站用交流环网检测方法的研究

站用交流环网检测方法的研究

杨文芳

广东电网有限责任公司惠州供电局  516001 

摘要：在我国，因使用交流供电环网而造成的变电所设备及运行中出现了许多事故。本文针对环网的不同故障类型，分别建立了相应的等值模型，并对其进行了模拟计算，本文主要探讨了变电所在低压交流供电系统中出现的故障特征，提出了用特征电流测试方法来探测交流系统中的环网故障。

关键词：站用；检测；交流环网；方法

一、变电站交流供电系统的建模

该装置采用ATS方式将变电站内的交流供电系统连接起来，以达到相互后备保护的目的。每个站点都有一个供电总线，经过断路器后，分成两个通道，两个ATS操作模块的连接，2台设备各供一条母线。因为交流环网的故障是由负载供电母线引起的，因此，在分析该故障时，可以忽略ATS对电网的影响，而把它简化为一个连接到负载供电的变输线的等效模型。这种接地线与地面相连，而非与金属框架或机架直接相连，从而可以在现场利用CT对地线进行测量。

二、简述交流环网故障

用两组交流电源的相、零线作为拓扑结构，以仿真交流环网故障时的工作模式，并将其划分为两大类：同相环网及异相环网。因而，将环网的失效划分为四种类型：零线同相环、相线同相环、相零异相环、相线异相环。这些都是环网的主要故障类型。

在同相环网中，可以通过特殊的信号探测方法来进行故障诊断；当异相环系统发生故障时，若环状网路因直接短接而产生，则会产生电流不均衡之保护，从而导致系统快速短路；如果环网因负荷或绝缘降低所致，则环中会有一定的阻抗，使环流无法达到对系统的要求，故应采用非均衡电流法。

作为同相环网络中的一个例子，相线环网的故障点可以与A相线上的电阻相同，即A型相线环网的失效点。由于不会对功率负载产生直接的影响，所以三相方式被缩减成单相。

在正常工作状态下，2组用变的参数及负载的大小不同，其电压、相位也会发生变化，因此I、II段电源A相的环流值较小。从I段供电A相到失效接头II段A相，然后从II段供电中心进入地面，再从I段供电端返回I段A相。在图1中可以看到。

图1

对同相环网失效时，环流的特征值较低，由于不能精确地探测出故障的特性，因此在环网的故障诊断中，必须使用附加的特殊信号来进行故障诊断。

在I段电源A相和N相之间，将一个信号源与一个输出低频率的信号源连接起来。从并联回路电流分流的原理可以看出，在对II段供电线路进行测量时，如果不为0，该信号表明I段的供电A相有同相环。

图2

根据信号，由I段电源起，三相和零线的交叉电流是0，从而消除了负荷对电网的影响，从而确定了环状网络的结点。

异相环网，失效点与I段供电相线支路、II段供电零线支路的电阻相等。由于没有直接地影响电源负载和其他双相电源，三相方式被简化成一个单独的相位，见图5。把看成一个负载，它的功能和一样，因此上有一个电流。从I段电源A相中的流到II段电源零线，然后从B点流到地面，最终从地面流回A区。

图3

在只有一个相零异相环的情况下，将A相负载在故障点进行分流，再从常规电源负载回到中性线，再从二级供电到地网，然后由I级地线返回中性线。

在此过程中，采用非均衡电流方法，对I段电源A,B,C,N四条线进行向量的叠加，将产生一个与之相等的裕量。此时，对II级供电线路进行了测试，若有，则表示为环网失效所致。基于非对称电流，本文详细地测量了四条馈线支路。馈线支路具有不改变其故障特性的优点，并对馈线支路进行了精确的划分，其它传统供电负荷就会越低，负荷电流就会越低，最终，可以确定的是，这条支路出了问题。

三、软件仿真实验

在软件上，以3台变压器为单相绕组，一次侧用三相工频10kV电源供电，二次侧各相220V，各相带22Ω电阻，各相带22Ω的电阻，使各相均具有10A的负荷，引线阻为0Ω，以1mΩ为例。

同相环网模拟：将环网故障点RAA1设在I段和II段系统A相间，将环网故障点RAA1设为500Ω，对2组系统A相进行调节，以确保同相环网络的故障特征量不小于0。0.5Hz的超低频信号源与I段供电A相连接，信号源与II段地线上均有测量。在图4中显示了对线路的修正。

图4

图5

并在此基础上，测量了信号源的主干线和II段的地线，并给出了试验的电流波形。红色的波形表示在信号线路上，其频率为0.5Hz，大约200mA，设定参数，符合信号源；绿色波形为II段地线，其工频特性电流为50Hz，在0.5Hz左右，信号电流的频率为0.5Hz，大约0.5mA，满足模拟环路的参数设定要求。

图6

在图6中，把RAA1的故障环路阻抗参数电阻值调整到200Ω，再进行模拟。经计算，II段电力线的电流约为1.5mA。

图7

图8

见图7、图8，可以看出，相线与零线间的工作频率电流基本上是互相抵消的，而相线与零线的信号电流分量却有很大差别，因此并没有相互抵消，这样，从而实现了对馈线回路的测量。

通过模拟试验，对I、II级电源相线同相环网络中的超低频率注入技术进行了初步验证，该方法可以根据接地线路上的信号电流，有效判断环网的故障，并将馈线回路的零线电流和相线电流进行重叠，从而确定环网的失效部位，从而对电网的故障做出了正确的判断。

相零异相环网仿真：将环网故障仿真电阻器RAA1去掉，将环网故障仿真电阻器RAA1:210Ω和I级电源A、II级电源零相间的零异相环失效进行了试验，此外，还进行了环网故障线路和二级供电接地线的增大实验。

图9

图10

从图11可以看出，因为RAA1的I段电源A不能从I-N线返回到中线，因此，它需要通过II段N相流入地电网，然后从I线返回到中线，因此II段接地线的电流与环网失效时的电流是相同的。

图11

图12表示了两个具有类似于负载相线和零线振幅的测量信道电流的对比，即50Hz的负荷电流。图13表示了两个测量信道的电流重叠的波形，其工作频率电流的幅度与可见的相线和零线之间存在着不同的值，因此并不能完全消除，因此可以在馈线回路上进行测量。

图12

图13

通过该模拟试验，初步验证了当I、II段电源相零异相环网发生时，利用不均衡电流法，可以通过馈线回路上的信号电流，精确地判断出环网的故障，并对其进行相线、零线电流的反复测量，以确定环网的故障位置，从而判定电网是否有故障。对于II段接地线路，其信号电流的测定取决于环网的等效阻抗。

结论：为了检测变电所的交流供电环网故障，可以在2个交流电源中，测量50Hz的接地导线，如果两者都有大电流，两组电压相位反向，则可以判定两台交流系统有环网络故障。采用非均衡电流法，能更好地找到特定的环网故障点。

当接地导线无显著50Hz信号时，可采用低频率电源向相线和地之间分别注入信号，如果接地导线上都有输入信号，则判定两个系统之间有环网络故障。通过对低频信号的电流的探测，可以发现特定的环网故障。对此类环网查找时，应采用脱机时注入信号的方法进行环网故障定位。

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