基于零序量采集值的配电网故障定位_图文

1、 收稿日期 :2011-01-12李雅洁 (1985, 女 , 河北沧州人 , 硕士 , 助理工程师 , 从事复杂配电网故障诊断及定位研究 。 E -mail:shliyajie电 。 但是 , 故障相对地电压降为 0(金属性接地 , 健 全相对地电压升高为线电压 , 即为原来的 姨 倍 。 若长期运行 , 将使健全相绝缘薄弱处发生对地击穿 , 造成多相接地故障 2。 因此 , 当故障发生后 , 应尽快 确定接地点位置 。 定位越准确 , 停电范围越小 , 越有 利于保证电网的安全 。目 前 , 针 对 中 性 点 不 接 地 系 统 单 相 接 地 故 障 定 位 问 题 的 研 究 很 多

2、 , 绝 大 部 分 集 中 在 故 障 选 线 水 平 上 3-6, 较 少 涉 及 故 障 馈 线 上 的 选 段 技 术 。 此 外 , 多 数 定 位 方 法 需 要 在 电 力 系 统 中 安 装 额 外 设 备 7-9, 这样一方面会引入谐波 ; 另一方面增加了设 备成本 。单相接地故障发生后 , 较之无故障状态 , 中性点 不接地系统的一个突出特征是三相不平衡 , 即产生 了明显的零序电压和零序电流 。 同时 , 随着配电自动 化的普及和智能配电网的建设 , FTU 、 RTU 等设备的 使用量大大增加 , 电力系统数据采集的实时性 、 准确 性及全面性出现飞跃发展 , 电网实时

3、零序量的获取 从而变得简单易行 。 因此 , 如果能够根据配电网零序 量的采集值来实现故障定位 , 不仅具有较高的可靠 分布式电源的配电网 。 最后 , 利用 Matlab 软件进行 建模仿真 , 验证了基于零序量进行单相接地故障定 位的可靠性 。1零序电路故障分析原理1.1零序电路的获得根据对称分量法 , 任意 3个不对称的相量 , 可以唯一地分解为 3组相序不同的对称分量 , 分别为正 序 、 负序和零序分量 。 其中 , 零序分量对应的 3个相 量大小相等 , 方向相同 。假设配电网在点 D 发生单相 (C 相 接地事故 , 如图 1a 所示 , 由于点 D 三相对地阻抗不相等 , 导致

4、 三相电压和电流不对称 。 图 1a 可用图 1b 来等效 , 即在三相阻抗不相等处用三相不对称的理想电压源 来代替 。 之后 , 再将三相不对称的理想电压源分解为3组对称的电压源 (见图 1c , 即为正序 、 负序和零序电压源 。 根据叠加定理 , 原配电网即可分解为正 序 、 负序和零序网络 10。 取零序网络 (见图 1d 作为 对象进行分析 。用零序阻抗代替 , 变压器依据前述的等值电路代替 , 不流通零序电流的元件不需画出 10。2配电网单相接地故障的零序电路分析及 定位依据2.1单相接地故障的零序电路分析中性点不接地系统如图 2所示 , 1条母线引出 3条馈线 , 每条馈线经若干

5、分段开关实现分段 , 分段开 关处装设有 FTU 量测设备 , 进行电压 、 电流等电 气 量的采集 。假设馈线 3在 D 点 C 相上发生单相接地故障 。U=13(UA+UB+UC=-EC(2 式 (2 建立了单相零序电路与三相电路的基准 向量之间的关系 。根据图 3所示的正方向 , 馈线 1和馈线 2始端 的零序电流为 :I01=jC 1U 0I02=jC 2U 0姨 (3馈线 3始端的零序电流为 :I03=-(I01+I02(4 馈线 3故障段起点的零序电流为 : 第 44卷中 国 电 力 电 网I 0fs =-(I 031+I 032+I 01+I 02(5故障段终点的零序电流为 :I

6、 0fe =-I 033+I 034+(6从幅值而言 , 故障段起点的零序电流最大 , 故障 段之前的零序电流随与故障段的距离的增大而依次 减小 , 故障段之后的零序电流同样依次减小 。 根据上 述分析 , 绘制矢量如图 4所示 。对于故障线路下一级的线路 , 由于降压变压器 连接组别的影响 (本例中 , 10kV/0.38kV 变压器采 用 “ Y , yn ” 型连接 , 截断了零序电流通路 。 因此 , 降 压后的线路无零序量 , 即仍能够保证三相的对称运 行 。 发生单相接地事故后 , 往往不影响负载的正常 供电 。2.2单相接地故障定位依据根据零序电路和矢量显示的规律 , 可以得到如

7、下的中性点不接地系统单相接地故障定位依据 。2.2.1故障选相根据母线上 ABC 三相的电压大小来判定 , 故障 相电压最低 。 即在其他两相电压超过设定的高门限 值的同时 , 自身电压低于设定低门限值的相即为故 障相 。2.2.2故障选线(1 故障馈线始端的零序电流与非故障馈线始 端的零序电流方向相反 , 前者从馈线流向母线 , 后者 从母线流向馈线 。(2 故障馈线始端的零序电流滞后零序电压 90°, 非故障馈线始端的零序电流超前零序电压 90°。(3 故障馈线始端的零序电流从幅值而言最大 , 为非故障馈线始端的零序电流之和 。(4 故障馈线始端的零序功率与非故障馈线始

8、 端的零序功率方向相反 , 前者从馈线流向母线 , 后者 从母线流向馈线 。(5 故障馈线始端的零序功率从幅值而言最大 , 为非故障馈线始端的零序功率之和 。2.2.3故障选段, 即相位相差 180° 非故障段始端与末端的零序电流相 位变化不大 。(2 故障段始端的零序电流从幅值而言最大 , 为 故障馈线故障段之前部分的电容电流与其他非故障 馈线的电容电流之和 , 末端的零序电流为该馈线故 障段之后部分的电容电流之和 。进行故障定位时 , 可同时参考多个依据 , 而不仅 仅依靠一种定位依据 。 如故障选线方法中的群体比 幅比相法 11, 先是进行各条馈线的零序电流幅值的 比较 , 选

9、出几个幅值比较大的作为候选馈线 , 然后在 此基础上进行相位比较 , 选出方向与其他不同的 , 即 为故障馈线 。3含分布式电源的配电网故障定位依据配电网具有闭环设计 、 开环运行的特点 , 即在正常运行时 , 每条馈线只有一个电源点 , 各馈线之间可 能通过断开的联络开关相连接 12。 但是 , 在分布式电 源接入的情况下 , 就会出现并列多电源闭环运行的 情况 。根据零序电路故障分析原理 , 对于多电源系统 , 如果以一个电源为基准 , 将单边母线定义为网络正 方向的起点 , 则之前的故障选相 、 选线 、 选段的结论 依然适用 。 因此 , 解决含分布式电源的配电网单相接 地故障的定位问

10、题的思路是 :将配电网的多电源故 障定位问题转化为单一电源的故障定位问题 。 转化 的关键是 , 以一个电源对应的母线为基准 , 考虑了故 障电流的方向 , 假设了网络的正方向 。4仿真验证利 用 Matlab 的 Simulink 功 能 进 行 10kV 配 电网的 建 模 及 单 相 接 地 事 故 的 仿 真 。 模 型 如 图 5所示 , 具体参数为 :3条馈线总长分别为 40km 、 30km 、40km , 第 3条馈线被分 段 开 关 分 成 4段 , 其 中 第 3段发生 C 相接地故障 。 表 1 3分别为母线上 、 各馈 线始端 、 馈线 3各分段开关上采集到的电气量值

11、。由表 1知 , A 、 B 相对地电压远大于 C 相对地电 压 , C 相对地电压接近于 0, 根据故障选相依据得 , C 相发生接地故障 ; 由表 2知 , 馈线 3始端的零序电流 幅值最大 , 方向上与另外 2条馈线相反 , 且其滞后零 序电压 90°, 而另外 2条馈线始端零序电流超前零 序电压 90°, 根据故障选线依据得 , 馈线 3发生接地 故障 ; 由表 3知 , 第 3段线路始端零序电流幅值最 大 , 且 相 位 上 与 该 段 线 路 终 端 零 序 电 流 之 差 为180°, 而其他各段线路首末端的零序电流相位变化不大 , 根据故障选段依据

12、得 , 第 3段线路发生接地故 障 。 综上 馈 线 3第 3段 线 路 C 相 发 生 单 相 接 地 故图 4单相零序电路对应矢量Fig.4Vector diagram of single -phase zero sequence circuit 李雅洁等 :基于零序量采集值的配电网故障定位第 5期 电 网 表 3故障馈线上各段线路始端与终端电气量采集值 Tab.3Electrical acquisition value of at starting and ending of each section on the faulted feeder表 2各馈线始端电气量采集值Tab.2Ele

13、ctrical acquisition value at beginning of each feeder表 1母线上各相对地电压有效值Tab.1RMS value of bus voltage on each phase图 510kV 配电网 Simulink 仿真模型Fig.5Simulation model of 10kV distribution network障 , 这与仿真模型相一致 , 从而验证了配电网单相 接地故障定位依据的可靠性 。 第 44卷中 国 电 力 电 网Distribution network fault location based on zero -seque

14、nce acquisition valueLI Ya -jie, MENG Xiao -li, SHI Chang -kai(China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China Abstract:Most ground -fault location methods for un -grounded power system need to install additional equipment, and can only determine the fault feeder, but do nothing about

15、 fault segment selection. In order to locate fault accurately, the zero -sequence circuit of faulted distri -bution network is analyzed. The fault characteristics of electrical acquisition values are obtained, and several criteria for fault phase, feeder and segment selection based on zero -sequence

16、 acquisition values are proposed. The application of this method in distribution network with distributed generators is also discussed. Verified by Matlab simulation, the proposed method is not only highly reliable and precise, but also saves equipment costs, reduces implementation difficulty, which

17、 highly adapts to the construction of smart distribution network. Key words:neutral un -grounded system; single phase to ground fault; fault location; zero -sequence value; distributed generator5结语本文总结的中性点不接地系统单相接地故障定位依据 , 较其他定位方法具有较高的可靠性和定位 精度 , 同时节约设备成本 , 降低实施难度 , 更加适应于 智能配电网的建设 。 除适用于金属性接地之外 , 在非

18、 金属性接地事故中依然适用 。 但对于中性点经消弧线 圈接地系统 , 由于消弧线圈提供的电感电流补偿了电 网中的对地电容电流 , 流过故障线路的零序电流大 大减小 , 从而降低了依据零序量进行故障定位的可 靠性 。 因此 , 需要根据中性点经消弧线圈接地系统故 障时的电气量特征 , 寻找其他的故障定位方法 。参考文献 :1孙建中 , 严君国 , 全晓阳 . 接地选线定位装置的发展及应用 J .农村电气化 , 2004(3 :41-42.2王理砚 . 基于 Agent 的小接地电流系统单相接地故障选线 D .上海 :同济大学 , 2008.3王政 , 吴杰 . 配合 FTU 的小电流系统单相接地

19、故障定位方法 J .电力自动化设备 , 2003, 23(2 :21-26.WANG Zheng, WU Jie. Method of single phase grounding fault locating for FTU in networks with ungrounded neutral J . Electric Power Automation Equipment, 2003, 23(2 :21-26.4程路 , 陈乔夫 . 小电流接地系统单相接地选线技术综述 J . 电网技术 , 2009, 33(18 :219-224.CHENG Lu, CHEN Qiao -fu. A su

20、rvey on faulty line selection technology for single -phase grounded transmission line in small current neutral grounded system J . Power System Technology, 2009, 33(18 :219-224.5闫静 , 金黎 , 张志成 , 等 . 小电流接地选线系统的设计与实现 J .高电压技术 , 2003, 29(12 :12-14.YAN Jing, JIN Li, ZHANG Zhi -cheng, et al . A novel devi

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