基于零序量采集值的配電網(wǎng)故障定位_圖文

1、 收稿日期 :2011-01-12李雅潔 (1985, 女 , 河北滄州人 , 碩士 , 助理工程師 , 從事復(fù)雜配電網(wǎng)故障診斷及定位研究 。 E -mail:shliyajie電 。 但是 , 故障相對(duì)地電壓降為 0(金屬性接地 , 健 全相對(duì)地電壓升高為線電壓 , 即為原來的 姨 倍 。 若長期運(yùn)行 , 將使健全相絕緣薄弱處發(fā)生對(duì)地?fù)舸?, 造成多相接地故障 2。 因此 , 當(dāng)故障發(fā)生后 , 應(yīng)盡快 確定接地點(diǎn)位置 。 定位越準(zhǔn)確 , 停電范圍越小 , 越有 利于保證電網(wǎng)的安全 。目 前 , 針 對(duì) 中 性 點(diǎn) 不 接 地 系 統(tǒng) 單 相 接 地 故 障 定 位 問 題 的 研 究 很 多

2、 , 絕 大 部 分 集 中 在 故 障 選 線 水 平 上 3-6, 較 少 涉 及 故 障 饋 線 上 的 選 段 技 術(shù) 。 此 外 , 多 數(shù) 定 位 方 法 需 要 在 電 力 系 統(tǒng) 中 安 裝 額 外 設(shè) 備 7-9, 這樣一方面會(huì)引入諧波 ; 另一方面增加了設(shè) 備成本 。單相接地故障發(fā)生后 , 較之無故障狀態(tài) , 中性點(diǎn) 不接地系統(tǒng)的一個(gè)突出特征是三相不平衡 , 即產(chǎn)生 了明顯的零序電壓和零序電流 。 同時(shí) , 隨著配電自動(dòng) 化的普及和智能配電網(wǎng)的建設(shè) , FTU 、 RTU 等設(shè)備的 使用量大大增加 , 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性 、 準(zhǔn)確 性及全面性出現(xiàn)飛躍發(fā)展 , 電網(wǎng)實(shí)時(shí)

3、零序量的獲取 從而變得簡單易行 。 因此 , 如果能夠根據(jù)配電網(wǎng)零序 量的采集值來實(shí)現(xiàn)故障定位 , 不僅具有較高的可靠 分布式電源的配電網(wǎng) 。 最后 , 利用 Matlab 軟件進(jìn)行 建模仿真 , 驗(yàn)證了基于零序量進(jìn)行單相接地故障定 位的可靠性 。1零序電路故障分析原理1.1零序電路的獲得根據(jù)對(duì)稱分量法 , 任意 3個(gè)不對(duì)稱的相量 , 可以唯一地分解為 3組相序不同的對(duì)稱分量 , 分別為正 序 、 負(fù)序和零序分量 。 其中 , 零序分量對(duì)應(yīng)的 3個(gè)相 量大小相等 , 方向相同 。假設(shè)配電網(wǎng)在點(diǎn) D 發(fā)生單相 (C 相 接地事故 , 如圖 1a 所示 , 由于點(diǎn) D 三相對(duì)地阻抗不相等 , 導(dǎo)致

4、 三相電壓和電流不對(duì)稱 。 圖 1a 可用圖 1b 來等效 , 即在三相阻抗不相等處用三相不對(duì)稱的理想電壓源 來代替 。 之后 , 再將三相不對(duì)稱的理想電壓源分解為3組對(duì)稱的電壓源 (見圖 1c , 即為正序 、 負(fù)序和零序電壓源 。 根據(jù)疊加定理 , 原配電網(wǎng)即可分解為正 序 、 負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò) 10。 取零序網(wǎng)絡(luò) (見圖 1d 作為 對(duì)象進(jìn)行分析 。用零序阻抗代替 , 變壓器依據(jù)前述的等值電路代替 , 不流通零序電流的元件不需畫出 10。2配電網(wǎng)單相接地故障的零序電路分析及 定位依據(jù)2.1單相接地故障的零序電路分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)如圖 2所示 , 1條母線引出 3條饋線 , 每條饋線經(jīng)若干

5、分段開關(guān)實(shí)現(xiàn)分段 , 分段開 關(guān)處裝設(shè)有 FTU 量測(cè)設(shè)備 , 進(jìn)行電壓 、 電流等電 氣 量的采集 。假設(shè)饋線 3在 D 點(diǎn) C 相上發(fā)生單相接地故障 。U=13(UA+UB+UC=-EC(2 式 (2 建立了單相零序電路與三相電路的基準(zhǔn) 向量之間的關(guān)系 。根據(jù)圖 3所示的正方向 , 饋線 1和饋線 2始端 的零序電流為 :I01=jC 1U 0I02=jC 2U 0姨 (3饋線 3始端的零序電流為 :I03=-(I01+I02(4 饋線 3故障段起點(diǎn)的零序電流為 : 第 44卷中 國 電 力 電 網(wǎng)I 0fs =-(I 031+I 032+I 01+I 02(5故障段終點(diǎn)的零序電流為 :I

6、 0fe =-I 033+I 034+(6從幅值而言 , 故障段起點(diǎn)的零序電流最大 , 故障 段之前的零序電流隨與故障段的距離的增大而依次 減小 , 故障段之后的零序電流同樣依次減小 。 根據(jù)上 述分析 , 繪制矢量如圖 4所示 。對(duì)于故障線路下一級(jí)的線路 , 由于降壓變壓器 連接組別的影響 (本例中 , 10kV/0.38kV 變壓器采 用 “ Y , yn ” 型連接 , 截?cái)嗔肆阈螂娏魍?。 因此 , 降 壓后的線路無零序量 , 即仍能夠保證三相的對(duì)稱運(yùn) 行 。 發(fā)生單相接地事故后 , 往往不影響負(fù)載的正常 供電 。2.2單相接地故障定位依據(jù)根據(jù)零序電路和矢量顯示的規(guī)律 , 可以得到如

7、下的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障定位依據(jù) 。2.2.1故障選相根據(jù)母線上 ABC 三相的電壓大小來判定 , 故障 相電壓最低 。 即在其他兩相電壓超過設(shè)定的高門限 值的同時(shí) , 自身電壓低于設(shè)定低門限值的相即為故 障相 。2.2.2故障選線(1 故障饋線始端的零序電流與非故障饋線始 端的零序電流方向相反 , 前者從饋線流向母線 , 后者 從母線流向饋線 。(2 故障饋線始端的零序電流滯后零序電壓 90°, 非故障饋線始端的零序電流超前零序電壓 90°。(3 故障饋線始端的零序電流從幅值而言最大 , 為非故障饋線始端的零序電流之和 。(4 故障饋線始端的零序功率與非故障饋線始

8、 端的零序功率方向相反 , 前者從饋線流向母線 , 后者 從母線流向饋線 。(5 故障饋線始端的零序功率從幅值而言最大 , 為非故障饋線始端的零序功率之和 。2.2.3故障選段, 即相位相差 180° 非故障段始端與末端的零序電流相 位變化不大 。(2 故障段始端的零序電流從幅值而言最大 , 為 故障饋線故障段之前部分的電容電流與其他非故障 饋線的電容電流之和 , 末端的零序電流為該饋線故 障段之后部分的電容電流之和 。進(jìn)行故障定位時(shí) , 可同時(shí)參考多個(gè)依據(jù) , 而不僅 僅依靠一種定位依據(jù) 。 如故障選線方法中的群體比 幅比相法 11, 先是進(jìn)行各條饋線的零序電流幅值的 比較 , 選

9、出幾個(gè)幅值比較大的作為候選饋線 , 然后在 此基礎(chǔ)上進(jìn)行相位比較 , 選出方向與其他不同的 , 即 為故障饋線 。3含分布式電源的配電網(wǎng)故障定位依據(jù)配電網(wǎng)具有閉環(huán)設(shè)計(jì) 、 開環(huán)運(yùn)行的特點(diǎn) , 即在正常運(yùn)行時(shí) , 每條饋線只有一個(gè)電源點(diǎn) , 各饋線之間可 能通過斷開的聯(lián)絡(luò)開關(guān)相連接 12。 但是 , 在分布式電 源接入的情況下 , 就會(huì)出現(xiàn)并列多電源閉環(huán)運(yùn)行的 情況 。根據(jù)零序電路故障分析原理 , 對(duì)于多電源系統(tǒng) , 如果以一個(gè)電源為基準(zhǔn) , 將單邊母線定義為網(wǎng)絡(luò)正 方向的起點(diǎn) , 則之前的故障選相 、 選線 、 選段的結(jié)論 依然適用 。 因此 , 解決含分布式電源的配電網(wǎng)單相接 地故障的定位問

10、題的思路是 :將配電網(wǎng)的多電源故 障定位問題轉(zhuǎn)化為單一電源的故障定位問題 。 轉(zhuǎn)化 的關(guān)鍵是 , 以一個(gè)電源對(duì)應(yīng)的母線為基準(zhǔn) , 考慮了故 障電流的方向 , 假設(shè)了網(wǎng)絡(luò)的正方向 。4仿真驗(yàn)證利 用 Matlab 的 Simulink 功 能 進(jìn) 行 10kV 配 電網(wǎng)的 建 模 及 單 相 接 地 事 故 的 仿 真 。 模 型 如 圖 5所示 , 具體參數(shù)為 :3條饋線總長分別為 40km 、 30km 、40km , 第 3條饋線被分 段 開 關(guān) 分 成 4段 , 其 中 第 3段發(fā)生 C 相接地故障 。 表 1 3分別為母線上 、 各饋 線始端 、 饋線 3各分段開關(guān)上采集到的電氣量值

11、。由表 1知 , A 、 B 相對(duì)地電壓遠(yuǎn)大于 C 相對(duì)地電 壓 , C 相對(duì)地電壓接近于 0, 根據(jù)故障選相依據(jù)得 , C 相發(fā)生接地故障 ; 由表 2知 , 饋線 3始端的零序電流 幅值最大 , 方向上與另外 2條饋線相反 , 且其滯后零 序電壓 90°, 而另外 2條饋線始端零序電流超前零 序電壓 90°, 根據(jù)故障選線依據(jù)得 , 饋線 3發(fā)生接地 故障 ; 由表 3知 , 第 3段線路始端零序電流幅值最 大 , 且 相 位 上 與 該 段 線 路 終 端 零 序 電 流 之 差 為180°, 而其他各段線路首末端的零序電流相位變化不大 , 根據(jù)故障選段依據(jù)

12、得 , 第 3段線路發(fā)生接地故 障 。 綜上 饋 線 3第 3段 線 路 C 相 發(fā) 生 單 相 接 地 故圖 4單相零序電路對(duì)應(yīng)矢量Fig.4Vector diagram of single -phase zero sequence circuit 李雅潔等 :基于零序量采集值的配電網(wǎng)故障定位第 5期 電 網(wǎng) 表 3故障饋線上各段線路始端與終端電氣量采集值 Tab.3Electrical acquisition value of at starting and ending of each section on the faulted feeder表 2各饋線始端電氣量采集值Tab.2Ele

13、ctrical acquisition value at beginning of each feeder表 1母線上各相對(duì)地電壓有效值Tab.1RMS value of bus voltage on each phase圖 510kV 配電網(wǎng) Simulink 仿真模型Fig.5Simulation model of 10kV distribution network障 , 這與仿真模型相一致 , 從而驗(yàn)證了配電網(wǎng)單相 接地故障定位依據(jù)的可靠性 。 第 44卷中 國 電 力 電 網(wǎng)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結(jié)語本文總結(jié)的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障定位依據(jù) , 較其他定位方法具有較高的可靠性和定位 精度 , 同時(shí)節(jié)約設(shè)備成本 , 降低實(shí)施難度 , 更加適應(yīng)于 智能配電網(wǎng)的建設(shè) 。 除適用于金屬性接地之外 , 在非

18、 金屬性接地事故中依然適用 。 但對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線 圈接地系統(tǒng) , 由于消弧線圈提供的電感電流補(bǔ)償了電 網(wǎng)中的對(duì)地電容電流 , 流過故障線路的零序電流大 大減小 , 從而降低了依據(jù)零序量進(jìn)行故障定位的可 靠性 。 因此 , 需要根據(jù)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故 障時(shí)的電氣量特征 , 尋找其他的故障定位方法 。參考文獻(xiàn) :1孫建中 , 嚴(yán)君國 , 全曉陽 . 接地選線定位裝置的發(fā)展及應(yīng)用 J .農(nóng)村電氣化 , 2004(3 :41-42.2王理硯 . 基于 Agent 的小接地電流系統(tǒng)單相接地故障選線 D .上海 :同濟(jì)大學(xué) , 2008.3王政 , 吳杰 . 配合 FTU 的小電流系統(tǒng)單相接地

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