单相接地选线（共7篇）
单相接地选线 篇1
摘要：现阶段,小电流接地系统在我国中压电网中有着较为广泛的应用,然而在各种复杂影响因素的干扰下,单相接地故障选线问题的出现依旧层出不穷且屡禁不止,对设备、线路以及电网的使用安全性、可靠性以及稳定性造成了极大的威胁。基于此,结合国内外小电流接地系统单相接地选线方法的研究现状,并从一定的角度对多种选线方法的特征、优缺点以及应用状况展开探讨,提高小电流接地系统单相接地选线方法的准确性。
关键词：小电流接地系统,单相接地,线路故障,选线方法
在发生线路故障时,小电流接地系统单相接地依旧具有对称的接线电压,对用户的供电造成的影响相对较小,甚至可以忽略不计,同时根据有关规定和规程可知,故障线路依旧可以在短期内继续运行,对于供电可靠性以及安全性的提高有着重要的意义。不容忽视的是,系统运行方式、线路长短以及CT不平衡等一系列因素对选线方法的正确率、准确性造成的影响较大。所以,对小电流接地系统单相接地选线方法进行研究,有着十分重要的意义。
1 国内外研究现状
中性点非有效接地方式在前苏联国家的应用十分广泛,而美国的接地方式为大电流接地,对于故障线路而言,有着较大的电压和电流,这种接地方式以零序电流有功分量以及无功分量为基础,可提高选线的速度。德国孕育了中性点经消弧线圈接地方式并实现了其深入发展和广泛应用,在20世纪30年代其保护原理建立在接地故障暂态过程的基础上,现阶段谐振接地方式的应用十分广泛,而以扰动原理为基础的选线方法也在众多领域具有较为美好的发展前景。中性点经电阻接地系统在法国的应用时期长达几十年,目前已经被谐振接地系统所取代。以有功分量法为原理的精心设计的DESIR保护装置在解决线路不平衡问题方面具有较强的针对性,其选线方法主要是以零序电流变化量为基础,在高阻接地方面的识别率较高。20世纪90年代以后,接地选线保护更多地应用了专家系统以及人工神经网络等。
我国从20世纪50年代开始就对接地选线方法展开了较为深入的研究,微机型接地选线装置研制成功并实现了普遍应用,而以不同原理为基础设计而成的选线装置也实现了深入的发展。一般而言,在采用零序电流比幅比相法的情况下,中性点不接地系统以及中性点经电阻接地系统在故障线路的检测方面均具有较高的准确性,能够取得良好的应用效果[1]。
2 小电流接地系统单相接地常见选线方法
2.1 基于稳态分量的选线方法
零序电流比幅法可以将故障原件零序电流和非故障原件电容电流总和进行有效的对比,当前者数值较大时,可以对零序电流幅值高低展开对比分析,进而探索出故障线路所在。但是这种选线方法取得的效果要受很多复杂因素的影响,如不平衡的CT、系统运行方式以及线路长短等,所以该选线方法对于经消弧线圈接地系统而言,其广泛应用受到了很大的限制。
零序电流相对相位法可以根据非故障以及故障线路零序电流流动方向特点为依据,对故障线路进行有效地分析。然而需要重视的是,这种选线方法在判断故障线路位置时,极易在同互感器距离较大、线路长度不够以及零序电压不高的影响下产生偏差。同时,系统运行方式、过渡电阻以及电流的不平衡也会在一定程度上对故障线路的判断产生干扰,所以在中性点经消弧线圈接地系统中,这种选线方法的效用很难实现最大化的发挥。
群体比幅比相法可以首先系统地分析故障线路零序电流幅值,进而根据科学合理的判断剔除幅值不高的电流,最后可以此为基础比较相位,故障线路即方向同其他线路存在差异的线路。然而在干扰以及噪声的消极作用下,零序电流的相角以及幅值可能与判断依据有很大的矛盾,判断错误和判断缺漏的出现往往难以避免,影响因素还包括过渡电阻及CT不平衡等,并且在相位的判断过程中,死区和盲点的存在也在一定程度上对故障线路的查找造成影响。
2.2 基于暂态分量的选线方法
首半波法假设了接地故障在相电压接近最大值的瞬间发生。选线方法是以故障以及非故障线路中暂态零序电流首半波方向的差异性特征为依据的,然而这种方法原理在面对接地故障相电压相对较小时很难进行全面、准确的反映,并且接地过渡电阻容易对这一方法造成一定的干扰,工作死区的存在也会对故障线路的判断产生不同程度的影响。
暂态能量法可立足于能量观点对系统故障全过程进行有力的解释,这种选线方法充分参考了零序能量函数,对电流参考方向有着全面综合的考虑[2]。在单相接地故障线路中,故障电流以及电压的暂态过程并不会持续很长的时间,其特征信息具有丰富性特点,所以暂态信息的系统分析可以利用一系列科学合理的分析方法及手段,对故障选线有着重要的意义。小波变换特点具体体现为时频的同时局部化,可以对故障暂态特征进行深入了解并加以提取。
在小波分析过程中,可以通过分析其变换的多分辨率,在一定的频率空间中分解暂态信号,将非故障线路电流特征与故障线路暂态零序电流特征分量幅值展开对比分析,同时选线依据应充分考虑故障线路、非故障线路差异化的特征分量相位。需要注意的是,小波分析法在查找故障线路的过程中,突变信号的干扰深受干扰信号及过渡电阻的影响,因而要想使其得以广泛应用可谓是任重道远。
2.3 综合法
模糊神经网络法能够有效处理模糊信息,可以有机结合能量函数法以及连续电流群体比幅比相法,同时实现这两种方法效能的最大化发挥,合理地改进算法同时获取有关样本,然后充分地利用模糊神经网络的功能,在极大、极小神经网络的作用下,展开一系列的训练活动。选线方法的选择依据主要为经过多层训练的收敛结果,该方法赋予了系统运行方式以及电网结构较高的独立性,有着鲜明的比较特征量。除此以外,同其他的选线方法相比,在选线准确率方面也具有较为突出的优势[3]。
多层前溃神经网络法以及模式识别充分运用了统计模式,其选线依据立足于人工神经网络方法以及贝叶斯的决策方法,能够以故障模式视角系统分析故障线路零序电流,而故障模式的判断同人工神经网络的学习及训练有着紧密的关联,这种具有较高准确率和较低错误率的选线方法在故障选线中扮演着重要角色。同时,要对故障选线具体特点有全面的了解和深入的掌握,对选线识别框架分配函数进行科学的构建,可通过证据理论模型的构建对故障选线问题进行科学合理的判断,为选线方法的判定提供有力的支撑,这种选线方法中综合选线策略的制定立足于信息的融合。
3 结语
总之,在电网规模逐渐扩大和电缆线路不断增多的现代化社会,随着单相接地电容电压的增加,难以规避的线路故障的出现也给线路、电网安全埋下了较大的隐患,对设备的维护和线路保护工作的推进造成了诸多影响。为此,要对小电流接地系统单相接地选线方法进行更深入的研究,从线路故障的具体实际情况出发,有选择地借鉴并适当引进国外先进科学技术及手段,并对电缆、线路运行状况展开严密的监控与检测,以更好地发现、分析和解决线路故障问题。
参考文献
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单相接地选线 篇2
关键词：消弧线圈接地系统,单相接地,接地选线
0 引言
配网系统中性点经消弧线圈接地已在我国广泛应用，其优点是众所周知的。但是，由于消弧线圈接地系统的单相接地选线的困难性，使消弧线圈接地方式在配网系统的应用遭遇了障碍。目前，消弧线圈接地系统的单相接地选线方法主要有两类，一类是通过改变消弧线圈回路参数来获取接地故障特征的方法;另一类方法不通过改变消弧线圈回路参数，只依据单相接地时的自身接地故障特征。第一类方法应用得最多的是单相接地时在消弧线圈旁并接电阻，以改变接地故障线路的零序电流，通过检测各线路零序电流的改变实现接地故障线路的选择。虽然这种单相接地选线方法具有较高的选线正确率，但也存在如下的不足：
1)需要增加电阻及相应的开关控制设备，加大了设备成本，且电阻的开关控制设备是系统运行的薄弱环节;
2)消弧线圈并接电阻后，其故障线路接地点电流将大幅增加，影响系统的运行安全;
3)消弧线圈并接电阻是在判断系统稳定单相接地后进行的，其接地选线时间一般大于5 s，对小于5 s的瞬时单相接地，通常不能反应。
第二类方法不存在以上第一类方法的不足，但由于选线原理和实现手段的缺陷，其大多数单相接地选线方法的选线正确率是较低的。目前这类方法中最有潜力的是依据单相接地瞬间暂态特征的选线方法。下面就依据单相接地瞬间暂态特征的接地选线方法进行介绍。
1 瞬间暂态特征的接地选线原理
在消弧线圈接地系统未接地时，由于系统三相相电压基本上是对称的，其不对称产生的中性点零序电压较小，消弧线圈上的零序接地电流较小。在消弧线圈接地系统单相接地瞬间，由于消弧线圈上电流不能跳变，其接地瞬间的故障线路零序接地电流流向母线，即接地瞬间的故障线路零序电流与非故障线路零序电流反向，且接地瞬间的故障线路零序电流幅值最大，近似为非故障线路零序电流之和。随着消弧线圈上电流的增加，故障线路零序接地电流逐渐减小，若消弧线圈处于欠补偿状态，则故障线路零序接地电流最后减小到补偿后的稳态值，故障线路零序接地电流从线路流向母线;若消弧线圈处于临界补偿状态，则故障线路零序接地电流最后减小到零;若消弧线圈处于过补偿状态，则故障线路零序接地电流最后变到补偿后的稳态值，故障线路零序接地电流从流向母线转为流向线路。
从上面分析可知，在消弧线圈接地系统单相接地瞬间，最显著的故障特征是故障线路零序电流与非故障线路零序电流反向，故障线路零序电流近似为非故障线路零序电流之和。只要能通过不同的手段可靠获取单相接地瞬间的以上故障特征，就可判断出接地故障线路。显然，为了可靠选择接地故障线路，关键的问题是如何获取单相接地瞬间的故障特征，即如何获取接地瞬间的线路零序电流方向和线路零序电流幅值。
通过数百次的现场实际单相接地录波波形的分析，发现消弧线圈的补偿过程可在单相接地发生的5 ms内完成，也就是在单相接地发生的5 ms内，故障线路零序电流从流向母线转为流向线路(消弧线圈补偿电流大于非故障线路零序电流之和的情况)，故障线路零序电流减小到零(消弧线圈补偿电流等于非故障线路零序电流之和的情况)。由此可看出，要获取单相接地瞬间的故障特征，必须要在单相接地发生的瞬间时刻获取线路零序电流方向和线路零序电流幅值。
为了达到在单相接地发生的瞬间时刻就获取线路零序电流方向和线路零序电流幅值的目的，应解决以下两个问题。一是解决单相接地发生瞬间时刻的捕捉问题，二是解决单相接地发生瞬间时刻的线路零序电流方向和线路零序电流幅值的获取问题。
解决单相接地发生瞬间时刻的捕捉问题，就是提高单相接地故障启动的灵敏度问题。显然，现有的通过零序电压幅值来进行单相接地故障启动的灵敏度是不高的，特别是在接地相电压过零点发生接地的情况下，其灵敏度更加不高。为了提高单相接地故障启动的灵敏度，文献[4]提出了一种应用自适应正弦滤波器来进行单相接地故障启动的方法，其单相接地故障启动的误差时间小于1 msㄢ
考虑到消弧线圈补偿的特征，采用现有的快速傅立叶变换(FFT)算法来求取单相接地发生瞬间时刻的线路零序电流方向和线路零序电流幅值是不恰当的。采用小波变换算法可求出单相接地发生瞬间时刻线路零序电流的极性和模值，求出的线路零序电流的极性和模值可表征线路零序电流的方向和幅值。但是，在线路只有两条时，线路零序电流的极性已不能表征线路零序电流的方向。另外，小波变换算法还易受干扰的影响。文献[4]提出了一种应用瞬变信号正弦逼近方法求取线路零序电流的瞬时初相位和瞬时幅值的方法，该方法利用线路零序电流的瞬时初相位与母线零序电压的稳态初相位之间的相位差来表征单相接地发生瞬间时刻线路零序电流的方向，利用线路零序电流的瞬时幅值来表征单相接地发生瞬间时刻线路零序电流的幅值。显然，该方法可确定两条线路的零序电流方向，这已被实验室数千次的实验所验证。由于瞬变信号正弦逼近方法具有很强的抗干扰能力，该方法能在实际的现场运行环境中具有很高的稳定性，这也在多年的实际现场运行中所验证。
在获取了单相接地发生瞬间时刻的线路零序电流的方向和幅值后，通过对每条线路的零序电流方向和幅值进行综合比较，就可判断选择出接地故障线路。
对于单相接地瞬间的故障线路零序电流远大于非故障线路零序电流的情况(对大多数电缆线路多的变电站是适合的)，应用单相接地发生瞬间时刻的线路零序电流幅值进行选线是相当理想的，其选线准确率从原理上讲应为100%。
对于单相接地瞬间的故障线路零序电流与非故障线路零序电流相差不显著的情况，应采用单相接地发生瞬间时刻的线路零序电流方向进行选线，只要单相接地发生瞬间时刻线路零序电流方向的获取是可靠的，其选线准确率应为100%。
实际上，单相接地发生瞬间时刻线路零序电流方向的可靠获取不仅是求取方法的问题，还涉足到现场零序电流互感器的安装极性问题，而现场零序电流互感器的安装极性是一个极不易解决的问题。由此看出，在现场零序电流互感器安装极性不一致的情况下，采用单相接地发生瞬间时刻的线路零序电流方向进行选线是不理想的。针对这一难解决的问题，文献[4]提出了一种基于消弧线圈补偿特征的接地选线方法。
2 消弧线圈补偿特征的接地选线原理
由上面分析可知，在消弧线圈补偿阶段，故障线路零序电流一定有个幅值减小的过程，在消弧线圈调节得当的情况下，补偿后的稳态故障线路零序电流幅值应远小于接地发生瞬间时刻的故障线路零序电流幅值;对于消弧线圈补偿电流大于非故障线路零序电流之和的情况，故障线路零序电流一定会从流向母线转为流向线路。以上就是消弧线圈补偿阶段从故障线路观察到的补偿特征，显然，非故障线路上没有补偿特征出现。若能从线路上检测到消弧线圈的补偿特征，则这条线路就是接地故障线路。
由于配网中的消弧线圈通常都调节到过补偿状态，通常情况下，故障线路零序电流方向会出现反向的特征，因此，基于消弧线圈补偿特征的接地选线方法具有很高的选线准确率，且不受困于现场零序电流互感器的安装极性。
虽然基于消弧线圈补偿特征的接地选线方法是一种理想的消弧线圈接地系统接地选线方法，但是要从线路上检测消弧线圈的补偿特征是困难的，特别是检测零序电流方向反向的特征。这种困难性主要体现在消弧线圈的补偿过程有时相当短暂(小于5 ms)，目前还没有很好的方法能在这短暂时间内检测出零序电流幅值和方向的变化。
文献[4]提出的应用瞬变信号正弦逼近方法求取线路零序电流的瞬时幅值和瞬时初相位的方法，可以求取消弧线圈补偿过程中任意时间点的零序电流瞬时幅值和瞬时初相位。通过对消弧线圈补偿过程中每个采样点的零序电流瞬时幅值的检测，就可观察零序电流幅值的变化过程，若零序电流幅值有一个明显的减小过程，则这条线路就是接地故障线路。通过对消弧线圈补偿过程中每个采样点的零序电流瞬时初相位与母线零序电压的稳态初相位之间相位差的检测，就可观察零序电流方向的变化过程，若零序电流方向有一个反向的过程，则这条线路也是接地故障线路。
3 消弧线圈接地系统的现场接地选线结果
文献[4]提出的单相接地选线方法已在重庆市电力公司城区供电局消弧线圈接地配网系统应用多年，其正确选线数已达上百次，图1～图6给出了其中的6次接地选线结果的录波图。
在图1～图6中，曲线1表示接地相电压，曲线2表示零序电压，曲线3表示零序电流，纵坐标为电压和电流的采样值，横坐标为采样点数表示的时间。采样频率为1 600 Hz，即1个工频周期(20 ms)采样点数为32ㄢ
图1是储奇门变电站10 kV I段上619线在2006年9月5日4点10分5秒至9月5日4点10分49秒发生的C相瞬时接地的故障选线录波图。在图1中，接地故障线路零序电流只持续5个采样点(约3 ms)，随后接地故障线路零序电流几乎被补偿到零。
图2是储奇门变电站10 kV II段上649线在2007年11月15日4点6分11秒至11月15日17点36分16秒发生的A相长时接地的故障选线录波图。在图2中，线路零序互感器的极性接反，消弧线圈的补偿特征明显。
图3是牛角沱变电站10 kV I段上614线在2006年9月14日7点27分7秒至9月14日7点27分15秒发生的A相瞬时接地的故障选线录波图。在图3中，零序电压上升缓慢，A相电压残压较大，且零序电流先于零序电压出现，消弧线圈处于欠补偿状态，这应是一次A相电阻接地。
图4是储奇门变电站10 kV I段上635线在2007年2月20日10点17分0秒至2月20日10点17分1秒发生的C相瞬时接地的故障选线录波图。在图4中，C相电压残压较大，消弧线圈的补偿过程接近半个工频周期(10 ms)。
图5是储奇门变电站10 kV I段上613线在2007年1月25日22点19分52秒至1月25日22点38分44秒发生的A相接地的故障选线录波图。在图5中，消弧线圈的补偿过程已超过半个工频周期(10 ms)。
图6是储奇门变电站10 kV II段上632线在2006年9月6日15点9分19秒至9月6日15点9分56秒发生的C相瞬时接地的故障选线录波图。在图6中，消弧线圈处于严重的过补偿状态，其补偿电流已远远超过接地电容电流。
4 结论
就消弧线圈接地系统的接地选线问题，论文进行了详尽的分析和研究，特别是推出了文献[4]提出的单相接地选线方法，该方法采用瞬变信号正弦逼近方法求取线路零序电流的瞬时幅值和瞬时初相位，实现了基于单相接地瞬间暂态特征的接地选线原理和基于消弧线圈补偿特征的接地选线原理，其选线适应性强和选线准确率高，是一种在原理上和实现方法上都理想的消弧线圈接地系统接地选线方法。论文还给出了该方法在现场应用中的接地选线结果。
参考文献
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单相接地选线 篇3
关键词：小电流接地系统,反向残流有功分量,接地选线
（一）引言
中性点不接地系统单相接地后，都属于小电流接地系统。该系统具有发生单相接地时故障电流小的优点，同时系统线电压基本不变，不影响对负荷连续供电，《电力系统安全规程》规定仍可继续运行0.5～2个小时。小电流接地故障尽管不影响电网的正常运行，但由此引起的过电压会危害电网绝缘，可能导致短路故障，使事故扩大，严重影响了供电系统的安全可靠性。
因此，需要尽快选出故障线路，以便帮助运行人员快捷地判别接地，及时采取措施加以处理。但单相接地时，由于故障电流小，小电流接地故障选线(简称接地选线)比较困难。为在供电系统的中性点非直接接地系统中应装设灵敏度高、选择性好、接线简单的接地保护装置或接地选线装置。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。以前广泛采用的继电绝缘检察装置是利用测量母线零序电压来反应系统接地的，因而无选线功能。利用容性零序电流和零序功率原理可构成具有选线功能的中性点不接地系统的接地保护或选线装置，但由于反应容性零序电流原理构成的零序电流保护其灵敏度受系统一相对地电容大小和分布的影响。因此，在某些场合不得不采用接线较复杂、维护较困难的零序功率方向保护，甚至在新型的微机接地选线装置中，也仅采用零序功率方向原理构成中性点不接地系统的接地选线功能。
显然，采用接线较简单的零序电流原理构成选线装置，提高其灵敏度是关键。本文提出的反向残流有功分量(DESIR)原理可提高选线灵敏度，以利于零序电流原理在接地保护和选线装置中的应用。
近年来，随着综合自动化设备在供电系统中的应用，对小电流接地选线已经能够做到：单相接地后可直接判断故障点所在线路。这样就为我们迅速查找故障点提供了可靠的保证。正确应用综合自动化设备中小电流接地选线功能，是一个值得研究和重视的问题。
（二）单相接地时中性点不接地系统的特点
电路模型的建立：
图1为简化的小电流接地系统模型，为了分析方便，忽略输电线阻抗以及线路对地电导。
在中性点不接地的电网中，假定有i条长度不等的线路，当线路2的C相发生永久性单相接地故障时，电网中基波电容电流的分布状况如图1所示。
对于非故障的线路1来说，其三相电容电流各为：
式中：分别为故障电网的A相和B相的对地电压kV;ω为电网的角频率 (2πf) rad/s;COl为线路l的单相对地电容 (为使问题简化，认为三相相等) ，µF。
这样，非故障线路1的基波零序电流可用下式求得：
式中：为线路l的基波零序电流A;为中'性点的零序电压kV。
由(式-2) 可知，线路1的零序电流的大小，等于该线路三相对地电容电流的向量和，方向是从母线流向线路。
同理，非故障线路i的基波零序电流，其方向与线路l相同，从母线流向线路。
对于故障线路2来说，健全相的电容电流仍用同样方法求得，只是故障相的电容电流不再为零。此时，三相的电容电流值分别为：
同样，利用(式-2) 可求得故障线路3的基波零序电流为：
(式-4)说明，故障线路的零序电流等于所有非故障线路零序电流的向量和，唯方向相反，由线路流向母线。
不接地的电网中，利用基波零序电流方向保护有可能检出故障线路。不过，在电网的最小运行方式下，只有当故障点的总电容电流达到最长线路电容电流的(3～4) 倍时，才能实现继电保护的选择性。实际上，许多电网的结构比较复杂，满足不了这个条件。运行经验表明，零序电流方向不能不能全部正确动作。
（三）DESIR接地选线原理
为了检出高阻接地故障，法国电力公司(Electricite de France) 开发了DESIR (DEtection Selective par les Intensites slleud) 保护装置，其原理是以电网的基波电流信号为基础发展起来的。当发生单相接地故障时，该保护装置首先从所有馈线中检测零序电流的基波有功分量，算出故障点的残余有功电流，对于中心点不接地系统也即所有馈线零序有功电流的向量和IR，并选取该向量和的垂直线作为参考轴，再对所有的馈线的基波零序电流在参考轴上的投影进行比较。此时，故障馈线的接地电流的投影与各条非故障馈线零序电流的投影不仅相位相反，而且数值最大 (图2) ，据此便可检出故障馈线。图中的Irl、Ir2、Ir3…Iri分别为馈线l、2、3….i零序电流的基波有功分量。
当电网发生单相永久接地故障时，残流中的基波有功分量与零序电压同相，其数值主要由电网的接地电容电流等参数确定，该接地电容电流的相位领先零序电压90°，所以，故障点的残余电流在零序电压上的投影便等于它自身的有功分量。DESIR检出故障线路的唯一性，源于只用所有馈线的零序有功电流总和的相位作为参考相位 (与上述参考轴等效) 。所以，此种接地保护既不要求测量零序电压，也不需要专用的传感器，只要利用现有的电流互器就足够了。
由于DESIR接地保护是以所有馈线零序电流的变量作为输入数据，故在灵敏度方面可以达到很高的水平 (50kΩ以上) 。该保护反应迅速，检出故障的时间仅为1s。
（四）微机选线装置的实现
DESIR接地选线方案的实现可基于微机综合保护成套装置，充分发挥微机系统的运算能力，利用成熟的高速DSP模块，对采集各条线路的零序电流进行快速的傅里叶分析计算，求出各线路的零序电流的相位和幅值，按DESIR的原理计算出所有馈线零序有功电流的向量和IR，及各线路零序电流在参考轴上的投影的分解值进行比较，以实现单相接地快速选线功能。
此方案可实现综合保护系统与接地选线系统为一体。降低变配电所的设备投资，减少其设备的维护量;对于老系统只要对总控单元进行相应的软件升级或升级中央控制板，以比较简便的方式实现快速接地选线功能，避免了新投设备的安装及安装过程对原有设备进行改动而造成的设备隐患;提高运行人员分析处理出现的供电系统单相接地故障能力，减轻处理时设备检查和操作的工作强度。
（五）零序互感器的选择和安装
中性点不接地系统一般不允许接地电流超过10A，所以一般10A以下保护就要动作。要求零序电流互感器在一次接地电流较小时，和非金属性接地时，零序电流互感器也要有一定的输出，来满足装置启动的门坎值。使用的综合保护，就要求有整定值，一般定值≤10A，如整定值一次电流为5A，可考虑100/5A或20/1A，一次电流5A时，二次电流0.25A，一般已超过综合保护的启动电流。如综合保护最小启动电流>0.25A，则选用75/5;50/5;15/1;10/1的变比，这些变比的零序电流互感器最好选用整体式的，否则精度要差一些。装置本身的负载阻抗并不大，但需要通过电缆将各个零序电流互感器与装置连接起来，所以电缆的阻抗就是零序电流互感器的主要负载阻抗，这种零序电流互感器的负载阻抗一般为2.5Ω左右，经过多年实践和试验得知与小电流选线装置配套的零序电流互感器选用容量：5VA
另外选线装置要求比较相位，因此零序互感器的安装方式、接线极性要求保持一致，安装校验时对其极性进行检验。
（六）结论
本文对零序电流反向残流有功分量(DESIR)原理，比较各零序电流间的相位差别，实际隐含了有功分量的原理，因为有功分量都是在同一零序电压作用下产生的，零序有功在各支路中存在区别主要原因还是各出线零序电流相位上的区别，而本方法则直接利用了这一特征，减少了多引入零序电压一个量带来的误差，同时利用了残流特征，提高了该方法的选线准确率。
参考文献
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单相接地选线 篇4
1 两种状态下小电流系统单相接地故障的特征分析
电力变压器星型绕组中性点与大地电气相连称为中性点接地, 对于电力系统运行、继电保护、绝缘等方面产生深远的影响。一般来说, 小电流系统采取中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高阻接地三种接地方式。小电流接地系统单相接地故障稳态特征和暂态特征是故障选线, 有效切断故障线的理论论据。
1.1 小电流接地系统单相接地故障稳态特征
小电流接地系统稳态情况分为中性点不接地系统稳态和中性点经消弧线圈接地系统稳态两种, 在发生单相故障时, 这两种系统情况下的的零序电流是不同的。
对于中性点不接地系统发生单相故障来说, 在正常的情况下, 三相电压平衡, 对地电容产生比相电压超前90°的电容电流由线路流向大地, 三相电容电流之各显然为零。假如其中B相故障, 电容被短接, 电容电流为零, 那么A、C两相对地电压和电容电流都会升高倍。理论上, 在正常运行的情况下, 流经故障点的电容电流应当为无故障时三相电容电流的算术和。带有如下两大特征:第一, 非故障线路母线流向线路是电容性功率的方向, 其对地电容电流数值等于其上的零序电流。包括发电机在内的全系统非故障线路对地电容电流的总和在数值上和等于故障线路的零序电流, 但这个数值很大, 但电容性功率方向却是由线路流向母线;第二, 非故障相对地电压会上升为非故障时的倍, 故障相电压变为零, 全系统会有零序电压出现, 故障点的零序电流与正常情况下的相电压在数值上是相等的。
对于中性点线消弧线圈接地系统发生单相故障是在中性点不接地系统基础上的进一步改进。当流过故障点的电流过大, 为防止故障点燃起电弧, 引起非故障相对地电压过高, 损坏绝缘, 导致接地短路, 影响供电质量, 就需要在中性点上接入一个电压线圈, 以减少流过故障点的电流。与中性点不接地系统相比, 经消弧线圈接地系统单相接地故障在稳态下还有三大显著特征:第一, 在采用完全补偿方式的情况下无法利用稳态功率方向和电流大小去识别故障线路;第二, 采用过补偿时, 没法利用功率方向的判别进行故障选线;第三, 消弧线圈两端的电压是系统出现的零序电压, 但感性电流不会流经非故障线路。
1.2 小电流接地系统单相接地故障暂态特征
小电流接地系统单相接地故障多发生于电网中绝缘击穿引起接地故障, 并且这一瞬间恰好也是相电压的最大值。因此, 一般故障电流的暂态分量会比以上分析的稳态分量高出几倍乃至几十倍。从充电过程来分析, 非故障相电压突然升级导致电容充电, 充电电流经过电源从而形成了回路电流, 在较大的电感作用下, 充电电流衰减比较慢, 振荡频率也只有数百赫兹;而从放电过程来分析, 在故障相电压突然大幅度降低的情况下, 电容会发生放电现象, 放电电流不经非故障元件而直接经母线流向故障点, 从而使得放电电流快速衰减, 振荡频率高达几千赫兹。
因此, 暂态的电容电流应当是由充电和放电两个过程的电流和所组成, 并带有五大特征:第一, 暂态电流远大于稳态电流值, 持续时间很短;第二, 非故障线路的暂态零序电流要比故障线路零序电路小;第三, 所有线路在母线故障时的暂态零序电流方向都是从母线流向线路;第四, 所有非故障线路的暂态零序电流方向与故障线路零序电流方向是相反的, 都是从母线流向线路;第五, 故障线路零序电流的暂态过程与故障初始角相关, 当初始角接近90度时, 消弧线圈电感电流暂态分量几乎为零, 消弧线圈对故障线路的零序电流几乎没有影响。当故障初始角较小时, 零序电流需要很长的时间才能达到稳态时的值, 但受消弧线圈影响不大, 变化趋势也稳定。
2 零序暂态电流主成份分析选线法问题
上文分析可知, 在小电流接地系统单相接地故障发生在相电压最大的瞬间, 产生极大的零序暂态电流, 而且受高频的暂态量振荡的干扰, 影响选线的可靠性。因此, 引入基于SVD算法的零序暂态电流主成分分析选线法, 灵敏度高, 不爱消弧线圈影响, 且能剔除信号中的噪声和非主成分的影响, 极大提高选线的可靠性。
SVD即奇异值分解, 属于矩阵分解的一种, 是正交变换。在任意的线性相关矩阵左右分别乘以一个正交矩阵, 通过变换将原矩阵化成对角矩阵, 那么对角矩阵非零元素就是原矩阵的独立行 (列) 数。假设矩阵A∈Rm×n, 半正定矩阵ATA有n个特征值, 分别为1, 2, …n, 必有m≥0, 那么称λi的算术平方 (i=1, 2, …n) 为矩阵A的奇异值。令升序为N的一维时间序列为信号x (n) , 其构造吸引子轨迹矩阵为A, 用SVD算法对矩阵A进行分解, 从而产生一系列的奇异值和子矩阵, 分别用σi和Ai来表现, 可得到A=σi+Ai, 第一矢量子空间就是信息x (n) 的主要成分, 也就是说, 矩阵A最大的特征值σmax对应的子空间是主要成分, 用xp表示, 即有xp=F-1 (xmaxulvl) :其中ul、vl分别是最大特征值σmax的左奇异向量和右奇异向量。
以中性点经消弧线圈接地为例, 将基于SVD算法的零序暂态电流主成份分析法应用于小电流接地系统故障选线中, 步骤如下:
第一步:以数据窗长为10ms标准, 提取所有线路零序暂态电流;第二步:通过SVD算法将所有路线零序暂态电流主要成份都提取出来;第三步:对经一、二步提取出来的零序暂态电流进行两两的相关分析, 从而形成相关系数的矩阵;第四步:通过计算求出所有线路零序暂态电流综合相关系数;第五步:进行判定。若最大综合相关系数与最小综合相关系数的差大于或等于设定的阈值, 就判定是最小综合相关系数对应线路为故障线, 反之则母线故障。
3 多判据的综合选线问题
在传统的小电流系统接地选线方法中, 只要求结果标明是否为故障符号型选线, 不仅难以体现故障明显程度, 也不能体现馈线间的差别, 特别是在出现错误的选线时, 更无法给运行人员指明下一步处理方法。因此, 引入多判据综合选线法, 求得每条线的故障测试, 对故障选线结果能作出第二次可信度分配, 提高选线的可靠性。
构建多判据综合选线, 第一步应当先选择参与综合决策的单一选线判据。在实践中, 最重要的就是要把握选线方法之间具有一定的互补性。具体来说应该遵循六大原则:一是有抗弧光接地能力原则;二是能用于不同故障角原则;三是能用于小电流系统不同的接地方式原则;四是少受系统电流、电压不平衡的影响原则;五是能反映瞬时故障原则;六是能用于较大的过度电阻原则。根据上述原则, 下面以信号注入法、群体比幅法和小波包分析法三种单一的选线方法为例, 运用模糊理论融入三种选线方法, 形成多判据综合选线, 以提高选线的正确率。
全部综合小电流接地系统的所有馈线, 形成一个论域, 记为:U={l1, l2, l3…, ln}, 其中n表示出线的标号数。一旦系统发生单相接地故障, 零序电压就会采集到不同的故障信号, 对故障进行判断, 然后通过计算得出结果, 通过以上三步计算每天馈线的故障测试, 从而排查故障出故障线。
第一步:分别用信号注入法、群体比幅法和小波包分析法去计算得每一线路线的故障隶属度, 并将结果数据建立模糊集Ai={μi1, μi2, μi3…, μin}, i=1, 2, 3表示这三种选线的方法, 得到一个3×n的故障隶属模糊矩阵:
第二步:将每一种方法的单个判据的权重系数η计算出来, 组成一个选线方法权重集B=[η1η2η3]。每一个特定的小电流系统接地方式都是确定的, 例如信号注入法、群体比幅法和小波包分析法这三种方法中, 发现群体比幅法不合适某小电流接地系统, 那么权重集会让该方法的权重系数为零。
第三步:通过第一步和第二步已算出故障隶属模糊矩阵和权重集, 各线的故障测度集也就是故障隶属度模糊集合加权后所求得的值, 加权后的故障隶属度模糊集合为:
上式中, 1, 2, 3, …n表示各线路标号。假设式中两个最大的故障测度值分别为μmax1和μmax2, 且有μmax1>μmax2, 令m是符合这个系统选线方法的个数, 那么当μmax1
4 结束语
小电流接地系统单相接地故障的稳态和暂态特征为故障的主要特征。不管是运用零序暂态电流主成份分析选线法还是多判据的综合选线都是基于这两个特征。针对现象小电流接地系统装置的正确选线率不高, 多判据的综合选线更具可靠性。
参考文献
[1]张帆.基于零序电流暂态极大值的小电流接地选线新判据[J]电力系统自动化.2006 (4)
[2]陈奎.小电流接地系统电弧接地选线方法的研究[J]电力系统继电保护与控制.2013 (2)
单相接地选线 篇5
关键词：小电流接地系统,单相接地故障,故障选线
在较长一段时间之内, 有关小电流方面的接地方式仍会占据着主要地位, 但是由于小电流有关接地系统方面的故障选线技术一直是多年以来都没能有效解决的难题, 有很大一部分供电部分仍然在运用拉路法来确定具体的故障线路, 虽然每年都会有一些新的选线装置实际投入运行, 不过在选线准确度以及实用性等方面仍需进一步作出提高。
1 对小电流接地系统的单相接地故障进行分析
小电流有关接地系统出现单相接地时, 因为大地和中性点之间并没有直接进行电气连接或者是串联了相关的消弧线圈, 所以短路电流非常小, 确保装置不需要进行动作跳闸, 进而提升了系统运行所具有的可靠性。特别是在瞬时故障的有关条件下, 短路点能够自行进行灭弧恢复绝缘, 相关的运行人员并不需要采取措施, 这对于降低用户短时停电的实际次数有着积极的意义。
2 研究小电流单相接地故障在选线方面常用方法
2.1 特殊信号选线法
2.1.1 残留增量法
残留增量的有关方法适合用在谐振接地系统之中, 当电网出现单相接地故障的时候, 假如增加消弧线圈具体的失谐度 (或者是改变有关限压电阻实际的阻值) , 对应的故障点具体的残余电流会随之逐渐增大。这种方法是建立在有关微机快速处理以及综合分析判断的根本基础上。这种方法原理非常简单并且灵敏度以及可靠性都比较高, 不会受到TA等测量方面的误差影响, 但与此同时提高了接地点电弧。
2.1.2 “S注入法”
首先要从TV三相二次电压来进行故障相别的判别, 然后再由TV副边朝着接地相注入相关的信号电流, 其实际的频率通常取各次谐波当中的数值, 保证不会受到工频分量以及高次谐波分量等方面的干扰。在产生故障时相关的接地相TV副边正在短路状态, 从副边感应的有关信号电流顺着接地线路之中的接地相流动, 并且通过接地点入地。凭借信号电流有关探测器在具体开关柜之后对所有的出现进行探测, 实际探测出注入信号的有关线路就是故障线路。这种方法凭借不工作状态的有关接地相TV进行信号注入, 不会对相关的设备造成不良影响。但是实际注入信号所具有的强度会受到TV容量的影响, 通过高阻接地时相关的发电机可能出现误判。
2.2 稳态信号选线法
2.2.1 零序电流有关基波电流比幅法
流过故障线路之中的零序电流具体数值等于全部非故障线路有关对地电容电流的总和 (在故障线路之中的零序电流最大) 。然后对零序基波电流具体的幅值与自身电容电力实际的大小进行比较就可以确定相关的故障线路。这种方法无法排除有关电流互感器之中不平衡电流会受到线路长短、过渡电阻以及系统运行方式等方面的影响, 检测具体的灵敏度低。
2.2.2 零序基波电流相关比相法
凭借故障线路之中零序电流和非故障线路之中零序电容电流实际流动方向相反的有关特点确定故障线路。但是这种方法对于一些线路较短或者是零序电流值非常小等情况时会受到“时钟效应”影响导致相位判断困难, 容易受到过渡电阻以及不平衡电流等方面的影响, 不适合应用在经消弧线圈相关的接地系统。
2.3 暂态信号选线法
运用暂态信号进行选线的有关方法在近几年发展的非常迅速, 并提出了很多相关的方法。例如根据零序电流方面的集中式进行比较选线的方法以及根据相电流分散式进行比较选线方法;凭借首容性频带相关的内配电网之中的单相接地故障所具有的基本特征, 提出有关暂态零序具体的电流幅值以及相位比较等选线方法。
这些方法都能够在待定系统之中出现故障时选取准确的故障线路, 不过在中性点有关经消弧线圈方面的接地系统出现弱故障时, 其首容性频带之中不包含电流值比较大的相关低频分量。在测量方面具有较大的误差。对于首容性频带的具体上限截止频率受系统参数影响, 需要按照系统参数进行整定。
2.4 信息融合技术选线法
2.4.1 基于神经网络的相关融合选线方法
在一些小电流接地系统有关单相接地故障方面的故障选线当中, 实际提取出的故障特征与故障选线的具体结果之间有着非常复杂的非线性联系, 很难构建一个准确的数学模型, 所以可以运用神经网络进行故障选线模型的描述。
2.4.2 基于粗糙集的相关融合选线方法
这种方法是利用决策表作为主要工具, 对于相关的故障样本数据实施离散化处理, 对于冗余信息实施知识约简, 最后得到故障线号特征以及选线方法方面的决策规则;利用概率具体的表达形式, 对于不协调的有关决策规则作出合理的处理。
2.4.3 基于模糊理论的相关融合选线方法
基于模糊理论的有关小电流方面的单线接地选线, 就是凭借模糊理论对于各种相关算法做出智能融合, 运用各种算法之间所具有的互补性, 增大可以准确选线具体故障范围, 提升选线结果所具有的可靠性。
3 总结小电流接地系统的单相接地故障选线问题难以解决的原因
对于小电流在接地系统方面的单相接地故障有关选线问题来说, 其之所以会难以解决, 最主要是有几方面的原因。首先, 由于故障边界过于随机与复杂, 无法凭借单一统计模型进行描述。其次, 其故障分量非常小, 为相关信号的检测以及选线判断方面造成困难, 尤其是对NES系统。最后, 由于补偿电网实际的失谐度、故障合闸角、线路长短和实际结构、电流和电压互感器等方面都对选线所具有的可靠性以及准确性造成了很大的影响。若想要顺利的进行故障选线, 其关键就在于怎样才能有效的将幅值比较小的相关故障分量在幅值相对较大的有关负荷电流当中提取。
4 结语
为了提升供电所具有的可靠性, 我国在中、低压方面的配电网大部分应用小电流接地的相关运行方式。本文对于小电流有关接地系统方面最常见的一些单相接地故障进行了总结研究, 并对这些方法在当前阶段存在的不足之处进行了分析, 旨在为了提升我国在单相故障有关模式下准确的故障选线, 减少漏判率以及误判等方面做出一定贡献。
参考文献
[1]鲁改凤, 化雨, 金小兵, 任志强.小电流接地系统单相接地故障选线方法探究[J].电力系统保护与控制, 2012, (12) ;117.
[2]龚静, 周有庆, 王娜, 张兰.小电流接地系统单相接地故障选线诸方法原理及利弊探讨[J].电站系统工程, 2013, (01) :123.
单相接地选线 篇6
在我国配电网中, 采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式居多, 都属于小电流接地系统。该系统具有发生单相接地时故障电流小的优点, 同时系统线电压基本不变, 不影响对负荷连续供电, 《电力系统安全规程》规定仍可继续运行0.5~2个小时。但电网长时间带接地故障运行, 容易引发相继的电气事故, 因此准确快速的查出故障线路, 对配电网的安全运行起到至关重要的作用。
二、单相接地保护选线的重要性
“单相接地”是指电气一次回路上的A、B、C三相中, 任意一相带电部位与大地之间形成导电回路;以及大气雷电或其它原因形成过电压, 致使配电设备的绝缘材料遭到破坏后, 对地绝缘电阻明显过低等现象。由于我国电力系统中主要采用中性点不接地或经过消弧线圈、高电阻接地的方式。当在同一母线上有多条配电线路时, 无论哪一条发生单相接地都不能与主变压器的绕组线圈直接构成回路, 线路中不会出现短路和过负荷等大电流现象。仅有线路与大地之间形成的电容电流发生变化, 表现为每一条线路中会出现微弱的零序电流。此电流非常小, 从几毫安到几百毫安或数安培不等, 与线路的长度成正比。但是接地时由于非接地相线对地电压上升可达相电压的√3倍, 当系统再伴随有铁磁谐振产生时, 就会使相电压升高1~5倍, 甚至更高形成过电压, 加速了电力设备绝缘材料的老化, 缩短了使用寿命, 从而导致绝缘设备被击穿, 就会出现两相或多相同时接地而发生短路事故, 加大了电力设备的损坏程度。因此, 在电力系统中经常会发生电压互感器、断路器爆炸, 配电变压器烧毁, 电力电缆和瓷瓶被击穿等事故。已有的继电保护或综合自动化保护装置中的“短路保护”、“过电流保护”和“零序电流”保护, 都属于大电流启动保护装置;单相接地时的小电流不能驱动这类保护装置动作, 因此, 不能动作于高压开关 (断路器) 跳闸, 故障线路和非故障线路也就不能被隔离。为了避免事故的扩大, 需要及时地把故障线路与非故障线路进行区分。在变电站 (所) 、开关站或发电厂中, 若没有安装可靠的“单相接地保护选线装置”, 就需要人工逐次拉闸停电试查才能选择故障线路, 有时甚至要把与母线相连的所有配电线路拉闸停电, 才能找出。这样就会造成无故障线路供电的中断, 导致大面积停电。同时这一过程非常复杂, 工作量很大, 同时对人身、设备还具有不安全的隐患, 因此一种可以快速准确的查找出接地线路的技术就显得尤为重要。
三、国内外在这一领域的技术现状
小接地电流系统单相接地保护选线, 是一个一直以来就备受关注的问题。国外在上世纪初期就有许多电力工程技术人员和高等院校对此项目进行过大量的研究, 认识度不断深入, 技术方案也越来越多, 准确率逐步在提高。其中, 具有代表性的是德国电力工程师巴赫的“首半波”理论和俄罗斯的“无功功率方向”理论。根据这些理论开发出来的装置在电力系统中进行了使用, 其选线的准确率可以达到50%左右。
我国从上世纪80年代起开始研制小电流接地系统单相接地自动选线装置。虽然起步晚, 但是发展速度却很快, 目前已具有世界先进水平。在国内根据零序电流大小的原理, 采用灵敏继电器以及晶体管电子保护等技术, 通过设定零序电流动作值进行保护选线, 经过多年的使用其选线的准确率已接近5 0%。后来, 又采用“首半波”理论和晶体管电子技术相结合, 生产出了几种不同规格的选线装置, 在我国电力系统中进行了推广使用, 使选线的准确率比前者又有所提高, 可达60%左右。
四、已有技术可靠性差的原因分析
由于主变压器二次侧三相绕组的中性点不接地 (或经过消弧线圈、电阻接地) , 当线路中的任意一相接地时, 没有与变压器的绕组构成回路 (或电阻很大) , 就不能形成电流 (或很小) , 在故障线路和接地点就不会有大电流流过。仅有线路与大地之间所形成的电容电流, 它与线路的长度成正比, 1 0 K V的线路每公里约有15mA左右。影响保护选线准确性的关键原因就在于一个“小”。因为接地时的电流很小, 从几毫安到几十毫安或几百毫安, 最大也只有几安培, 与线路中的几百安培或数千安培的负荷电流相比, 相差数千倍或数万倍。线路中故障时的电流与非故障时的电流相比没有明显的区别, 又因为很多电流互感器的测量误差所产生的不平衡电流远大于接地时的零序电流值, 现有的继电保护和综合自动化保护等设备, 不能区分是故障接地电流还是负荷电流的波动。另外, 当接地故障发生时, 不仅故障线路对地有电容电流, 而非故障线路对地同时也有电容电流, 这样不仅要测量故障线路的电容电流, 还要测量非故障线路的电容电流, 并要进行区分, 难度更大。在一些大型枢纽变电站中, 虽然配电线路较多也比较长, 接地时能够形成较大的电容电流。但是, 接地电流较大时, 又容易在故障点产生弧光, 导致二相或三相线路发生短路事故。因此, 国家有关部门明确规定:对于接地电流大于10A的系统, 要装设消弧线圈或电阻。以此来减少接地点的过度电流, 避免产生弧光;这样就使故障线路接地点的电流更小, 故障特征更加的不明显。又因电力系统是强电场和强磁场的环境, 干扰信号很大, 往往把接地信号给淹没了。
为克服现有原理存在的不足, 本文提出一种新的原理:零序电流有功分量方向原理。
五、零序电流有功分量选线原理
图1为简化的小电流接地系统模型, 为了分析方便, 忽略输电线阻抗以及线路对地电导。当K2合上时表示系统的第i条出线C相经过大小为Rd的电阻接地 (Rd=0表示金属接地) , K1合上表示系统经过消弧线圈补偿。
图2通过零序等值电路给出了零序电压以及残流等相互关系。其中Uc为K2合上 (即接地) 前接地点的电压, Uo为接地后系统的零序电压, Ir为接地点残流, ΣIc为系统总电容电流, IL为消弧线圈补偿电流。它们存在如下关系:Ir=IL-ΣIc (公式1)
由于IL的补偿, 残流会大大削弱, 例如当消弧线圈运行在过补偿且脱谐度为10%, Ir=-10%×Ic, 补偿后残流变为原来的1/10, 使接地点电弧自动熄灭的可能性大大增加, 提高了电网运行的可靠性。然而残流急剧减小给选线带来了麻烦, 见图3的分析。
如图3所示, 出线m为故障线路, CT1~CTn为各线路的零序互感器, I01~I0n为对应出线的零序电流。故障线路的零序电流I0m=ICm+Ir (公式2)
即故障线路的零序电流等于消弧线圈补偿电流再减去所有非故障线路电容电流的和。假设系统没有消弧线圈补偿即IL=0时, 故障线路零序电流为所有非故障线路电容电流之和, 其幅值较大, 相位与非故障线路相反, 故障特征很明显, 对选线而言有积极作用, 缺点是残流较大。假设消弧线圈完全补偿系统电容电流, 即Ir=0, 此时各出线零序电流即为线路本身电容电流, 故障线路零序电流的幅值和相位与非故障线路没有明显区别, 即故障特征不明显单凭幅值作为判据在电容电流较小的线路发生故障时容易误判。加上互感器采样误差等原因, 使补偿后的小电流接地系统选线成为一个难题。
六、结论
本文对零序电流有功分量选线原理进行优化, 比较各零序电流间的相位差别, 实际隐含了有功分量的原理, 因为有功分量都是在同一零序电压作用下产生的, 零序有功在各支路中存在区别, 主要原因还是各出线零序电流相位上的区别, 而本方法则直接利用了这一特征, 减少了多引入零序电压一个量带来的误差, 同时利用了残流特征, 提高了该方法的选线准确性。
参考文献
[1]龙华, 孟庆海.供配电安全技术.北京机械工业出版社.2003年
[2]李光琦.电力系统暂态分析.北京中国电力出版社
单相接地选线 篇7
关键词：小电流接地,故障选线,故障定位
在6KV至35KV的中低压配电网络中, 我国通常采用小电流接地方式, 包括经消弧线圈接地 (NES) 、经高电阻接地 (NRS) 及不接地 (NUS) 三种运行方式。在高压配电网中则采用大电流接地系统直接接地, 以保证配点网络的安全运行。采用小电流接地发生故障时不会形成短路回路, 故障电流较小, 系统线电压的对称性并没有遭到比较严重的破坏, 系统仍可运行, 继电保护不会立即动作, 一般可再运行一到两个小时, 但不能长时间运行, 否则会带来严重的停电事故甚至人员伤亡, 所以就必须在这段时间内尽快完成故障选线和故障定位。
据统计, 小电流接地系统中单相故障率最高, 约占八成, 而单相接地故障特征不够明显, 可用的信息量较小。因此如何快速准确地实现小电流单相故障检测成为电力系统安全生产的重要技术难题。
一、故障选线
当发生单相故障时如何快速准确地确定故障线路, 按其实现原理故障选线方法可有稳态分析, 暂态分析和非故障信号分析三大类:
(一) 基于稳态分量的选线方法。
1.负序电流法。利用故障线路的负序电流与非故障线路的复制大小及方向的区别加以选线。发生单相接地故障时, 故障线路的负序电流明显更大且与其他线路方向相反, 在线路中设置CT进行检测即可。但是由于CT的不平衡性, 检测精度, 以及线路的长度, 过渡电阻等因素会直接影响选线精度。在NES系统中该方法难以实现。
2.零序电流有功分量法。在NES系统中消弧线圈可等效为电感并联电阻, 当发生单相接地故障时, 只有故障线路零序电流中才含有有功分量, 且有功分量和零序电压反向, 而与地电容电流方向垂直。利用这个就可以实现故障线路的选择, 但是在实际使用中仍然会受到CT精度和平衡性的影响。
3.谐波法。在NES系统中发生单相接地故障时, 考虑到整个系统的非线性, 必然会在故障电流中体现出来, 因此提取电流信号进行谐波分析, 可以进行故障选线。一般取五次谐波, 因为消弧线圈在五次谐波的补偿作用非常小可以忽略消弧线圈的作用。但是五次谐波分量一般较小, 容易受到系统干扰, 又易受电源电势波形、变压器、负荷等影响, 波动较大。这使得采用该方法对测量精度的要求更高。
(二) 基于暂态分量的选线方法。
1.首半波法。暂态电流和电压相位关系固定, 而故障线路和非故障线路之间的暂态零序电流方向相反。利用这个原理可以实现故障线路的选择。但该方法测量暂态信号较小, 还有过渡电阻的影响, 存在工作死区, 容易误判。
2.基于小波变换法。暂态中包含着大量的故障信息, 而小波变换能分析微弱及突变的暂态信号, 能够选择合适的小波就可以很好地利用瞬时信号判断接地故障, 提取故障特征。
3.暂态能量法。定义W=∫uidt为故障线路的能量函数, 故障线路的能量将远大于非故障线路的能量, 且正负不同, 因此通过采集不同线路的瞬时功率即可进行故障选线。该方法在相电压过零附近发生故障或过渡电阻较大时, 其暂态过程不明显, 容易误判。
(三) 基于非故障信号的选线方法。
1.注入法。注入能区分系统各种信号的特殊信号, 对系统进行分析, 由于该信号不影响系统, 而在故障线路和非故障线路中的运行结果不同, 利用寻迹法可以有效地区分故障线路。该方法需要外加注入设备, 且信号的设置和使用精度仍然有待提高。
2.光学传感器法。利用安装在变电站出现和线路馈线终端的光学电流传感器 (Optical Current Transducer, OCT) 采集数据进行选线和定位。光学电流传感器是光学元件, 其发展受到相关材料和技术的制约, 但是其良好的线性, 宽带宽, 抗电磁干扰能力, 以及低成本, 安全运行和体积小等特点使得其得到了越来越多的关注。
综上所述, 进行故障选线的常规方法都有自己的使用特点, 仍然存在反应误判等情况, 配电网络的复杂运行环境及可变的结构使得某一单一方法都难以完全准确地实现故障选线, 因此采用综合判定方法成为一种趋势。随着检测技术的发展, 数学分析能力的提高, 设备自动化水平的提升, 相关技术将得到长远发展。
二、故障选线
近年来国内外针对小电流单相接地系统故障定位问题也有一定的研究, 但实用化成果较少。许多学者基于对被测电量、测量手段和线路模型的不同考量, 提出了几种定位方法, 如行波定位法、阻抗定位法及基于计算机的数字式定位方法等等。根据实现原理, 故障定位的研究方法大致可以分为三类:
(一) 故障分析定位法。目前, 故障分析定位法主要指的是阻抗法, 该方法是利用测量信息计算故障阻抗来实现定位的, 该算法建立在阻抗法或电抗法的基础之上, 计算方法较复杂。故障发生后, 在输电线路一端利用测量电抗的方法来判断故障点的距离时, 故障定位的准确性就会受到故障电阻的影响。受故障前负荷电流的影响, 流经故障电阻的电流和从线路一端测得的电流就会出现微小的相位差。由此故障电阻可认为是含有电阻和电抗分量实视在阻抗, 实在阻抗影响了测得的电抗值, 引起故障定位的误差, 探测精度不高。
(二) 行波定位法。行波定位法的研究始于20世纪60年代, 是根据行波传输理论实现故障定位的一种研究方法。目前该方法大致分为三种类型, 第一种类型是根据故障点产生的行波, 到达母线测量点后反射到故障点, 再由故障点反射回母线测量点, 往返一次的时间及行波的波速来实现定位;第二种类型是根据故障点产生的行波到达两侧母线的时刻并借助通信联系实现定位;第三种类型是根据故障发生后由装置人为发射高压高频或直流脉冲信号, 根据信号从装置到故障点的往返时间实现故障定位。小电流系统发生单相接地故障时, 接地电阻较大, 反射不明显, 无法对故障进行有效定位, 因此行波定位法不适用于小电流单相接地故障的定位技术研究。
(三) 智能化定位。传统的定位技术如阻抗法和行波法都不能实现有效的故障定位。因此, 近年来许多学者引入各种基于计算机的数字化技术, 如小波分析与人工神经网络 (ANN) 技术等, 与此同时, 结合动态信号处理、专家系统及模糊理论等, 为故障信号的分析与处理提供了一种新的途径, 推动了智能化的故障定位之路, 为实现精确的故障定位打下了良好基础。但目前都处于研究阶段并未实现实用化。
三、结语
综上所述, 目前小电流单相接地系统的故障选线与定位技术的研究相对较少, 现有的各种故障选线和定位方法都有一定的局限性, 真正用于现场实际的定位装置更是少见, 严重阻碍了我国配电网自动化的水平的提升, 因此如何实现精确的故障选线和定位及实用化产品的研制具有重要的研究价值和现实意义。
参考文献
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[2].龚林春.小波神经网络在配电网馈线单相接地故障定位的研究[D].武汉:中南大学, 2008
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