(shí)處理，可能會(huì)帶來人身觸電以及火災(zāi)等安全隱患。配電網(wǎng)中同高阻故障后信號(hào)微弱一樣的還有斷線故障。尤其是配電線路末端發(fā)生斷線故障時(shí)，引起的母線相電壓、相電流變化不明顯，故障特征量難以提取及檢測(cè)，且在110 kV及以下電壓等級(jí)的線路保護(hù)在整定計(jì)算時(shí)不考慮斷線故障的影響，系統(tǒng)容易長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行[9-10]，而故障點(diǎn)周圍存在危險(xiǎn)的接觸電壓和跨步電壓，容易發(fā)生各類觸電事故，同時(shí)由于配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)工作人員在實(shí)際工作中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)不足，無法準(zhǔn)確判斷導(dǎo)致事故處理延誤，不利于配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[11-12]。因此，有必要對(duì)配電線路高阻接地故障及單相斷線靈敏感知及選相方法進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)可靠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，傳統(tǒng)的選相判據(jù)主要通過暫態(tài)信號(hào)提出，進(jìn)而判斷出故障相。但由于發(fā)生的故障類型多變、線路參數(shù)不一致、運(yùn)行方式不同等因素影響，使得故障條件一旦改變，該方法就不再適用[13-14]。文獻(xiàn)[15-16]通過在線測(cè)量對(duì)地參數(shù)，在中性點(diǎn)短暫投入適當(dāng)阻值電阻，實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的選相。但是此方法在投入電阻時(shí)若阻值選取不當(dāng)會(huì)造成較大測(cè)量誤差導(dǎo)致選項(xiàng)不準(zhǔn)確；文獻(xiàn)[17]基于小波變換提出了一種線路故障的選相原理，仿真結(jié)果表明該方法可以快速有效地完成故障選相。然而，其性能的好壞取決于母波的合理選擇，具有很大的局限性，且實(shí)用化困難；關(guān)于斷線故障，文獻(xiàn)[18-19]提出了基于零序電壓幅值差的斷線故障識(shí)別方法，并給出了基于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的智能分布式和集中式兩種故障處理方法，但在應(yīng)用中需要改變電壓互感器的配置，較為復(fù)雜；文獻(xiàn)[20]分析了中性點(diǎn)偏移電壓、斷線前后的相電壓以及線電壓的變化規(guī)律，提出了基于相電壓和線電壓的斷線定位方法，但僅適用于不接地系統(tǒng)；文獻(xiàn)[21-22]提出了基于相電流的斷線辨別和區(qū)段定位方法，但是負(fù)序電流特征和相電流特征在線路輕載或者空載時(shí)均有可能失效。

本文提出了基于零序電壓柔性控制的配電網(wǎng)故障選相方法，可實(shí)現(xiàn)高阻接地故障選相，同時(shí)可拓展應(yīng)用于配電線路末端的斷線故障選相，并在選相之前對(duì)這兩種故障進(jìn)行了區(qū)分。通過PSCAD對(duì)不同配電網(wǎng)參數(shù)、不同故障類型、不同故障過渡電阻及故障位置進(jìn)行了大量仿真，驗(yàn)證了所提選相方法的可行性與準(zhǔn)確性。并且所研究的柔性調(diào)控零序電壓快速安全處置成套裝置已在浙江、湖南、云南、四川、河南等9個(gè)省份得到了規(guī)?；瘧?yīng)用，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)推廣奠定了一定的基礎(chǔ)[23]。

1 柔性調(diào)控零序電壓高阻選相原理

1.1 高阻接地故障機(jī)理分析

圖1 單相接地故障時(shí)配電網(wǎng)等效模型

圖2 單相接地故障等效簡(jiǎn)化圖

現(xiàn)以C相發(fā)生單相接地故障為例，可得

圖3 單相接地故障向量圖

由上述分析可知，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為電壓最低相為故障相，不同過渡電阻會(huì)有不同的電壓數(shù)值。當(dāng)過渡電阻值較小時(shí)，該判據(jù)是有效的，但是當(dāng)發(fā)生高阻接地故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)故障相滯后相為電壓最低相，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤判，不能正確地選相。而本文提出的注入法選相則同樣適用于高阻接地故障，且準(zhǔn)確率高，不會(huì)產(chǎn)生誤判。

1.2 高阻接地故障選相原理

如果注入的電流取值為

將式(7)代入式(10)，可得

2 柔性調(diào)控零序電壓斷線選相原理

2.1 單相斷線故障機(jī)理分析

單相斷線不接地故障，故障相線斷開但并不會(huì)實(shí)際接地，可以等效理解為斷線相上下游兩邊分別與大地之間有無窮大的過渡電阻，由于是并聯(lián)關(guān)系，故障相斷點(diǎn)兩側(cè)對(duì)地電阻僅取決于線路本身的對(duì)地電阻[24-25]。值得注意的是，故障相斷點(diǎn)下游仍然有電壓，其對(duì)地阻抗并沒有因?yàn)閿嗑€而損失，實(shí)際上仍接入在零序回路中。

由此得出其故障點(diǎn)兩側(cè)電壓相量圖如圖5所示，并且單相斷線故障后各相電壓與斷線故障點(diǎn)位置有關(guān)，在圖中用虛線來表示兩側(cè)中性點(diǎn)電壓的變化軌跡。

圖5 斷線故障后各相電壓向量圖

斷點(diǎn)位置越靠后，零序電壓和零序電流變化越小，感知的難度也會(huì)提高很多，常規(guī)零序電壓門檻值越限的檢測(cè)原理面臨極大的挑戰(zhàn)。

2.2 單相斷線故障選相原理

如果注入的電流取值為

將式(15)代入則有

2.3 斷線故障系數(shù)的確定

3 故障類型的辨識(shí)及選相實(shí)現(xiàn)流程

目前配電網(wǎng)對(duì)于高阻接地故障及單相斷線故障還無具體區(qū)分方法，由上述兩類故障選相原理可知，在進(jìn)行針對(duì)性注入電流之前，可先根據(jù)測(cè)量到的配電網(wǎng)對(duì)地參數(shù)判別發(fā)生何種故障[26-27]。由于發(fā)生高阻接地故障時(shí)系統(tǒng)電容不變，而電網(wǎng)的對(duì)地電導(dǎo)會(huì)一定程度地增大；而斷線故障發(fā)生后電網(wǎng)對(duì)地電導(dǎo)和電納均不變。因?yàn)榕c電網(wǎng)電導(dǎo)相關(guān)的絕緣參數(shù)是不平衡度和阻尼率，兩種故障都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不平衡度變大，而當(dāng)阻尼率變大時(shí)則判定為高阻接地故障，當(dāng)阻尼率無變化時(shí)則判定為單相斷線故障。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和仿真驗(yàn)證

4.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證配電網(wǎng)發(fā)生高阻接地故障和單相斷線故障時(shí)故障特征量微弱導(dǎo)致選相錯(cuò)誤，在1:1真型配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了不同阻值的高阻接地故障和不同位置的單相斷線故障實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)接線如圖7所示，其中QF1斷開，QF2-QF6閉合。接地綜合保護(hù)裝置安裝在1號(hào)母線上，單相故障點(diǎn)選在10 kV#5電容線307的C相處，然后通過圖7中的QF1操作到不同的相別上。接地點(diǎn)的過渡電阻阻值大小依次通過金屬接地、水阻接地、碎石接地、草地接地來表示。單相斷線故障的斷線位置則通過設(shè)置不同大小的線路電容來表示。然后記錄系統(tǒng)的三相電壓和零序電壓。

圖6 原理流程圖

圖7 試驗(yàn)接線圖

表1列出了不同接地故障時(shí)系統(tǒng)的三相電壓值、零序電壓值和接地點(diǎn)電流值。

表1 不同接地情況試驗(yàn)結(jié)果

從表1結(jié)果可以看出，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生阻值較低的金屬接地故障時(shí)，故障相C相電壓最低。而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生水阻、草地以及碎石接地時(shí)，零序電壓變化范圍較廣，最低的為2.9 kV，接地故障相電壓也會(huì)相應(yīng)地變化；在發(fā)生一般的低阻故障時(shí)，故障相的電壓比非故障相電壓低，但是在草地接地②的情況下，出現(xiàn)了C相電壓比非故障相電壓A、B相電壓高的情況，由此驗(yàn)證了現(xiàn)有的選相方法并不適用于高阻接地故障，盡管可以常規(guī)地通過零序電壓判斷出接地故障，但要進(jìn)一步進(jìn)行選相判斷還是存在一定難度的。

表2為C相發(fā)生單相斷線故障后，在三種不同中性點(diǎn)接地方式下線路不同位置斷線的零序電壓變化結(jié)果。零序電壓占比為故障后零序電壓與故障前零序電壓的比值，圖8為零序電壓占比隨斷線位置變化圖。

表2 不同位置斷線零序電壓占比結(jié)果

圖8 零序電壓占比隨斷線位置變化圖

從表2和圖8的結(jié)果可以看出，不管中性點(diǎn)接地方式為哪種，隨著斷線位置逐漸遠(yuǎn)離電源側(cè)，零序電壓逐漸降低，當(dāng)末端斷線時(shí)，零序電壓與正常運(yùn)行時(shí)無異，這就給斷線故障的選相帶來了巨大的挑戰(zhàn)。并且當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地和不接地時(shí)，無論斷點(diǎn)位置在首端還是末端，零序電壓均較小，與電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的零序電壓相差無幾。在這些情況下，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相斷線故障時(shí)，以零序電壓或零序電流越限告警故障的方法將告失效。

4.2 仿真驗(yàn)證

在PSCAD中搭建10 kV配電網(wǎng)模型，拓?fù)鋱D如圖9所示。接地變壓器Z型接線，模型中性點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、小電阻接地、中性點(diǎn)不接地方式；模型共含4條出線，包括2條架空線路(單相對(duì)地電容0.005 μF/km)、1條電纜線路(單相對(duì)地電容0.3 μF/km)、1條混合線路。各線路對(duì)地參數(shù)如表3所示。

在不同接地方式下，設(shè)置不同的饋線對(duì)地參數(shù)，不同的接地系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同的電容電流：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的電容電流為40 A；中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)電容電流設(shè)置為150 A，消弧線圈設(shè)為過補(bǔ)償-5%，消弧線圈等效電感為0.122 6 H；經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)電容電流為190 A，小電阻阻值為10 Ω。

設(shè)系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式為經(jīng)消弧線圈接地，線路L4的C相在0.1 s時(shí)發(fā)生接地故障，過渡電阻值設(shè)置為0～20 kΩ，仿真結(jié)果如表4所示。限于篇幅，選取最高阻值20 kΩ各相偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行仿真分析，偏轉(zhuǎn)角波形圖如圖10所示。

圖9 仿真拓?fù)鋱D

表3 饋線參數(shù)表

從表4和圖10可以看出，隨著故障電阻的增大，故障相電壓與中性點(diǎn)電壓的偏轉(zhuǎn)角也會(huì)隨之增大，但是當(dāng)過渡電阻為20 kΩ時(shí)偏轉(zhuǎn)角仍在判據(jù)誤差范圍內(nèi)。而非故障相電壓的偏轉(zhuǎn)角會(huì)相應(yīng)的變化，因其與故障相的偏轉(zhuǎn)角差值較大，故可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的故障選相。

從表5和圖11可以看出，當(dāng)發(fā)生末端斷線故障即斷線系數(shù)為0.9時(shí)，故障相的偏轉(zhuǎn)角也在允許誤差范圍內(nèi)，也能實(shí)現(xiàn)正確的故障選相。

綜上，大量的PSCAD/EMTDC仿真結(jié)果表明，該方法可快速準(zhǔn)確地選出20 kΩ故障電阻的單相高阻接地故障相及線路末端斷線故障相，當(dāng)配電網(wǎng)在不同位置發(fā)生故障、對(duì)地參數(shù)和故障類型不同以及中性點(diǎn)接地方式不同的情況下，不管發(fā)生高阻故障還是末端斷線故障，均能使得故障相的偏轉(zhuǎn)角在考慮了一定的測(cè)量誤差判據(jù)范圍內(nèi)，成功實(shí)現(xiàn)故障選相。

表4 高阻接地故障時(shí)對(duì)應(yīng)的注入電流及偏轉(zhuǎn)角

5 結(jié)論

為解決配電網(wǎng)單相高阻接地故障與線路末端斷線故障的選相難題，本文提出了一種基于調(diào)控零序電壓的配電網(wǎng)故障選相方法，感知配電網(wǎng)發(fā)生了單相接地故障或單相斷線故障時(shí)，根據(jù)測(cè)量到的對(duì)地參數(shù)來判別發(fā)生的是高阻接地故障還是斷線故障。然后根據(jù)相關(guān)計(jì)算向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入零序電流，調(diào)控零序電壓相角分別為配電網(wǎng)三相相電壓相角，利用注入零序電流及返回零序電壓測(cè)算故障偏轉(zhuǎn)角，結(jié)合故障選相判據(jù)即可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障選相。大量的PSCAD/EMTDC仿真結(jié)果表明該方法可快速準(zhǔn)確地選出20 kΩ故障電阻的單相高阻接地故障相及線路末端斷線故障相，當(dāng)配電網(wǎng)在不同位置發(fā)生故障、對(duì)地參數(shù)和故障類型不同以及中性點(diǎn)接地方式不同的情況下，本文所提的方法均可準(zhǔn)確選出故障相。為驗(yàn)證本文方法選相的精度和速度，后續(xù)將在10 kV真型配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，盡快實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用推廣。

[1] 劉健, 張志華, 王毅釗. 基于電壓信息的配電網(wǎng)斷線故障定位[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2020, 44(21): 123-131.

LIU Jian, ZHANG Zhihua, WANG Yizhao. Voltage information based line-broken fault location for distribution network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2020, 44(21): 123-131.

[2] 黃鳴宇, 祁升龍, 蘆翔, 等. 面向配網(wǎng)保護(hù)的集分聯(lián)合饋線自動(dòng)化控制方法[J]. 河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2020, 48(5): 49-54.

HUANG Mingyu, QI Shenglong, LU Xiang, et al. Combined centralized and distributed control method for distribution network protection[J]. Journal of Henan Normal University(Natural Science Edition), 2020, 48(5): 49-54.

[3] 金鑫, 薛永端, 彭振華, 等. 僅利用零序電流的諧振接地系統(tǒng)接地故障方向算法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2020, 44(9): 164-170.

JIN Xin, XUE Yongduan, PENG Zhenhua, et al. Grounding fault direction algorithm using zero-sequence current in resonant grounding system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2020, 44(9): 164-170.

[4] 王玲, 鄧志, 馬明, 等. 基于改進(jìn)視在阻抗的配電網(wǎng)故障定位方法及其應(yīng)用[J]. 廣東電力, 2020, 33(10): 84-93.

WANG Ling, DENG Zhi, MA Ming, et al. Distribution network fault location method and its application based on improved apparent impedance[J]. Guangdong Electric Power, 2020, 33(10): 84-93.

[5] 季濤. 中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)行波故障測(cè)距技術(shù)[M]. 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 2008.

[6] 徐志強(qiáng). 基于瞬時(shí)功率的輸電線路高阻接地故障選相[J]. 山西電力, 2020, 6(2): 1-5.

XU Zhiqiang. Phase selection of transmission line high resistance ground fault based on instantaneous power[J]. Shanxi Electric Power, 2020, 6(2): 1-5.

[7] 管延龍, 薛永端, 徐丙垠. 基于故障相電壓極化量的諧振接地系統(tǒng)高阻故障方向檢測(cè)方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2021, 48(23): 74-81.

GUAN Yanlong, XUE Yongduan, XU Bingyin. High resistance fault direction detection method for resonant grounding system based on fault phase voltage polarization[J]. Power System Protection and Control, 2021, 48(23): 74-81.

[8] 王賓, 耿建昭, 董新洲. 配電網(wǎng)高阻接地故障伏安特性分析及檢測(cè)[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(22): 3815-3823.

WANG Bin, GENG Jianzhao, DONG Xinzhou. Analysis and detection of volt-ampere characteristics of high resistance ground fault in distribution network[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(22): 3815-3823.

[9] 國(guó)家電力調(diào)度通信中心. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編 [M]. 3版. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2014.

[10]屈剛, 李長(zhǎng)凱. 配電網(wǎng)架空線路斷線故障定位[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2005, 25(12): 35-39.

QU Gang, LI Changkai. Fault location of overhead line breakdown in distribution network[J]. Electric Power Automation Equipment, 2005, 25(12): 35-39.

[11]王斐, 華煌圣, 商國(guó)東, 等. 單相斷線故障對(duì)城市輸配電網(wǎng)的影響[J]. 廣東電力, 2011, 24(7): 25-31.

WANG Fei, HUA Huangsheng, SHANG Guodong, et al. Influence of single-phase disconnection fault on urban transmission and distribution network[J]. Guangdong Electric Power, 2011, 24(7): 25-31.

[12] 杜雪, 歐陽金鑫, 龍曉軒, 等. 基于分布式電源電流變化率的主動(dòng)配電網(wǎng)單相斷線保護(hù)方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2021, 48(22): 41-48.

DU Xue, OUYANG Jinxin, LONG Xiaoxuan, et al. Single-phase disconnection protection method for active distribution network based on current change rate of distributed power supply[J]. Power System Protection and Control, 2021, 48(22): 41-48.

[13]曾祥君, 胡京瑩, 王媛媛, 等. 基于柔性接地技術(shù)的配電網(wǎng)三相不平衡過電壓抑制方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(4): 678-684.

ZENG Xiangjun, HU Jingying, WANG Yuanyuan, et al. Restraining method of three-phase unbalanced overvoltage in distribution network based on flexible earthing technology[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(4): 678-684.

[14]葉遠(yuǎn)波, 蔡翔, 謝民, 等. 配電網(wǎng)單相接地故障快速選相方法研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2021, 49(3): 96-103.

YE Yuanbo, CAI Xiang, XIE Min, et al. Study on fast phase selection method for single-phase grounding fault in distribution network[J]. Power System Protection and Control, 2021, 49(3): 96-103.

[15]趙軍, 袁雪瓊, 阮琦, 等. 基于對(duì)地參數(shù)跟蹤測(cè)量的不接地系統(tǒng)單相接地故障選相研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(21): 81-85.

ZHAO Jun, YUAN Xueqiong, RUAN Qi, et al. Research on phase selection of single-phase grounding fault of ungrounded system based on tracking measurement of ground parameters[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(21): 81-85.

[16]王鵬, 張賀軍, 徐凱, 等. 主動(dòng)干預(yù)型消弧裝置的附加電阻故障選相方法[J]. 電力工程技術(shù), 2020, 39(4): 180-186.

WANG Peng, ZHANG Hejun, XU Kai, et al. Phase selection method of additional resistance fault for active intervention arc extacker[J]. Electric Power Engineering Technology, 2020, 39(4): 180-186.

[17] CHEN W, MALIK O P, YIN X G, et al. Study of wavelet-based ultra high speed directional transmission line protection[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2003, 18(4): 1134-1139.

[18]常仲學(xué), 宋國(guó)兵, 王曉衛(wèi). 基于零序電壓幅值差的配電網(wǎng)斷線識(shí)別與隔離[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2018, 42(6): 135-139.

CHANG Zhongxue, SONG Guobing, WANG Xiaowei. Distribution network disconnection identification and isolation based on zero-sequence voltage amplitude difference[J]. Automation of Electric Power Systems, 2018, 42(6): 135-139.

[19] XIAO Y, OUYANG J, XIONG X, et al. Fault protection method of single-phase break for distribution network considering the influence of neutral grounding modes[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2020, 5(2): 111-123.

[20]張林利, 曹麗麗, 李立生, 等. 不接地系統(tǒng)單相斷線故障分析及區(qū)段定位[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2018, 46(16): 1-7.

ZHANG Linli, CAO Lili, LI Lisheng, et al. Fault analysis and section location of single-phase disconnection in ungrounded system[J]. Power System Protection and Control, 2018, 46(16): 1-7.

[21] KANG Qibao, WEI Cong, WANG Mengxia, et al. Analyses and judgment methods of single-phase broken-line fault for loaded distribution line[C] // 2016 IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), October 25-28, 2016, Xi'an, China: 482-486.

[22] MELéNDEZ J, QUIROGA O, HERRAIZ S. Analysis of sequences of events for the characterisation of faults in power systems[J]. Electric Power Systems Research, 2012, 87: 22-30.

[23]曾祥君, 王媛媛, 李健, 等. 基于配電網(wǎng)柔性接地控制的故障消弧與饋線保護(hù)新原理[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012, 32(16): 137-145.

ZENG Xiangjun, WANG Yuanyuan, LI Jian, et al. New principle of fault arc elimination and feeding line protection based on flexible earthing control in distribution network[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(16): 137-145.

[24] 曾祥君, 易文韜, 劉張磊, 等. 注入信號(hào)精確諧振測(cè)量配電網(wǎng)電容電流新技術(shù)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2008, 32(4): 77-80.

ZENG Xiangjun, YI Wentao, LIU Zhanglei, et al. A new technique for measuring distribution network capacitance current by precise resonance of injected signal[J]. Automation of Electric Power Systems, 2008, 32(4): 77-80.

[25]薛永端, 陳夢(mèng)琦, 曹麗麗, 等. 不接地系統(tǒng)單相斷線故障電壓分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2021, 41(4): 1322-1333.

XUE Yongduan, CHEN Mengqi, CAO Lili, et al. Fault voltage analysis of single-phase disconnection in ungrounded system[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(4): 1322-1333.

[26] XU Y, LIU J, FU Y. Fault-line selection and fault-type recognition in DC systems based on graph theory[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2018, 3(3): 267-276.

[27] GONZALEZ C, TANT J, GERMAIN J, et al. Directional, high-impedance fault detection in isolated neutral distribution grids[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2018, 33(5): 2474-2483.

Voltage phase selection method for high resistance grounding and a single-phase disconnection fault of a distribution network based on flexible control of zero-sequence voltage

ZENG Xiangjun1, HUANG Hui1, YU Kun1, ZHANG Chengqi2, LIU Zhanlei1, CHEN Boyu1, PANG Qin1

(1. School of Electrical and Information Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha 410114, China;2. Maintenance Branch, State Grid Hunan Electric Power Co., Ltd., Changsha 410004, China)

To improve the accuracy and sensitivity of distribution network fault phase selection, a method based on the calculated deflection angle is proposed for a high resistance ground fault and a single phase line fault. First, the reasons for phase selection failure for high resistance grounding and a disconnection fault are analyzed. Then, from the measured parameters to the ground the occurrence of a high resistance or line fault is determined. Finally, a phase selection method based on flexible zero sequence voltage regulation is proposed, that is, zero sequence current is injected into the neutral point of the distribution network, the phase angle of zero sequence voltage is adjusted to be the phase angle of three-phase voltage of the distribution network, and the fault deflection angle is calculated by injecting zero sequence current and zero sequence voltage return. The fault phase selection can be realized by combining the criteria. PSCAD simulation results show that this method can quickly and accurately select 20 kΩ single-phase high-resistance grounding fault phase and line end disconnection fault phase without being affected by fault location, fault type and neutral grounding mode of the distribution network.

This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51737002 and No. 52037001).

distribution network; fault phase selection; zero sequence current; high resistance fault; broken line fault; deflection angle

10.19783/j.cnki.pspc.210596

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助(51737002， 52037001)；中國(guó)南方電網(wǎng)項(xiàng)目資助(0562002020030304PD 00007)

2021-05-19；

2021-07-20

曾祥君(1972—)，男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)微機(jī)保護(hù)與控制；E-mail: eexjzeng@qq.com

黃 慧(1995—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)微機(jī)保護(hù)與控制；E-mail: 747104883@qq.com

喻 錕(1989—)，男，通信作者，博士，講師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)微機(jī)保護(hù)與控制。E-mail: 1393009168@qq.com

(編輯 魏小麗)