零序電流在配網(wǎng)故障檢測(cè)中的應(yīng)用及仿真分析

［關(guān)鍵詞］配網(wǎng)；比相法；單相接地；故障線路

［中圖分類號(hào)］TM862 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0133–03

1引言

配隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在配電網(wǎng)中，故障檢測(cè)是保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。零序電流作為一種重要的電氣量，在配網(wǎng)故障檢測(cè)中具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。

零序電流是指在三相電路中，三相電流的相量和為零的電流分量。在正常運(yùn)行情況下，由于三相電流的對(duì)稱性，零序電流通常很小甚至為零。然而，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，如單相接地故障、兩相接地故障等，零序電流會(huì)顯著增大。因此，通過(guò)檢測(cè)零序電流的變化，可以有效地判斷配電網(wǎng)是否發(fā)生故障以及故障的類型和位置。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真軟件的不斷發(fā)展，對(duì)零序電流在配網(wǎng)故障檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行仿真分析成為一種重要的研究手段。通過(guò)建立配電網(wǎng)的仿真模型，可以模擬不同類型的故障情況，分析零序電流的變化規(guī)律，為故障檢測(cè)算法的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。因此，本研究提出基于暫態(tài)零序電流的配網(wǎng)選線方法，并利用MATLAB仿真軟件搭建10kV配電網(wǎng)的仿真模型，進(jìn)一步探究中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)及中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障中的選線性能。

2配網(wǎng)故障檢測(cè)模型建立

2.1零序電流暫態(tài)分量分析

當(dāng)單相接地發(fā)生故障時(shí)，等同于在電網(wǎng)接地系統(tǒng)上的節(jié)點(diǎn)添加零序電源，因此可以根據(jù)零序電流特性來(lái)判斷該節(jié)點(diǎn)是否存在短路。當(dāng)小電流接地時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生零序，零序電流出現(xiàn)在未接地故障的部件上，其值與對(duì)地電容電流在數(shù)值上相等，當(dāng)零序電流的相位超前零序電壓90o時(shí)，母線流向線路的方向作為電容性的無(wú)功功率方向。在不接地的電網(wǎng)中，零序電流為電網(wǎng)中所有元件對(duì)地所產(chǎn)生的電容電流之和。如果配網(wǎng)通過(guò)消弧繞組進(jìn)行補(bǔ)償，配網(wǎng)的零序電流則為配網(wǎng)的全部無(wú)故障部件的對(duì)地電容電流加上配網(wǎng)的消弧繞組電流的總和。在完全補(bǔ)償模式下，由于故障線路上與正常線路的電流相等，因此，暫態(tài)零序電流是從母線流向線路，無(wú)法根據(jù)其幅值或方向來(lái)進(jìn)行判定。在過(guò)補(bǔ)償模式下，不能通過(guò)功率方向上的差異進(jìn)行故障判定，且由于過(guò)補(bǔ)償程度較低，難以通過(guò)零序電流幅度進(jìn)行故障判定。

3結(jié)果與討論

利用MATLAB仿真軟件搭建10kV配電網(wǎng)的仿真模型，并進(jìn)一步探究中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)過(guò)渡電阻為100Ω故障情況下的L1、L4零序電氣量，如圖2所示。由于配網(wǎng)線路較短，選Π型等值模型可很好模擬實(shí)際線路。母線帶有4條線路，其中，L1、L3為2條架空線線路，L2和L4為1條架空線線路。表1為配電網(wǎng)中各線路的長(zhǎng)度。消弧線圈補(bǔ)償度為10%，中性點(diǎn)接地電阻的阻值為300Ω。在L1上的A相設(shè)置故障點(diǎn)，故障發(fā)生時(shí)刻為1s，采樣頻率為10kHz。

3.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)故障選線研究分析

以L1發(fā)生過(guò)渡電阻為100Ω的單相接地故障為例，通過(guò)研究故障線路（L1）和非故障線路（以L4為例）的零序電壓（PD1和PD1）和零序電流相位差，及零序有功功率和零序無(wú)功功率的變化，進(jìn)一步驗(yàn)證零序電流在配網(wǎng)故障檢測(cè)中的應(yīng)用效果。

由圖2（a）可知，故障L1中零序電壓超前零序電流，兩者相位差約為90°，非故障L4中零序電壓滯后零序電流，兩者相角差約為-90°。由圖2（b）的零序有功功率和無(wú)功功率可知，故障線路L1的零序有功功率小于0，非故障線路4的零序有功功率大于0；且故障線路L1的零序無(wú)功功率大于0，非故障線路L4的零序無(wú)功功率小于0。因此，利用零序有功大小，可判斷出故障線路為L(zhǎng)1。

在中性點(diǎn)不接地的情況下，由于暫態(tài)電阻的增大，使得整個(gè)電網(wǎng)的零序電壓和零序電流均有所下降。且零序電流和零序電壓之間的相位差值與零序電流基本一致，零序電流和零序電壓之間的相位差異較小。且線路上零序有功功率較少，零序無(wú)功功率值較大。結(jié)果表明，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，零序功小于0，而不發(fā)生短路時(shí)，則大于0。由于零序無(wú)功小于0，所以判斷出故障線路的零序值大于0，且二者的方向反向，因此，可以將L1確定為有故障的線路。

4結(jié)論

（1）在故障線L1處，零序有功功率小于0，而線路L4處，零序有功功率大于0。且在故障線L1處，零序無(wú)功功率大于線路L4。因此可根據(jù)零序有功的幅值來(lái)判別L1的故障線路。

（2）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，過(guò)渡電阻的增加導(dǎo)致系統(tǒng)零序電壓和各線路零序電流都隨之變小。故障線路和非故障線路的零序電流均超前于零序電壓，并且其相角差幾乎不受過(guò)渡電阻變化的影響。