利用零序电流法的小电流接地选线方法的实现

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(国网温州供电公司,浙江 温州 325000)

1 引言

目前，我国中低压配电网络(6kV～35kV)通常采用中性点非直接接地方式。因此，发生线路单相接地故障时，中性点非直接接地方式的配网网络不能形成短路回路，而只能于系统中产生较小的零序电流，此时三相线间电压依然对称，系统可以继续工作，供电可靠性较高。但是，小电流接地系统发生单相接地时，非接地相对地的电压会升高至原电压值的1.73倍，此时产生的断续性电弧接地还会产生弧光过电压，长期运行可能会损坏相关设备或线路的绝缘，引发严重的相间故障，严重的话还会引发大面积停电。所以，在系统出现单相接地故障时，应该尽快确定故障点，迅速消除接地故障，将接地设备从系统中切除。

目前电网常用的小电流接地选线方法有比幅法、驻波法和基于小波变换的暂态零序电流选线法等等，但他们都有着各种缺陷，因此急需一种准确率高、可靠性强的小电流接地选线方法。本文首先分析单相接地故障时产生的零序电流情况，然后结合温州电网的实际情况进行分析，实现基于零序电流法的小电流接地选线的方法。

2 零序电流比值变化法简述

在中性点非直接接地系统中，该段母线所带的一条出线发生单相接地故障时,该母线及其余出线都会出现数值较大的零序电压。在零序电压的作用下，系统中会出现零序电流。如图1所示。

对于非故障线而言，线路的零序电流就是零序电容电流，方向从母线流向电路如图1中iL1；对于故障线路而言，在中性点不接地系统中，故障线路中的零序电流方向为线路流向母线如图1中iL2、iL3、iL4、iL5，为非故障线路零序电流总和。

由此，故障线路和非故障线路的零序电流，它们的电流方向是相反的。

在中性点经消弧线圈接地的系统中，故障线路中的零序电流为非故障线零序电流与消弧线圈中的电感电流之和，电流方向为母线流向线路，即，直接接地系统和经消弧线圈接地系统均存在如下公式：

iL1=iL2+iL3+iL4+iL5

(1)

图1 零序电压的作用下的零序电流示意图

3 理论分析

3.1 中性点不接地系统

当中性点不接地系统的单相接地故障时，其特点如下：

(1) 非故障线路的零序电流方向一致，可见其比值是一个正数；

(2) 故障线路和非故障线路的零序电流方向相反，可见其比值是一个负数；

(3) 故障线路零序的电流值远大于非故障线路的电流值。

因此，通过变电段测控装置采集线路零序电流的遥信值，当零序电压突然升高时，通过算法计算比较两条线路之间比值，做分子和分母的计算：当比值大于1，则故障线路在分子；若比值的绝对值小于1则故障线路在分子。并依此确定故障线路。

3.2 中性点经消弧线圈接地的系统

对于中性点经消弧线圈接地系统，通常采取过补偿方式[1]：过补偿的时候，电感数值越大的故障相和非故障相的零序电流比值越大。所以，变压器中性点经消弧线圈接地系统中发生单相接地故障时，有如下特点：

(1) 非故障相和故障相的零序电流比值和补偿的电感数值大小有关：电感数值越大，比值越大；

(2) 接地电流的方向与电感电流的方向一致，故障的零序电流也与非故障线中的零序电流方向一致均为母线流向线路，比值是一个正值，即iL2、iL3、iL4、iL5和iL1方向一致。

(3) 非故障线路的零序电流和故障线路的零序电流比值会随着消弧线圈容量变化而变化。

经消弧线圈接地系统的小电流非直接接地系统判定逻辑不明显，需进一步分析：

由图2我们可知，当发生系统单相故障时，算法将两条线路进行对比，若故障线路在分母，则消弧线圈接入容量越大，所以两线路的比值越小；

图2 中性点经消弧线圈接地系统

若故障线路在分子，则消弧线圈接入的容量越大，则消弧线圈接入的容量越大，比值越大。

因此，为克服这一问题，需要在算法加入一个消弧线圈的可变变量进行模拟计算。其具体思路为：经消弧线圈的非直接接地系统，单相接地故障后将两两线路零序电流值进行对比，并模拟改变消弧线圈容量，当故障线路在分子的时候，比值会和消弧线圈的容量变化的趋势相反。若故障线路零序电流在分母，则比值变化情况相反，由此可根据比值变化情况确定故障线路是位于分子还是分母，实现筛选的目的[2]。

需要特别注意的，如果发生所内故障，接地点在母线或电容器所用变时，那么任意两条线路零序电流的比值与消弧线非故障线路之间的比值和中性点不接地时是一致。

4 推广验证

为实现零序电流法筛选接地线路，需在各出线实时采集现有配网中各出线零序电流，并将其传送到主站，使用自行设计的open3000系统程序对每条馈线故障前后零序电流波形进行综合相关分析，将分析结果反馈到SCADA系统中，并按照零序电流比值法筛选出故障线路，以改变以往凭经验靠运气的情况，提高接地故障线路选线准确率。

采集2016年8～10月份温州地区单相接地试拉情况并与同期2014、2015年对比，如表1和图3所示。

由上述图表3可知，引入零序电流比值法小电流接地选线方法后，温州地区单相接地试拉成功率显著上升。

表1 故障数据统计表

图3 故障数据统计图

5 总结

本章提出适用于在中性点不接地和经消弧线圈接地的系统中发生单相接地故障时检出故障线路的方法——零序电流比值法。它有效地解决了温州地区单相接地故障选线率过低的问题，有效地提高了电网供电可靠性和安全水平并大大的减少了调控员的工作量，具有很高的安全价值和经济价值。接下来我们将用创新思维提升工作效率，尤其对装有消弧线圈的单相接地故障成功率较低的情况进行深入分析研究，以进一步提高单相接地故障选线的成功率，提高电网供电可靠性和供电质量。