小电流接地系统单相接地故障选线方法研究

4. 小电流接地电网单相接地故障选线新方法
故障选线新方法是以电压互感器注入信号为基础的、以波形识别法为核心 的、与小波分析法、能量分析法结合的小电流单相接地故障综合选线法, 特别是其中的波形识别法, 它不用复杂的计算、简单直观实用、耐高接地阻抗, 选线效 果较好。
5. 波形识别法的原理依据及可行性分析
5. 1 波形识别法原理与依据理论分析 小电流接地系统发生单相接地后, 系统出现零序通路, 从故障点加入的零 序电压将在零序网络中产生零序电流。 在接地故障期间, 假设过渡电阻是不变的, 系统中将产生稳态的零序电流; 通过电流互感器注入脉冲信号后, 电网中将会 出现电流脉冲。根据电路叠加原理, 电路中各支路的零序电流是两个电流的叠 加。电网正常运行时, 电压互感器二次侧电压为UAN = UBN =U CN = 100ö 3 V ,ULN = 0V。当A 相发生单相接地故障时, 则有UAN = OV ,UBN = U CN = 100V。ULN = 100V。 此时, 系统将产生接近或高于系统相电压的零序电压, 从电压互感器开口 三角绕组测出零序电压, 接地保护装置根据系统出现的零序电压ULN= 100V , 及 接地相线路的特点, 自动判别接地的相别为A 相。 此时, 接地相电压互感器原边 处于被短路的状态, 因此从电压互感器故障相二次侧A、N 两端子之间注入的信 号可以在原边感应出较高的电压, 影响相电压的波形及各条线路零序电压的波 形。 方法是从注入脉冲信号影响零序电流的角度来选择故障线路的, 被注入的脉 冲信号为幅值50V 到100V 之间的工频信号, 它是通过高频开关截取的持续宽度 为3m s 到15m s 之间的一个脉冲。三相五柱式电压互感器接线如图1。

5. 2 可行性分析
5. 2. 1 接地继电保护装置通过电压互感器, 反映电力系统一次电压的变化, 因此, 电压互感器对短路过渡过程的影响直接关系到继电保护的正常工作。 中等 电压等级的电网中, 一般多采用电磁式电压互感器。 这种电压互感器的时间常数 很小, 电力系统短路而使一次电压降到很小时, 在电力系统中储存的能量将迅 速释放, 因而产生的电压自由分量衰减很快。 所以, 对电压互感器的过渡过程无 须特别注意。 这样对有电压互感器加入的信号不会产生很多的延迟, 对采样的时 间比较好控制。
5. 2. 2 对于3～ 66KV 配电网, 即中压网的绝缘裕度较大,它允许带故障运 行2 小时, 它的最大工作电压为线电压, 它能够耐受操作过电压、雷电过电压、 谐振过电压。 电网设备能耐受各种试验(试验过电压及试验时间)。 例如, 10kV 电 网, 设备最高电压12kV 有效值、16kV 幅值, 标准短时间工频耐受电压有效值 28kV、幅值40kV; 标准雷电冲击耐受电压有效值60kV、幅值84kV。工频耐受试验 电压的波形接近正弦波, 试验电压的频率为45～ 50Hz, 加一次额定工频耐受电 压(有一效值) , 其持续时间为1m in。本方法加入信号后, 使系统中出现的高压 幅值不会超过40kV , 持续时间远远小于1m in, 因此, 加入信号后对系统的安全 没有影响。
5. 2. 3 对继电保护和电能影响几乎不用考虑。
5. 2. 4 避雷器对所加脉冲的吸收也很小。综合以上分析该方法可行。
6. 系统仿真建模及分析
6. 1 系统仿真建模

图2 为10kV 电压等级配电网四条出线系统, 图中只标注主要电力设备元件, 电压互感器接在母线上, 图中已省略, 接地电阻仿真时在接地开关中设置, 图 中未单独画出。其它仿真参数 在各算例中, 分别设置。

6. 2 仿真研究注入信号后各线

零序电流波形
6. 2. 1 线路单相接地时各线路零序电流波形分析设线路IV 出现A 相单相 接地故障, 四条线路I (L 1)、II(L 2)、III(L 3)、IV (L 4) 长度分别为10km , 20km , 30km , 20km , 使用分布参数输电线路做高压输电线路, 全带80% 的负 载。部分参数设置说明如下: 电源为理想电压源, 线电压10kV , 频率50HZ, 相 角为0, 内部连接方式Y, 三相电源电阻0. 3128 , 三相电源电感6. 63e- 3H。线 路单位长度正序电阻为0. 012738、零序电阻为0. 38648 , 线路单位长度正序电 容为12. 74e- 9F、线路单位长度零序电容为4. 1264e- 3F, 线路单位长度正序 电感 为0. 9377e- 3H、零序电感为7. 751e- 3H。接地电阻的设置见图3 标注。图3 中 的信号分别在0. 04s与0. 06s 时刻注入, 注入信号长度3m s, 仿真分析不同接 地电阻情况下, 四条线路的零序电流波形变化。图中纵坐标表示电流, 单位为安培; 横坐标为时间, 单位为秒。

从图3 中得出以下结论: ①外加电压信号会引起所有线路零序电流发生变化, 故障线路的变化体现低频特性而非故障线路体现高频特性; ②接地电阻越小, 零序