基于殘流增量法諧振接地系統(tǒng)故障定位的新方法

基于殘流增量法諧振接地系統(tǒng)故障定位的新方法

0故障定位和測量原理中國大多數(shù)6.35kv配電系統(tǒng)都是輻射友好的接地系統(tǒng)。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，1.消弧圈的感知器電流補(bǔ)償了電網(wǎng)接地電流，限制了接地故障電流的破壞，并便于殘余電流的接地弧容易倒塌。如果剩余電流通過零冷卻弧，則可以降低故障相補(bǔ)償?shù)某跛俣群驼穹?，以避免接地弧的?fù)荷，并完全停止。但由于消弧線圈的電感電流對接地電流的補(bǔ)償,導(dǎo)致接地電流較小、故障線路的故障特征不明顯,增大了該系統(tǒng)故障選線和故障定位的難度。目前已提出多種諧振接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法,但相關(guān)的定位方法還很少。本文將文獻(xiàn)的殘流增量法進(jìn)一步應(yīng)用到故障定位中,該方法在故障發(fā)生后改變消弧線圈的電抗值,以金屬接地的零序電壓下電感電流改變?yōu)榛鶞?zhǔn),根據(jù)消弧線圈改變前后該測點(diǎn)的零序電流模值變化特征來判斷故障位置。通過將零序電流模值折算到同一電壓水平下相減,克服了接地電阻的影響。針對線路上零序電流的測量難問題,本文采用移動式零序電流互感器法,并給出了檢測原理及檢測過程。仿真試驗(yàn)充分驗(yàn)證了該方法的有效性。1故障線路的對地零序電容值的計(jì)算以圖1所示系統(tǒng)為例,對諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后的零序電壓和零序電流進(jìn)行分析。該系統(tǒng)具有n條出線,出線n上A相經(jīng)電阻接地,接地電阻為R。非故障出線的零序電流為:I˙0i=U˙0jωCi(1)Ι˙0i=U˙0jωCi(1)式中:Ci為非故障出線i的對地電容值。消弧線圈的電感電流為:故障出線n出口處的零序電流為:故障點(diǎn)的零序電流為:I˙0f=I˙0L?(∑i=1n?1I˙0i+I˙0nall)=U˙0j(13ωL?ωC)(4)Ι˙0f=Ι˙0L-(∑i=1n-1Ι˙0i+Ι˙0nall)=U˙0j(13ωL-ωC)(4)式中:I˙0nallΙ˙0nall為故障出線總的對地零序電流;C=∑i=1nCiC=∑i=1nCi為所有線路的對地零序電容值。繪出圖1系統(tǒng)的三相電路結(jié)構(gòu),可求得經(jīng)接地電阻為R的零序電壓U˙0U˙0為:U˙0=?E˙a1+jR(3ωC?1ωL)(5)U˙0=-E˙a1+jR(3ωC-1ωL)(5)根據(jù)以上分析,諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障有如下特點(diǎn):1)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,將產(chǎn)生零序電壓,且系統(tǒng)中各點(diǎn)的零序電壓近似相等。2)故障線路出口處的零序電流等于所有非故障線的零序電流與消弧線圈的電感電流之和,零序電流與零序電壓之間的相位由消弧線圈的電感電流大小來決定。3)過補(bǔ)償時,故障線路由母線至故障點(diǎn)的這一段故障路徑上,零序電流逐漸減小,相位超前零序電壓90°,和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)恰好相反。4)若單相接地故障為經(jīng)電阻接地,接地電阻的大小影響到零序電壓和零序電流的大小,但不影響零序電壓和零序電流之間的相位關(guān)系。2運(yùn)行定位2.1零序電流變化時c如圖1所示,如果在故障發(fā)生后調(diào)節(jié)消弧線圈的參數(shù),使電感電流變化ΔIL,則故障路徑上的零序電流變化和補(bǔ)償電流變化趨勢一致,非故障路徑上的零序電流幾乎不變。故障線路上各支路的對地電容電流為:故障線路上各檢測點(diǎn)的零序電流為:式中:j=2,3,4。在故障發(fā)生后調(diào)節(jié)消弧線圈的參數(shù),則消弧線圈參數(shù)的變化會引起補(bǔ)償電感電流的變化,故障線路各檢測點(diǎn)的零序電流模值變化為:式中:j=2,3,4。若所發(fā)生故障類型為金屬性接地,消弧線圈參數(shù)改變前后零序電壓不變,各線路對地電容電流不變,即ΔIi(i≤n-1),ΔIC,k(k≤4)均為0,則故障路徑上的零序電流變化量ΔIn,j(j≤4)等于消弧線圈的電感電流變化量ΔIL,而非故障路徑上的零序電流變化量ΔIn,5,ΔIn,6等于0。由此得出金屬接地條件下的殘流增量法判據(jù):消弧線圈電抗發(fā)生改變時,若該點(diǎn)的零序電流模值變化很大,近似等于消弧線圈的電感電流變化,則該檢測點(diǎn)位于故障路徑上,若該點(diǎn)的零序電流模值變化很小,近似為0,說明該檢測點(diǎn)位于非故障路徑上。2.2量法判決的缺陷若所發(fā)生故障類型為電阻接地,由式(5)可知,當(dāng)改變消弧線圈的參數(shù)時,零序電壓模值的變化將導(dǎo)致非故障線路、故障線路的非故障路徑的零序電流模值變化,此時無法直接應(yīng)用前面所述的殘流增量法判據(jù),需要對上述判據(jù)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)的殘流增量法:將消弧線圈改變前后的零序電流分別折算到金屬接地情況下,用折算后的零序電流進(jìn)行模值相減,發(fā)生顯著變化的即為故障路徑,變化很小近似為0的即為非故障路徑。分析如下:由ωCi=Ii′U0′=IiU0ωCi=Ιi′U0′=ΙiU0,且線路的對地電容不變,于是式中:Ubase為基準(zhǔn)值。將所有的電流都折算到金屬接地情況下后,所有線路的對地電容電流變化為0,即有折算后非故障線路以及故障線路的非故障路徑上的測點(diǎn)零序電流模值變化為0,故障路徑上的測點(diǎn)零序電流模值變化等于折算后的電感電流變化。2.3線路的同時性問題當(dāng)經(jīng)電阻接地折算時,需要電壓信號沿線路在空間上隨處可測,但不能沿線到處裝電壓互感器。系統(tǒng)中各點(diǎn)的零序電壓近似相等,在變電站可測,將變電站測得的電壓信號傳送到線路就需解決2個關(guān)鍵問題:電壓/電流測量的同時性和電壓值的傳輸。本文采用GPS提供的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖作為同步信號,對電壓、電流同時采樣,然后利用GPRS將同一時刻的電壓值傳送到電流檢測點(diǎn),經(jīng)計(jì)算即可獲得折算后的電流。另外,由于系統(tǒng)電壓的波動和測量誤差等因素的影響,使得實(shí)際測得零序電流的變化量與理論上有一定的偏差,故應(yīng)設(shè)置閾值加以限制。本文根據(jù)所選擇的電感電流的變化量,在移動式零序電流互感器測量設(shè)備中設(shè)置閾值,小于此值,認(rèn)為該點(diǎn)不在故障路徑上,反之則在故障路徑上。3零序電流的測量線路上的零序電流難以測量是由于以下原因:①配電架空線路一般是輻射狀、多分支,且電流檢測設(shè)備一般只安裝在線路出口處;②故障電流信號混雜在很大的負(fù)荷電流之中,使之很難被提取出來;③線路周圍存在大量的50Hz信號,也影響著故障電流信號的提取。針對以上問題,本文采用移動式零序電流互感器法測量線路上的零序電流。根據(jù)I˙a+I˙b+I˙c=3I˙0Ι˙a+Ι˙b+Ι˙c=3Ι˙0,將3個單相電流求和,便可疊加出線路上的零序電流。測量時,采用如圖2所示的電流互感器,將三相的鉗形電流互感器套接于三相線路之上,由低壓端的數(shù)據(jù)處理單元發(fā)布數(shù)據(jù)采集指令,3個高壓端單元通過GPS對三相電流進(jìn)行同步采樣,并將數(shù)據(jù)通過無線通信傳送到低壓端。低壓端對三相電流的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行代數(shù)疊加,合成零序電流值,并根據(jù)零序電流值的情況,進(jìn)行故障判斷,顯示判斷結(jié)果。零序電流檢測的流程見圖3。移動式零序電流互感器通過對線路的幾個關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行檢測,能將故障確定到所處的小區(qū)段,最后采用磁場檢測故障桿的方法確定具體的故障位置。4金屬接地情況下零序電流模值變化圖4為10kV的諧振接地系統(tǒng),其中非故障線路的對地電容總和為6.58μF,金屬接地故障時會產(chǎn)生12A的電容電流,故障線路各分支段長度均為6km,總長36km,發(fā)生A相接地故障,故障點(diǎn)為A2。定位時將消弧線圈的電感值從1.29H改為0.95H,金屬接地情況下,電感電流模值變化5A。1)若發(fā)生的是金屬性接地故障,接地前后零序電壓不變,電感電流模值由14A變化為19A,增大5A,并且此時的零序電壓幾乎不變,線路各測點(diǎn)的零序電流模值變化情況見表1。2)若發(fā)生電阻接地故障,接地電阻為2kΩ,消弧線圈電感變化前后的零序電壓模值由5565V變?yōu)?578V,電感電流的模值由13.49A變化為8.48A,折算到金屬接地情況,增大4.995A,線路各測點(diǎn)的零序電流模值變化情況見表2。仿真實(shí)驗(yàn)表明,無論是經(jīng)金屬接地還是經(jīng)電阻接地,該方法均能準(zhǔn)確定位。5基于流增量法的故障定位改進(jìn)方法的優(yōu)越性本文提出了一種針對諧振接地系統(tǒng)確定單相接地故障路徑和故障點(diǎn)的新方法。該方法具有以下優(yōu)點(diǎn):1)將諧振接地選線的