劉 揚，唐瑩瑩

（湖州市電力局，浙江湖州313000）

基于穩(wěn)態(tài)零序電流的故障選線方法的研究＊

劉 揚，唐瑩瑩

（湖州市電力局，浙江湖州313000）

在10k V配網(wǎng)系統(tǒng)中，單相接地是最常見、最難處理的故障.現(xiàn)階段的各種小電流選線裝置，在復雜的配網(wǎng)環(huán)境中，都不能保證準確的選出故障線路.而采取傳統(tǒng)的“拉路法”查找故障，又不能滿足對供電可靠性的要求.因此提出一種利用故障時線路零序電流的方法來確定故障線路，該方法能在不停電的情況下，輔助調度員快速判別故障線路，并有效降低故障線路誤判的可能性.

穩(wěn)態(tài)零序電流；故障；選線方法

配電網(wǎng)線路故障中，單相接地故障發(fā)生率最高.由于小電流接地系統(tǒng)單相接地故障電流幅值較小，可用的故障信息不夠明顯，所以故障選線一直是配電網(wǎng)運行中的重要技術難題.一般的方法是通過線路零序電流的幅值、相位、方向等來確定故障線路.

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，尤其是城市配網(wǎng)結構的復雜化，對單相接地故障時零序電流產(chǎn)生了較大的影響，從而嚴重影響了小電流選線的準確性.以湖州電力局市區(qū)配網(wǎng)調度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，市區(qū)變電所的小電流選線正確率在50%以下.而市區(qū)存在大量的重要用戶，對供電可靠性的要求較高.因此，較低的小電流選線正確率嚴重影響調度員處理接地故障的速度和準確性.如何適應電網(wǎng)發(fā)展，在現(xiàn)有條件與設備條件下，提高故障判斷的準確性和全面性，及時、正確、最優(yōu)化的隔離和處理電網(wǎng)故障，并有效縮短停電時間，減少停電損失，對電網(wǎng)的堅強穩(wěn)定運行和減輕調度員的壓力都有著非常重要的實際意義.

本文提出一種基于線路穩(wěn)態(tài)零序電流的故障選線方法，該方法能在現(xiàn)有條件下，通過在不停電的條件下改變網(wǎng)絡結構，觀察線路零序電流的變化，準確的判斷故障線路，能較好地解決現(xiàn)階段調度運行工作中的問題.

1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障穩(wěn)態(tài)特征

配電網(wǎng)線路故障中，單相接地故障發(fā)生率最高.由于小電流接地系統(tǒng)單相接地故障電流小，系統(tǒng)可帶故障繼續(xù)運行一定時間，顯著提高了供電可靠性，同時也具有提高設備和人身的安全性，降低通訊系統(tǒng)的電磁干擾等優(yōu)點.因此，我國配電網(wǎng)主要采用中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng).

1.1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地穩(wěn)態(tài)特征

圖1給出了一個中性點不接地系統(tǒng)的簡化圖.

假設系統(tǒng)有三條長度不等的線路，為分析方便，設線路空載運行.線路3（XL－3）的A相發(fā)生單相金屬性接地時，忽略電源內阻和線路上的電壓降，則電網(wǎng)中基波電容電流的分布狀況如圖1所示.圖中假定正常運行情況下的三相電壓對稱平衡，三相對地電容相等，并忽略三相對地電導.

對于非故障線路1，其三相對地電容電流由式（1）給出：

對于故障線路3，健全相的電容電流仍用同樣的方法求得，但其故障相電容電流不再為零.故障線路的三相電容電流分別為：

則故障線路3的基波零序電流為：

式（4）說明，故障線路的零序電流等于所有非故障線路零序電流的向量和，方向由線路流向母線［2］.圖2給出了中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序電流與零序電壓的相量圖.I·ec為故障點流過的電容電流.

1.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地穩(wěn)態(tài)特征

在大量采用電纜出線的城市配網(wǎng)中，由于單相接地時存在較高的電容電流，因而大多采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的方式.下面就中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時穩(wěn)態(tài)情況下的基波零序電流分布情況進行分析.

圖3給出了一個中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)簡圖.當線路3發(fā)生單相接地故障時，同樣不考慮對地電導的影響，線路1和2的零序電流分布狀況分別為其大小和方向均保持不變.

由于消弧線圈的作用，此時故障點的接地電流由原來的電容電流變?yōu)橛上【€圈產(chǎn)生的電感電流補償后的殘流，仍具有零序性質.此時故障線路3的基波零序電流為：

定義失諧度為：

式中IC為電網(wǎng)對地電容電流之和，IL為消弧線圈產(chǎn)生的電感電流.這樣，式（5）又可以寫成：

由式（7）可知，在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，隨著消弧線圈的補償程度不同，故障點零序電流的方向也會發(fā)生改變.實際中，消弧線圈多運行在過補償方式.在過補償狀態(tài)下，故障線路和非故障線路的基波零序電流的方向相同，且通常消弧線圈靠近諧振點運行，故故障線路零序電流數(shù)值也很小，因而無法再通過基波穩(wěn)態(tài)零序電流比幅的方法來選擇故障線路.

由圖4可以看出，由于電感電流補償了電容電流，接地電流大大減小，且所有線路零序電流方向相同，穩(wěn)態(tài)判據(jù)失效.

2 選線方法的提出

2.1 調度員處理單相接地故障方式及問題

由于單相接地時故障電流幅值較小，可用的故障信息不夠明顯，且易受CT不平衡電流、過渡電阻及變電站強電磁環(huán)境干擾的影響，因此小電流選線裝置普遍無法正確選線.若有接地故障，則靠值班人員逐條饋線順序拉閘停電來確定故障線路.這種“拉路法”既浪費人力物力，又嚴重影響其他線路供電的可靠性和安全性.

現(xiàn)階段，調度員在處理故障時能夠參考的信息只有線路穩(wěn)態(tài)零序電流的幅值.由圖4可知，單相接地時，故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流不僅方向相同，大小也相差不多.如果只利用此時的穩(wěn)態(tài)零序電流來判別故障線路，可能會出現(xiàn)漏判、錯判，直接影響供電可靠率和故障處理的效率.因此，如何利用現(xiàn)有的條件，在不給用戶停電的情況下，準確查找故障線路，就成了一個亟待解決的問題.

2.2 利用線路合環(huán)方式查找故障線路

由圖4可知，經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，當發(fā)生單相接地故障時，每條線路都會出現(xiàn)零序電流，而零序電流最大的卻不一定就是故障線路.因此，我們通過將10k V線路與另一變電所的10k V線路合環(huán)改變網(wǎng)絡結構，從而迫使零序電流改變，通過觀察此后線路零序電流穩(wěn)態(tài)值的變化情況，選定故障線路.

由圖5可知，當線路1與另一變電所的線路4合環(huán)時，線路1和2的零序電流分布狀況分別為，穩(wěn)態(tài)零序電流只會因為零序電壓和線路對地電容的改變而產(chǎn)生不大的變化；而此時，故障線路的零序電流則會因為對側變電所主變中性點消弧線圈的補償作用而產(chǎn)生較大的變化：

因此，此時調度員只需通過觀察線路穩(wěn)態(tài)零序電流的變化來找出故障線路.變化量最大的線路可判斷為故障線路.根據(jù)湖州電力局調度所的統(tǒng)計，根據(jù)此方法判別故障線路，正確率可達90%，極大的提高了調度員處理單相接地故障的效率，減少了對用戶的停電，具有非常好的實用效果.

在單相永久接地故障的情況下，若改變電網(wǎng)結構（通過將線路與其他線路合環(huán)），則故障線路中的零序電流（故障點的殘余電流）會隨之改變.因此，各條出線在電網(wǎng)結構改變前后零序電流的變化最大的即為故障線路.該方法的靈敏度、可靠性較高，其缺點是對不經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)不能適用，適用范圍具有較大的局限性.該方法對故障選線十分有利，特別適用于配網(wǎng)結構復雜且擁有大量電纜線路的市區(qū)變電所，在日常的調度工作中具有很高的實用價值.

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TM734

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1009－1734（2011）S0－0004－04

2011－09－10

劉揚，工程師，從事配電網(wǎng)調度研究.