基于暂态信号的小电流接地系统故障选线新方法的研究

基于暂态信号的小电流接地系统故障选线新方法的研究

马忠郭芃君

（国网河南省电力公司周口供电公司河南省周口市466000）

摘要：在我国3-66kV配电网中，广泛采用小电流接地系统，而此系统发生最多的是单相接地故障，所以如何快速准确地检测出故障线路一直是电力系统继电保护的重要研究课题。本文在常规的小电流接地故障选线技术的基础上，着重介绍该领域的最新研究成果——利用暂态信号的故障选线、定位技术及其应用情况。

关键字：小电流接地系统；单相接地故障；暂态信号

1前言

小电流接地系统有单相接地故障时，由于故障电流微弱以及故障点电弧不稳定等原因，接地故障的选线与定位比较困难。长期以来，人们做了大量的工作，开发出了许多种检测方法及装置，但实际运行效果并不理想。由于缺少可靠的故障选线手段，大多供电企业不得不用人工拉路的方法选择故障线路。人工拉路会造成非故障线路供电短时中断,影响用户用电设备的正常工作，这在越来越重视电能质量的今天是十分不可取的。

目前，我国供电企业正在积极应用配电自动化技术，以提高供电质量及管理效率。配电自动化的一个重要内容是自动故障定位、隔离及非故障线路恢复供电。配电网故障大部分是单相接地故障，已经上马的配电自动化系统大多并不能可靠地定位小电流接地故障，使其提高供电可靠性的作用大打折扣。

因此，迫切需要开发可靠的小电流接地故障选线及定位技术。

2基于暂态信号的故障选线技术

小电流接地电网单相接地故障绝大部分发生在电压出现或接近峰值时，故障相电容放电以及非故障相电容充电产生一个明显的暂态过程。故障线路暂态零序电流主频率在300~3000Hz之间，幅值是稳态电流的几倍到几十倍。暂态信号主要包括高频分量，消弧线圈作用不明显，领用暂态电流进行故障选线，具有灵敏度高，不受消弧线圈影响的优点。由于只利用故障之初几个毫秒内的信号，暂态法还特别适用于检测电弧不稳定的接地故障。

在应用暂态法时，自然会遇到选择暂态数据时间窗口的问题。如果窗口时间选的过小，信号利用不充分，影响检测灵敏度及抗干扰能力；反之，窗口选得过长，信号中在暂态分量作用变大，受消弧线圈的影响，可能做成选线失败。这些问题促使人们进行深入地研究，提出新的利用暂态信号的故障选线方法。

图1稳定接地故障暂态信号及计算结果

33利用暂态信号的故障选线新方法

3.1对信号进行预处理的暂态零序电流比较法

电网接地故障产生的暂态信号包括从直接到数千Hz丰富的频率分量，其中包括支持上述选线原理的“正确”分量，也有不支持选线原因的“错误”分量。

首先，暂态电流比较法成立的一个基本前提是接地母线上所有的线路均可用一电容来等效，即所有线路呈容性，否则，健全馈线一些呈容性，一些呈感性，难以确定零序电流分布规律，找不出故障线路电流区别于非故障线路的特征。

根据电路理论，零序网络中馈线是一个末端开路的传输线，由母线看进去的输入阻抗随频率变化，在频率小于其第一次串联谐振频率时，馈线阻抗角接近负900，呈容性，因此可以用一电容来等效。

按均匀传输线的有关理论，任一线路的首次串联谐振频率ω可表示为：

由公式(1)看来，首次谐振频率与线路长度成反比。由于配电网馈线一般比较短，ω一般不会超过3000Hz，远大于接地故障暂态信号主频率。因此，对3000Hz以下的频率分量来说，所有馈线均可用一电容来等效。

另外要考虑的因素是消弧线圈的影响。消弧线圈电流与电容电流相抵消，影响故障线路零序电流的特征。电网一般采用过补偿方式，且调谐于工频附近。在频率小于调谐频率时，感性电流大于容性电流，导致故障线路零序电流与非故障线路方向一致。

综上所述，在一选定的频带范围内，故障线路零序电流幅值最大且与非故障线路方向相反。该频带的上限可选在3000Hz，对于小顾线圈接地电网来说下限选为150Hz，而对于中性点不接地电网，下限就是直流分量。

3.2实际故障选线结果

为验证新的暂态选线法，我们已开发出两套记录小电流接地故障暂态信号的试验装置，分别安装于两座110kV变电站。该两个变电站共有4段母线，中性点均为自动调谐消弧线圈接地。每段母线10kV出线数在10条以上、接地电流均在50A左右。多数出线为电缆架空线混合线路。

图2稳定接地故障暂态信号及计算结果

4结论

随着微电子及计算机技术的发展，人们可以很容易地对故障暂态信号进行高速采集、记录与分析，暂态信号选线及定位技术的研究取得了很大进展。

故障暂态信号包括丰富的频率分量，在一选定的频带范围内，所有故障选线均可用一电容来等效，且可以忽略消弧线圈的影响。本文介绍的利用暂态信号的接地故障选线新技术，可靠、灵敏，且不受消弧线圈及故障电弧不稳定的影响，是小电流接地故障的选线及定位技术的重要突破。

参考文献

[1]陈永明,赵宇等.小电流接地系统故障选线装置应用原理及发展方向.动力与电气工程,2009,06:135~137.

[2]徐丙垠,等.小电流接地故障选线及定位技术新进展.供用电,2003,08:21~25.

[3]程路,等.小电流接地系统单相接地选线技术综述.电网技术,2009,33(18):219~224.

[4]陈奎,等.小电流接地系统单相接地故障选线的研究.高电压技术,2007,33(11):180~184.

作者简介

马忠，男，回，研究生；职称：工程师；研究方向：电气工程及自动；供职单位：国网河南省电力公司周口供电公司；供职单位所在省市：河南省周口市

郭芃君，男，汉，研究生；职称：工程；研究方向：电气工程及自动化；供职单位：国网河南省电力公司周口供电公司；供职单位所在省市：河南省周口市；单位邮编：466000