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        基于暫態(tài)零序電流算法的配網(wǎng)故障快速定位

        2015-03-06 05:48:20陳小喬鄧國明陽細斌
        機電信息 2015年33期
        關(guān)鍵詞:故障

        陳小喬 鄧國明 陽細斌

        (廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽江供電局,廣東 陽江 529500)

        0 引言

        我國配電網(wǎng)多采用中性點非直接接地方式,單相接地故障快速定位一直是供電企業(yè)的難點之一。本文從理論上對中性點非直接接地電網(wǎng)的零序網(wǎng)絡(luò)進行相頻特性分析,根據(jù)暫態(tài)零序電流的特征,提出一種利用相鄰FTU檢測的暫態(tài)零序電流做出快速故障定位的方法。這種方法能夠準確定位出中性點非直接接地電網(wǎng)中故障區(qū)域,減少了故障時過渡電阻對故障定位造成的影響,具有較高的靈敏度。

        1 零序網(wǎng)絡(luò)的相頻特性

        1.1 單條無故障線路的零序阻抗相頻特性

        設(shè)單條10 k V架空線路每千米的零序電阻為R0,零序電感為L0,零序電容為C0,其線路長度為M,角頻率為ω,則根據(jù)典型分布參數(shù)模型,這條線路的輸入阻抗Z0如下:

        根據(jù)式(1),該條10 k V架空線路的零序阻抗相頻特性如圖1所示。

        分析圖1可以發(fā)現(xiàn),單條10 k V架空線路零序阻抗的相頻特性是從+90°~-90°呈周期變換的曲線。隨著頻率加大,該架空線路的零序阻抗在容性頻帶以及感性頻帶之間相互轉(zhuǎn)換。第一次頻帶轉(zhuǎn)換的頻率在2 k Hz左右。

        1.2 中性點不接地電網(wǎng)的零序阻抗相頻特性

        假設(shè)在多條10 k V架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)中,有一條線路發(fā)生了單相接地故障。對于沒有發(fā)生故障的線路,其零序阻抗的相頻特性只和本條線路相關(guān),即與圖1所示的相頻特性相同。而對于故障線路,其檢測到的阻抗與其余所有線路構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)有關(guān),由于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的線路同時存在自身的串聯(lián)諧振以及相互之間的并聯(lián)諧振,零序阻抗具有不規(guī)則的感性或容性。即故障線路的相頻特性與其他正常線路相關(guān),故障線路發(fā)生串聯(lián)諧振時,其頻率等于其余線路發(fā)生串聯(lián)諧振的最小值。設(shè)有4條線路,1~3條為正常線路,第4條線路為故障線路,則這4條線路的相頻特性如圖2所示。

        圖2 線路故障時零序阻抗的相頻特性

        由圖2可見,在ω′之前,所有線路的阻抗都為容性。

        2 暫態(tài)零序電流的特點

        在圖2中,0~ω′頻段內(nèi)各線路的阻抗都為容性,用電容等效,這個頻段內(nèi)暫態(tài)零序電流為容性電流。對于故障線路,其出口點監(jiān)測到的零序電流,為其余正常線路對地零序電容電流之和,電流方向為由線路流向母線。在線路發(fā)生接地故障時,在故障點相當于出現(xiàn)了一個虛擬電源,從該點流出的零序電流向線路上游和下游流去,故障區(qū)段兩端檢測到的暫態(tài)零序電流方向相反,在幅值上上游電流更大。

        因此0~ω′頻段內(nèi)的暫態(tài)零序電流具有以下特點:(1)故障線路的暫態(tài)零序電流幅值大于或等于正常線路;(2)故障線路的暫態(tài)零序電流由線路流向母線,而正常線路的暫態(tài)零序電流由母線流向線路;(3)故障線路的正常段兩端電流幅值基本相等,且電流流向相同,而故障線路的故障區(qū)段兩端電流方向相反,且故障區(qū)段流向上游的電流幅值會遠大于流向下游的電流幅值。

        3 基于暫態(tài)零序電流幅值的故障快速定位方法

        3.1 建立饋線自動化系統(tǒng)

        建立典型的環(huán)網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng),配置FTU、通信網(wǎng)絡(luò)及FA控制主站。其工作方式為:在線路發(fā)生接地故障后,F(xiàn)TU能夠檢測到過電流,利用通信網(wǎng)絡(luò)將故障信息發(fā)送給控制主站后,控制主站對該信息進行分析,找出故障區(qū)段。根據(jù)饋線自動化系統(tǒng)給出的結(jié)論,操作分段開關(guān)將故障區(qū)段隔離,恢復(fù)其余正常線路的供電。

        3.2 基于暫態(tài)零序電流幅值的故障快速定位算法

        設(shè)第k條線路在0~ω′頻段內(nèi)暫態(tài)零序電流分量為i0k,其第i個數(shù)據(jù)有i0ki,則暫態(tài)零序電流的有效值I0k計算公式如下:

        式中,n為數(shù)據(jù)的總個數(shù)。

        設(shè)線路上游的暫態(tài)零序電流為I01,線路下游的暫態(tài)零序電流為I02,則上下游暫態(tài)零序電流的比值η如下:

        從上文可知,對于線路正常區(qū)段,η約等于1;而對于故障區(qū)段,η遠大于1。所以,利用線路各區(qū)段兩端的FTU檢測到的上下游暫態(tài)零序電流的比值η,即可判斷故障區(qū)段。

        當η<ζ(ζ可整定)時,則判斷該區(qū)段兩端暫態(tài)零序電流幅值相差不大,為正常區(qū)段;當η>ζ(ζ可整定)時,則判斷該區(qū)段兩端暫態(tài)零序電流幅值相差過大,為故障區(qū)段。

        3.3 算法特點

        采用上述算法,由于FTU發(fā)送的只是暫態(tài)零序電流幅值,而不是全部暫態(tài)零序電流數(shù)據(jù),故傳輸數(shù)據(jù)量小,對通訊網(wǎng)絡(luò)的壓力較小。同時,這種算法在采集暫態(tài)零序電流幅值時不需要時間同步,即時間不同步也不影響對故障區(qū)段的判斷。從相頻分析可以看出,暫態(tài)零序電流幅值遠大于工頻分量,保證了故障發(fā)生后監(jiān)測結(jié)果的準確性。

        4 結(jié)語

        線路的零序阻抗相頻特性呈周期性變化,第一次線路零序阻抗從容性頻帶轉(zhuǎn)換為感性頻帶時的頻率遠大于工頻,在0~ω′頻段內(nèi)暫態(tài)零序電流為容性電流。而線路正常區(qū)段和故障區(qū)段兩端的電流具有明顯的不同,采用基于暫態(tài)零序電流幅值的故障快速定位算法,其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較少,對故障的定位具有較高的靈敏性和可靠性。

        [1]杜剛,劉迅,蘇高峰.基于FTU和“S”信號注入法的配電網(wǎng)接地故障定位技術(shù)的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2010,38(12):73-76.

        [2]張彩友.單相接地故障指示器技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2007,31(S2):280-283.

        [3]齊鄭,鄭朝,楊以涵.諧振接地系統(tǒng)單相接地故障區(qū)段定位方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(9):77-80.

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