小电流接地系统单相接地故障选线方法研究

1. 小电流接地系统单相接地故障研究现状
国内外采用的小电流接地选线方法很多, 归纳起来有以下几种: 绝缘监测 法、有功电流接地保护法、功率方向接地保护法、暂态电流接地保护法、残流增 量接地保护法、用模糊神经网络理论改进的传统"零序电流比幅法、零序有功分 量比幅法、 能量法" 注入信号寻迹法、 、基于小波分析的选线方法, 客观地说, 这 些方法都存在一定的缺陷。近年又研究出了几种新方法, 归纳起来有: 阻抗法、S 注入法、智能法、区段查找法和行波法等几种。阻抗法的原理是基于输电线为 均匀线, 即假设故障回路阻抗或电抗与测量得到故障点的距离成正比。 根据计算 的信息的来源不同可分为单端阻抗法与双端阻抗法。由于故障点过渡电阻、分布 电容、线路不完全对称, 以及电压、电流变换误差的影响, 使阻抗法的测距误差远远不能满足实际使用的需要。
S 注入法的原理是, 系统发生故障时向系统注入一个特殊的电流信号, 通 过检测注入信号的路径和特征来实现测距, 称之为 "S 注入法" 与阻抗法一样, 。 都是通过电流电压计算测量点到故障点阻抗, 它们的区别仅仅在于信号的检测 方法上。为解决故障测距问题, 许多学者引入优化方法、卡尔曼滤波技术、模式 识别技术、概率和统计决策、模糊理论、模拟退火法、分形分维分析、人工神经 网络、专家系统等智能分析方法和手段。基于规则的人工神经网络和专家系统的 发展为智能法测距提供了新的途径, 但目前还处于研发阶段。 区段查找法, 通过 馈线终端(RTU , FTU ,DTU ) 检测各段开关处的电气量, 进行故障区段的判断, 实现将故障区段迅速隔离, 一定程度上缩小故障范围, 缩短了故障查找时间。 此 法的测距作用是有限的。行波法是利用高频故障暂态电流、电压的行波或断路器 断开或重合时产生的暂态信号等等来间接判断故障点的位置。 直到20 世纪90 年 代, 随着时频分析技术的发展, 行波测距才真正受到关注。 电力系统中主要用于 输电线路的故障测距, 因输电线路分支少行波测距精度高, 不受过渡电阻、 系统 参数、串补电容、线路不对称及互感器变换误差的影响。由于配电线路节点、分 枝多, 利用自然高频暂态信号行波法实现配电网的测距几乎没有优势。 小电流接 地系统高压电网利用小波分析行波构建选线、 测距装置正处在理论分析阶段和试验阶段。 总之, 阻抗法、 注入法、 S 智能法、 区段查找法和行波法在故障测距中, 随着不同的环境(对象) 体现出各自的优缺点。 针对小电流接地系统本身的特点, 选择一种合适的方法, 不是一件容易的事情, 有待人们进一步探索。
2. 需要解决的问题
几十年来人们不断研究小电流接地系统单相接地故障定位原理, 已经取得 了很多成果, 积累了许多经验。但是, 由于配电网结构复杂, 节点多, 分支多, 树状接线多, 特别是农网; 加上配电网的运行方式复杂多变; 还有人们对小电 流接地系统单相接地故障特征没有完全认识; 根据目前故障选线及测距原理制造的
故障选线装置及测距装置还不能适应各种运行情况, 误、 漏判率也不低, 一些问 题急待解决:
(1) 全面认识小电流接地系统单相接地故障的特点, 研究更有效的单相接 地故障原理, 制造出效果更好的选线装置;
(2) 研究适合配电网的故障测距原理, 制造出效果更好的测距装置;
(3) 利用现代信息技术、计算机技术、信号处理技术及网络技术, 提高在线 故障定位的自动化水平和准确性。
3. 小电流接地电网单相接地过渡过程的特点
当发生单相接地故障时, 接地电容电流的暂态分量可能较稳态分量值大很 多倍。 在一般情况下, 由于电网中绝缘被击穿而引起的接地故障, 经常发生在相 电压接近于最大值的瞬间, 因此, 可以将暂态电流看成是如下两个电流之和:
(1) 由于故障相电压突然降低而引起的放电电容电流, 它通过母线流向故 障点,放电电流衰减很快, 其频率高达数千赫兹, 振荡频率主要决定于电网中的 线路参数、故障点的位置以及过渡电阻。
(2) 由于非故障相电压突然升高而引起的充电电容电流, 它主要通过电源 而形成回路。 由于整个流通回路的电感较大, 因此, 充电电流衰减很慢, 振荡频 率也很低(仅数百赫兹)。 对于中性点经消弧线圈接地的电网, 由于暂态电感电流 的最大值应出现在接地故障发生时相电压过零值瞬间, 而当故障发生在相电压 接近最大值时, 暂态电感电流为零, 因此, 暂态电容电流较暂态电感电流大很 多, 所以在同一电网中, 不论中性点绝缘或是经消弧线圈接地, 在相电压接近 于最大值时, 发生故障的瞬间, 其过渡过程是近似相同的。 暂态接地电流的幅值 和频率特性均主要由电容电流的特性决定。