基于残流增量法谐振接地系统故障定位的新方法

基于残流增量法谐振接地系统故障定位的新方法

0故障定位和测量原理中国大多数6.35kv配电系统都是辐射友好的接地系统。本系统的优点是，1.消弧圈的感知器电流补偿了电网接地电流，限制了接地故障电流的破坏，并便于残余电流的接地弧容易倒塌。如果剩余电流通过零冷却弧，则可以降低故障相补偿的初速度和振幅，以避免接地弧的负荷，并完全停止。但由于消弧线圈的电感电流对接地电流的补偿,导致接地电流较小、故障线路的故障特征不明显,增大了该系统故障选线和故障定位的难度。目前已提出多种谐振接地系统单相接地故障选线方法,但相关的定位方法还很少。本文将文献的残流增量法进一步应用到故障定位中,该方法在故障发生后改变消弧线圈的电抗值,以金属接地的零序电压下电感电流改变为基准,根据消弧线圈改变前后该测点的零序电流模值变化特征来判断故障位置。通过将零序电流模值折算到同一电压水平下相减,克服了接地电阻的影响。针对线路上零序电流的测量难问题,本文采用移动式零序电流互感器法,并给出了检测原理及检测过程。仿真试验充分验证了该方法的有效性。1故障线路的对地零序电容值的计算以图1所示系统为例,对谐振接地系统发生单相接地故障后的零序电压和零序电流进行分析。该系统具有n条出线,出线n上A相经电阻接地,接地电阻为R。非故障出线的零序电流为:I˙0i=U˙0jωCi(1)Ι˙0i=U˙0jωCi(1)式中:Ci为非故障出线i的对地电容值。消弧线圈的电感电流为:故障出线n出口处的零序电流为:故障点的零序电流为: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为故障出线总的对地零序电流;C=∑i=1nCiC=∑i=1nCi为所有线路的对地零序电容值。绘出图1系统的三相电路结构,可求得经接地电阻为R的零序电压U˙0U˙0为:U˙0=−E˙a1+jR(3ωC−1ωL)(5)U˙0=-E˙a1+jR(3ωC-1ωL)(5)根据以上分析,谐振接地系统发生单相接地故障有如下特点:1)系统发生单相接地故障时,将产生零序电压,且系统中各点的零序电压近似相等。2)故障线路出口处的零序电流等于所有非故障线的零序电流与消弧线圈的电感电流之和,零序电流与零序电压之间的相位由消弧线圈的电感电流大小来决定。3)过补偿时,故障线路由母线至故障点的这一段故障路径上,零序电流逐渐减小,相位超前零序电压90°,和中性点不接地系统的特点恰好相反。4)若单相接地故障为经电阻接地,接地电阻的大小影响到零序电压和零序电流的大小,但不影响零序电压和零序电流之间的相位关系。2运行定位2.1零序电流变化时c如图1所示,如果在故障发生后调节消弧线圈的参数,使电感电流变化ΔIL,则故障路径上的零序电流变化和补偿电流变化趋势一致,非故障路径上的零序电流几乎不变。故障线路上各支路的对地电容电流为:故障线路上各检测点的零序电流为:式中:j=2,3,4。在故障发生后调节消弧线圈的参数,则消弧线圈参数的变化会引起补偿电感电流的变化,故障线路各检测点的零序电流模值变化为:式中:j=2,3,4。若所发生故障类型为金属性接地,消弧线圈参数改变前后零序电压不变,各线路对地电容电流不变,即ΔIi(i≤n-1),ΔIC,k(k≤4)均为0,则故障路径上的零序电流变化量ΔIn,j(j≤4)等于消弧线圈的电感电流变化量ΔIL,而非故障路径上的零序电流变化量ΔIn,5,ΔIn,6等于0。由此得出金属接地条件下的残流增量法判据:消弧线圈电抗发生改变时,若该点的零序电流模值变化很大,近似等于消弧线圈的电感电流变化,则该检测点位于故障路径上,若该点的零序电流模值变化很小,近似为0,说明该检测点位于非故障路径上。2.2量法判决的缺陷若所发生故障类型为电阻接地,由式(5)可知,当改变消弧线圈的参数时,零序电压模值的变化将导致非故障线路、故障线路的非故障路径的零序电流模值变化,此时无法直接应用前面所述的残流增量法判据,需要对上述判据进行改进。改进的残流增量法:将消弧线圈改变前后的零序电流分别折算到金属接地情况下,用折算后的零序电流进行模值相减,发生显著变化的即为故障路径,变化很小近似为0的即为非故障路径。分析如下:由ωCi=Ii′U0′=IiU0ωCi=Ιi′U0′=ΙiU0,且线路的对地电容不变,于是式中:Ubase为基准值。将所有的电流都折算到金属接地情况下后,所有线路的对地电容电流变化为0,即有折算后非故障线路以及故障线路的非故障路径上的测点零序电流模值变化为0,故障路径上的测点零序电流模值变化等于折算后的电感电流变化。2.3线路的同时性问题当经电阻接地折算时,需要电压信号沿线路在空间上随处可测,但不能沿线到处装电压互感器。系统中各点的零序电压近似相等,在变电站可测,将变电站测得的电压信号传送到线路就需解决2个关键问题:电压/电流测量的同时性和电压值的传输。本文采用GPS提供的标准秒脉冲作为同步信号,对电压、电流同时采样,然后利用GPRS将同一时刻的电压值传送到电流检测点,经计算即可获得折算后的电流。另外,由于系统电压的波动和测量误差等因素的影响,使得实际测得零序电流的变化量与理论上有一定的偏差,故应设置阈值加以限制。本文根据所选择的电感电流的变化量,在移动式零序电流互感器测量设备中设置阈值,小于此值,认为该点不在故障路径上,反之则在故障路径上。3零序电流的测量线路上的零序电流难以测量是由于以下原因:①配电架空线路一般是辐射状、多分支,且电流检测设备一般只安装在线路出口处;②故障电流信号混杂在很大的负荷电流之中,使之很难被提取出来;③线路周围存在大量的50Hz信号,也影响着故障电流信号的提取。针对以上问题,本文采用移动式零序电流互感器法测量线路上的零序电流。根据I˙a+I˙b+I˙c=3I˙0Ι˙a+Ι˙b+Ι˙c=3Ι˙0,将3个单相电流求和,便可叠加出线路上的零序电流。测量时,采用如图2所示的电流互感器,将三相的钳形电流互感器套接于三相线路之上,由低压端的数据处理单元发布数据采集指令,3个高压端单元通过GPS对三相电流进行同步采样,并将数据通过无线通信传送到低压端。低压端对三相电流的采样数据进行代数叠加,合成零序电流值,并根据零序电流值的情况,进行故障判断,显示判断结果。零序电流检测的流程见图3。移动式零序电流互感器通过对线路的几个关键点进行检测,能将故障确定到所处的小区段,最后采用磁场检测故障杆的方法确定具体的故障位置。4金属接地情况下零序电流模值变化图4为10kV的谐振接地系统,其中非故障线路的对地电容总和为6.58μF,金属接地故障时会产生12A的电容电流,故障线路各分支段长度均为6km,总长36km,发生A相接地故障,故障点为A2。定位时将消弧线圈的电感值从1.29H改为0.95H,金属接地情况下,电感电流模值变化5A。1)若发生的是金属性接地故障,接地前后零序电压不变,电感电流模值由14A变化为19A,增大5A,并且此时的零序电压几乎不变,线路各测点的零序电流模值变化情况见表1。2)若发生电阻接地故障,接地电阻为2kΩ,消弧线圈电感变化前后的零序电压模值由5565V变为2578V,电感电流的模值由13.49A变化为8.48A,折算到金属接地情况,增大4.995A,线路各测点的零序电流模值变化情况见表2。仿真实验表明,无论是经金属接地还是经电阻接地,该方法均能准确定位。5基于流增量法的故障定位改进方法的优越性本文提出了一种针对谐振接地系统确定单相接地故障路径和故障点的新方法。该方法具有以下优点:1)将谐振接地选线的