摘 要：分界開關(guān)是供電企業(yè)和用戶責(zé)任歸屬的分界點(diǎn)，目前在山東的應(yīng)用范圍非常廣泛。當(dāng)單相接地故障發(fā)生時(shí)，經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的故障電流較小，接地電弧不穩(wěn)定，使得基于穩(wěn)態(tài)量整定的分界開關(guān)存在誤動(dòng)現(xiàn)象，從故障暫態(tài)原理入手，可以使該問題得到可靠解決。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；分界開關(guān)；暫態(tài)法；分界判據(jù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.157

0 引言

單相接地故障占電網(wǎng)故障的80%左右，根據(jù)故障持續(xù)時(shí)間分為瞬時(shí)性、間歇性和永久性故障。諧振接地方式不僅可以自動(dòng)消除瞬間單相接地故障，還能降低間歇性故障發(fā)生概率，已成為國內(nèi)中壓配電網(wǎng)主要接地方式。國際上，日本以及歐洲國家（德國、法國、意大利、俄羅斯等）也是采用小電流接地方式。國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)消弧線圈接地故障跳閘率比小電阻接地減少50%左右。

目前，山東電網(wǎng)普遍采用在架空線路責(zé)任分界點(diǎn)處（或附近）裝設(shè)一臺(tái)分界開關(guān)，隔離用戶內(nèi)部故障，確保對(duì)非故障用戶的供電。通過動(dòng)作情況的匯報(bào)，發(fā)現(xiàn)其誤動(dòng)作時(shí)有發(fā)生。因此，迫切需要找出諧振接地故障分界檢測(cè)技術(shù)中存在的問題，提高分界開關(guān)正確動(dòng)作率，避免誤動(dòng)對(duì)非故障用戶造成長(zhǎng)時(shí)間停電，減小停電范圍，加快接地故障查找與修復(fù)速度，提高配電網(wǎng)安全運(yùn)行水平與供電質(zhì)量。

1 分界開關(guān)誤動(dòng)原因

針對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的配電系統(tǒng)，開展用戶分界開關(guān)性能測(cè)試，模擬區(qū)內(nèi)外金屬接地、弧光接地、間歇接地故障，發(fā)現(xiàn)間歇接地故障時(shí)分界開關(guān)誤動(dòng)幾率高。

1.1 穩(wěn)態(tài)原因

諧振接地補(bǔ)償電容電流，非故障線路零序電流比故障線路高，殘流小于10A，電流方向相同，不存在零序電流整定值區(qū)間，因整定值設(shè)置過低造成誤動(dòng)。采用工頻濾波算法的普通分界開關(guān)控制保護(hù)器，濾波后的零序電流幅值偏大，易超過整定值也會(huì)引起分界開關(guān)誤動(dòng)。

1.2 暫態(tài)原因

由于接地電流小，接地電弧易于熄滅和重燃，相當(dāng)比例的接地故障為間歇性弧光接地故障。間歇性故障暫態(tài)過程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、暫態(tài)零序電流幅值大。如果按穩(wěn)態(tài)量整定動(dòng)作值，在出現(xiàn)間歇性接地故障時(shí)，因?yàn)橛幸粋€(gè)持續(xù)的暫態(tài)信號(hào)搗亂，暫態(tài)幅值遠(yuǎn)大于整定值，分界開關(guān)誤動(dòng)。

綜上所述，諧振接地分界開關(guān)零序電流與電容電流難以從有效值上可靠區(qū)分，間歇性故障中暫態(tài)零序電流幅值偏大，傳統(tǒng)保護(hù)整定值失效，導(dǎo)致分界開關(guān)不能正確動(dòng)作。暫態(tài)量不受消弧線圈的影響，利用其實(shí)現(xiàn)分界，能夠提高可靠性。

2 解決方案

2.1 原理分析

暫態(tài)信號(hào)的主頻在300～1000Hz，比消弧線圈中的阻抗主頻大6～20倍，可以忽略消弧線圈對(duì)暫態(tài)信號(hào)的影響，幾乎沒有電感電流存在，暫態(tài)信號(hào)幅值大是因?yàn)楦哳l下容抗小，容性電流大。接地故障時(shí)，故障相電壓出現(xiàn)下降，電容開始對(duì)地放電，非故障相電壓上升，電容進(jìn)行充電。因此，信號(hào)幅值很大。我們的整定值躲過了暫態(tài)信號(hào)的最大值，就不會(huì)誤動(dòng)了。

圖1給出了暫態(tài)零序電流分布等效圖，R近似等于3倍的接地電阻加上零序線路電阻；電感近似等于零序線路電感；3lp是接與母線中性點(diǎn)的諧振線圈，經(jīng)過并聯(lián)C形成回路。電源突然接入瞬間，電感幾乎不起作用，電容相當(dāng)于短路，暫態(tài)電流很大。因此暫態(tài)分界法不受諧振接地方式的影響。

發(fā)生電弧接地時(shí)，每一次重燃均有暫態(tài)分量產(chǎn)生，并且高頻零序電流衰減程度很大，數(shù)值出現(xiàn)明顯的變化，可以用來判斷故障。故障突然發(fā)生瞬間，消弧線圈幾乎不起作用，采用暫態(tài)零序電流法僅需要取故障發(fā)生后一個(gè)周波的暫態(tài)量進(jìn)行分析計(jì)算，不受消弧線圈的影響，因此采用此種原理保護(hù)控制器的分界開關(guān)仍可正確感知故障。

2.2 分界判據(jù)

分界開關(guān)安裝在線路末端，其下游線路長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)中其它部分線路長(zhǎng)度之和。當(dāng)接地故障為系統(tǒng)側(cè)時(shí)，分界開關(guān)處流過的暫態(tài)零序電流僅為用戶側(cè)的暫態(tài)零序電流，暫態(tài)零序電流幅值小；而當(dāng)接地故障位于用戶側(cè)時(shí)，則分界開關(guān)處流過的暫態(tài)零序電流為系統(tǒng)側(cè)所有線路的暫態(tài)零序電流之和，將有很高的暫態(tài)零序電流。

線路發(fā)生故障后，沒有故障的區(qū)段兩端的暫態(tài)零序電流幅值相差不大，方向都是從線路流向母線，電流變化曲線相近；故障區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)上游的電流幅值遠(yuǎn)大于故障點(diǎn)下游的幅值，區(qū)段兩端的電流方向相反，電流變化曲線存在差異。

暫態(tài)零序電流幅值法通過檢測(cè)暫態(tài)零序電流的峰值是否超過電流定值判斷接地故障的方向。整定值首先應(yīng)可以躲過系統(tǒng)側(cè)故障，然后根據(jù)用戶側(cè)暫態(tài)零序電流的最大值來整定。因此可以避免間歇性接地故障時(shí)系統(tǒng)側(cè)誤動(dòng)。故障出現(xiàn)在分界開關(guān)下游時(shí)，分界開關(guān)處的暫態(tài)零序電流與故障點(diǎn)的接地電流幅值相差不大，暫態(tài)零序電流法的電流定值遠(yuǎn)小于流過分界開關(guān)電流的最大值，能夠正確識(shí)別接地點(diǎn)在下游用戶系統(tǒng)內(nèi)。

2.3 故障檢測(cè)流程

（1）檢測(cè)到零序電流超過整定值時(shí)啟動(dòng)算法。

（2）對(duì)故障前后數(shù)據(jù)進(jìn)行錄波。

（3）判斷故障是否在用戶界內(nèi)。

（4）若為用戶界內(nèi)永久故障，執(zhí)行跳閘隔離故障。

（5）若為用戶界內(nèi)瞬時(shí)性故障，上傳告警信息。

2.4 故障檢測(cè)算法

2.4.1 采集對(duì)象

分界開關(guān)控制器需采集線路零序電流，為保證檢測(cè)的可靠性，采用零序電流互感器直接采集方式。保證在接地電阻較大時(shí)的測(cè)量精度，合理選擇一次零序CT和二次零序CT的變比以及二者相互匹配。

2.4.2 定值整定

由于暫態(tài)零序電流存在多頻率組合以及其衰減、呈非周期性等特點(diǎn)，準(zhǔn)確計(jì)算得到暫態(tài)零序的最大值是關(guān)鍵點(diǎn)。由于接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)零模電流幅值受多種因素影響，如果電流定值設(shè)定大，會(huì)降低反應(yīng)下游用戶系統(tǒng)接地故障的靈敏度；如果定值電流定值小，易造成系統(tǒng)側(cè)故障時(shí)分界開關(guān)誤動(dòng)。

接地電流包含整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成的電容電流和經(jīng)消弧線圈產(chǎn)生的電感電流，當(dāng)消弧線圈發(fā)生有功損耗時(shí)，還存在有功電流：

諧振接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，復(fù)合序網(wǎng)如圖2所示，在零序網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)N經(jīng)3阻抗接地。其中。

由復(fù)合序網(wǎng)可得，線路對(duì)地電容產(chǎn)生非故障線路的零序電流，其表達(dá)式為，非故障線路的零序電流相位角比零序電壓的相位角超前90度。所以非故障線路零序電流的幅值不受消弧線圈的影響，也不會(huì)影響零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系。

故障線路的零序電流：

為全網(wǎng)電容電流，說明流過消弧線圈的有功電流經(jīng)故障線路構(gòu)成回路時(shí)，在過補(bǔ)償情況下超前的相角大于90度而小于180度；欠補(bǔ)償時(shí)，滯后的相角在90度到180度之間。因此可根據(jù)零序功率檢測(cè)故障區(qū)域。

2.4.3 算法說明

研究故障檢測(cè)算法包括零序電流采集、定值整定、用戶側(cè)電容電流估算原則、自動(dòng)隔離動(dòng)作時(shí)間定值等。終端在檢測(cè)到故障后啟動(dòng)，按均方根法計(jì)算暫態(tài)零序電流幅值多次（每周波1次），計(jì)算出暫態(tài)幅值最大值，當(dāng)暫態(tài)幅值最大值高于判據(jù)定值則判定故障發(fā)生在用戶界內(nèi)。

實(shí)際暫態(tài)電流幅值受多種因素影響，一般認(rèn)為最大可達(dá)穩(wěn)態(tài)電容電流的十倍。實(shí)際暫態(tài)電流幅值受多種因素影響，一般認(rèn)為最大可達(dá)穩(wěn)態(tài)電容電流的十倍。如果用戶電容電流是1A，系統(tǒng)故障時(shí)，用戶暫態(tài)電流最大不會(huì)超過10A。如果定值選為12A，顯然就不會(huì)動(dòng)作。如果用戶側(cè)故障，流過分界開關(guān)的暫態(tài)電流幾乎是整個(gè)系統(tǒng)的暫態(tài)電流，幅值達(dá)數(shù)十安倍、上百安培，因此，能夠可靠動(dòng)作。

3 方案評(píng)價(jià)

故障量特征量明確，從原理上克服了分界開關(guān)現(xiàn)階段采用零序電流進(jìn)行故障判斷受消弧線圈接地方式及運(yùn)行方式影響大，不存在定值區(qū)間的問題。對(duì)于間歇性故障，采用暫態(tài)零序電流法不會(huì)出現(xiàn)受暫態(tài)影響數(shù)值失真而引起誤動(dòng)的問題。綜上所述，本方案可以從根本上解決目前分界開關(guān)誤動(dòng)頻發(fā)的問題，是一個(gè)原理正確、簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。

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作者簡(jiǎn)介：張新一（1987-），男，碩士研究生，主要研究方向：繼電保護(hù)及新技術(shù)應(yīng)用。