基于单相电流行波的配电线路单相接地故障选线方法焦小平

基于单相电流行波的配电线路单相接地故障选线方法焦小平

焦小平

（内蒙古电力公司巴彦淖尔电业局乌拉特前旗供电分局内蒙古自治区巴彦淖尔市014400）

摘要：本文对供电系统的配电网采用小电流接地方式，为研究其单相接地故障的选线方法，分析现有方法的局限性，用构造特征方向行波的方法分析其在实际应用中比传统方法的优势所在，意在找出一种更加灵活、准确、可靠的选线方法。

关键词：单相电流行波；配电线路；单相接地故障；选线方法

我国3-66kv的配电网的网络拓扑主要有辐射状结构、树状结构、环状结构三种，其中应用最多的就是辐射状结构，采用的是小电流接地的运行方式，包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统等等。我公司供电系统有35kV变电所35座，变电容量27.47万KvA，其配电网结构即为辐射状结构，其中有长度约260km的35kv线路28条，长度约1126km的10kv线路115条。据电力部门统计，小电流接地电网的故障中，单相接地故障占绝大多数，其特点为故障电流较小，故障特征不明显，系统在出现故障后扔能运行一定时间，可以提高供电的可靠性和安全行，但是其故障检测困难，长时间带故障运行会导致故障扩大，从而损坏设备。

一、当前配电网选线方式的现状

当电网发生故障的时候，我们会采用稳定的信号来当做对选线其中一种基本检测原理。但是这个信号的强度有些时候也比较的弱，并且还会受到其他因素的影响，例如运行的方式，所以，在我们的实际当中要想将有价值的故障信号进行提取还是存在一定难度的。如果电网在运行的时候产生了电弧接地故障，产生故障的线路就会与正常的线路在一种状态下会造成在队电流进行零序测量的时候，稳态工频电流可能会出现接近零值的数据，而且一些时候叠加的现象还会出现稳态电流与暂态电流之间。从这里面可以看出，稳态选线方法在进行的时候，因为受到其他因素的影响，从而造成得出的结论缺少一定的正确性。在配电网实际的运行过程中，出现的故障会因为情况的不同而变化，有些还会出现一些特殊的情况。例如，装置能够在出现其中一种故障的时候还能够正常的保持运行，另外在另外一种的故障线路中进行使用就可能会受到影响。因此系统较小的电流在单相接地中就可以起到保护的作用，而看起来比较简单的程度实际上远远的比较的大。在多数的国家中都会考虑到上面所述的弊端，因此并不会对中性点非接地方式进行选择。在我国会将比较小的电流考虑进去，并且还能够在系统中起到一定的作用，所以还是会广泛的将这种方式在实际的电网系统中进行运用。所以，能够保障我国电网的健康长久的运行，给人们提供更便利的生活方式，因此一种高效、准确的判断故障的方式是非常重要的。

二、选线方法适应性分析

影响配电线路单相接地故障的选线方法的因素有很多，本文研究其中的几个主要因素，通过姜博等建立的仿真模型实验，测试特征方向行波选线方法的适用性，测试结果如下：

（1）故障发生时由于消弧线圈的过补偿作用使其电流进一步减小，特测试补偿度对此方法的影响，通过模拟线路在不同补偿度下故障的选线结果可知，本方法对在不同补偿度下的故障选线同样适用。

（2）由于配电网母线均接有并联电容器，特用仿真试验测试其对此方法的影响，结果表明母线并联电容器对于本方法无不良影响。

（3）在ATP仿真模型中模拟线路发生电弧故障时的选线结果表明，本方法在电弧故障下具有良好的选线效果。

（4）由于积分比会随着积分时间不同而变化，特测试线路在不同积分时间下的选线结果表明，本方法在故障全过程均有效。

（5）前文介绍过采样率低会是传统方法选线失败，本文采用仿真线路在不同采样率下的结果表明，本方法对于采样率的要求，比传统的行波选线法低得多，且显著缩小了死区范围。

（6）配电线路三相不同排列方式有等边三角形、不规则三角形、水平排列，会影响相间电容耦合情况，本文采用Jmarti线路模型测试，经计算得知不会影响本方法的选线效果。

（7）此方法的干扰因素还有雷击、开关操作和噪声，通过本文测试得知，雷击和开关操作不会影响本选线方法的判断，但是，信噪比降低会降低本方法的可靠性。

三、暂态分量选线方式研究分析

3.1首半波法选线分析

在故障产生后，当线路里面的电压瞬间处于最大状态的时候，这个时候暂态电容里面出现的电流就会比暂态电感出现的电流比较的大，所以在处于故障发生的初始阶段，两种电流之间是不能达到互相补偿的效果的。暂态电容电流自身所含的特点是能够对暂态接地电流产生的电流进行决定的。零序电流与零序电压两者之间还是存在相位关系的，如果所处的电网结构一直保持放射性，那么相同极性的特点还是存在于故障线路段中两者之间，并且在非故障线路中一直是对立的极性关系。当接地后一直处于一个半周期内的时候，那么一直位于故障线路与正常线路中的零序暂态电流之间所含有的极性是不一样的。且电压处于零的状态时的电源，在发生单相接地故障的时候会将电流暂态分量值一直保持在最小值，这样就会导致极性判断出偏差。

3.2暂态能量法

不管是选择何种故障线路测量，在里面都会导致误差的出现，而且如果电流互感器产生了不对称的情况，还对故障测量的效果造成影响。所以，要想将因素影响的效果降低，还能够对中性点的电压进行观察，一旦发现了单相接地故障的产生，就要对每条线路的暂态能量增量准确的进行计算。而暂态能量增量是要通过单相接地产生故障之前或者之后两者之间产生出现的不同中性点电压与零序电流之间产生的差值乘积会出现相同工频周期里面的积分。当暂态能量增量比零小在有条线路出现的时候，就是含在负数里面的，而且其在暂态能量增量中出现的绝对值是最大的一个，那就可以将故障线路判断出是那一条，如果暂态能量增量值出现各个线路的都是正数，那么就没有负数产生时，就能够将母线的故障判断出来。这种方法在使用的时候，还是有一定的弊端存在的，那就是暂态能够保持的时间有限，不能够在较长的时间内保持下去，因此在对这种选线方法进行选择的时候，对硬件的特性要求是比较高的。

3.3零序暂态电流法

当电网的结果还处于一种放射形态的时候，暂态零序电流和零序电压两者会出现第一个半波并且还可以可以形成相位关系，并且这个相位的关系还很固定。从这里面可以看出，在故障线路段中含有相反的极性关系，且非故障的线路段之间还含有一致的极性，而且还可以将这种关系利用起来帮助相关的人员来对故障线路位置进行检测。但是这种方法还是有一定的局限性的，那就是在处于零状态下的电压的时候检测到的效果并不是很明显，因此在零值的电压的时候，这个方法就不能将作用发挥出来。

结语

配电线路单相接地故障是配网中故障率较高的一类，这类故障对变电设备和配电网的安全、经济运行有较大影响，应在实践中总结经验，并积极应用新技术、新设备，预防单相接地故障发生，发生后尽快查找和消除故障点，提高供电可靠性，减小对人身和设备的危害，从而保证电网的安全、经济和稳定运行。

参考文献

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