零序特征量的配電網(wǎng)接地故障區(qū)段定位策略研究

都 是，路恒達(dá)

（宜興供電公司，江蘇 宜興 214200）

0 引 言

就目前電力資源的應(yīng)用來看，配電網(wǎng)是電力工業(yè)的重要組成部分。由于大部分配電網(wǎng)中性點都是以諧振接地方式為主，設(shè)備在出現(xiàn)單相故障問題時所產(chǎn)生的故障電流相對較小，而且瞬時性故障電弧可自動熄滅，以此來確保配電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行。對于接地系統(tǒng)的故障來說，因間歇性電弧與故障電阻所引發(fā)故障問題的檢測難度較大，這就無法對故障區(qū)段實現(xiàn)有效定位，難以為維修工作的開展提供重要依據(jù)，最終會影響設(shè)備維修工作的開展，無法及時對相關(guān)故障問題進(jìn)行處理，降低維修工作效率[1]。如果無法實現(xiàn)及時維修，就會導(dǎo)致零序特征量配電網(wǎng)的接地故障范圍不斷擴(kuò)大，最終產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，引發(fā)多片區(qū)出現(xiàn)停電現(xiàn)象?；诖?，開展零序特征量配電網(wǎng)接地故障區(qū)段定位策略的研究，在豐富相關(guān)研究理論的同時，還能為實際工作的開展提供重要參考依據(jù)[2]。

1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析

1.1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障

中性點不接地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 中性點不接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在實際工作中，中性點的對地電壓是0，相對地電容為C0，并沒有體現(xiàn)出零序電流。由此來看，假設(shè)在線路A相中存在接地故障問題，就可將其電壓視為0，故障后的非故障相B與C的對地電壓上升至正常運(yùn)行時的倍。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生故障問題后，零序網(wǎng)絡(luò)接地點會增加1個零序電壓U0，而所產(chǎn)生的零序電流能夠依照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的各類元件與對地電容來形成新的電流回路。對于中性點不接地網(wǎng)絡(luò)的零序電流，可以看作整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中不同元件對地電容的電流[3]。

1.2 中性點消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障

配電網(wǎng)中性點消弧線圈接地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點在于具備消弧線圈，出現(xiàn)接地故障時最大的變化就在于電流的分布，能夠直觀體現(xiàn)出電源中性點與消弧線圈的連接特性。線路II與A相接地后，流回接地點的總電流為

式中：IC為整個系統(tǒng)的對地電容電流；IC為消弧線圈電流。IC與IL之間的相位差約為180°，IK會因消弧線圈補(bǔ)償而降低。中性點消弧線圈接地系統(tǒng)零序等效電路如圖2所示。

圖2 中性點消弧線圈接地系統(tǒng)零序等效電路

中性點消弧線圈接地系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常以補(bǔ)償形式為主，經(jīng)過故障線路的零序電流是消弧線圈零序電流和非故障元件零序電流之差。對此，要想實現(xiàn)精準(zhǔn)的故障區(qū)段定位，需針對難以運(yùn)用功率方向差別定位故障線路的問題進(jìn)行充分考慮。

2 零序特征量配電網(wǎng)接地故障區(qū)段定位方案

傳統(tǒng)定位方案中，由于配電網(wǎng)整體精度降低，多分支線路下的故障線路和非故障線路零序電流幅值之間并未存在明顯差異，同時不具備較強(qiáng)的規(guī)律性，因此極易出現(xiàn)錯判的現(xiàn)象[4]?；诖?，本次研究切實根據(jù)線路差流來進(jìn)一步擴(kuò)大故障線路與非故障線路的差距，提升故障區(qū)段定位的準(zhǔn)確性。線路差流的計算公式為

式中 ：I'為線路始端零序電流；I"為線路末端零序電流。在實際故障區(qū)段定位中，以故障部分的不同分支與中性點接地為依據(jù)，通過不同線路單位零序差流幅值的差異來進(jìn)行故障區(qū)段的定位[5,6]。

3 仿真分析

為了驗證所提策略的有效性，借助PSCAD軟件來建立配電網(wǎng)模型。以Bergeron模型為基準(zhǔn)，選取仿真頻率為100 kHz、仿真時間為0.3 s。線路長度為LAB=30 km、LCD=35 km、LEF=22 km、LGH=26 km以及LKL=26 km；線路正序參數(shù)為R1=0.362 8×10-4Ω·m-1、ωL1=0.502 1×10-3Ω·m-1、線路零序參數(shù)為R0=0.379 58×10-3Ω·m-1，ωL0=0.132 75×10-2Ω·m-1、系統(tǒng)阻抗值為Z0=0.1121+j6.724 Ω·m-1。

針對中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的接地故障情況，為了實現(xiàn)故障區(qū)段的精準(zhǔn)定位，可取補(bǔ)償度P為5%～10%來進(jìn)行定位。本研究以消弧線圈過補(bǔ)償定位方式為基準(zhǔn)，取補(bǔ)償度P為10%。

不同線路中出現(xiàn)接地故障問題后，依據(jù)實際故障情況來檢測配電網(wǎng)中不同分支零序電流，通過測算的方式來獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，具體見表1和表2。

表1 中性點不接地系統(tǒng)單線接地故障不同線路的單位零序差流值 單位：A

表2 中性點消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障不同線路單位零序差流值 單位：A

結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析來看，若中性點不接地，則非故障線路零序差流相近，且故障線路的零序差流值要比非故障線路大。隨著過渡電阻值加大，零序差流幅值逐漸降低，選用單位零序差流法對配電網(wǎng)接地故障區(qū)段進(jìn)行定位監(jiān)測的精度較高，可以實現(xiàn)對配電網(wǎng)接地故障區(qū)段的有效定位。

4 結(jié) 論

針對零序特征量配電網(wǎng)接地故障區(qū)段定位進(jìn)行研究，結(jié)合策略選擇的內(nèi)容分析來看，主要依據(jù)單位零序差流值的測算來進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這種方法對于解決配電網(wǎng)中的接地故障問題意義重大。結(jié)合本次仿真研究的結(jié)果來看，單位零序差流法能夠?qū)崿F(xiàn)故障區(qū)段準(zhǔn)確定位，為相關(guān)維修工作的開展提供保障。在零序特征量的配電網(wǎng)接地故障區(qū)段定位研究方面，還需要從多個層面來進(jìn)行分析，才能切實解決配電網(wǎng)在實際運(yùn)行中所產(chǎn)生的故障問題，以此來為配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，滿足不同用戶的用電需求，促進(jìn)電力企業(yè)實現(xiàn)長期穩(wěn)定的發(fā)展。