基于暂态信息的配电网故障分界技术应用研究

史建海 王敬华 段沛 韩玘桓 陈恒

摘 要：文章分析了目前广泛采用的基于稳态零序电流的接地故障分界方法出现拒动的原因。提出了一种采用特征暂态频带零序电流幅值法实现故障分界的算法，重点解决中性点经消弧线圈接地系统中，分界开关的拒动问题。最后，建模仿真验证了方法的可靠性和准确性。

关键词：区内故障；消弧线圈；暂态法；单相接地

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.174

0 引言

本文提出了一种通过选取特征频段内零序电流有效值，并与动作值比较判别故障的方法，利用该方法检测故障区段，可使灵敏度显著提高，研究基于现有硬件条件，具有较高的实际应用价值，并通过仿真验证了该方法的可行性和准确性。

1 基于暂态信息的分界技术

暂态零序电流法的分界依据是根据故障时，故障线路的暂态零序电流幅值远大于本线路区外故障时零序电流幅值的原理进行区段定位。暂态电流幅值可达到稳态电流幅值几倍到几十倍，灵敏性高，且暂态零序电流不受消弧线圈影响，利用暂态暂态电流判别故障可以提高分界技术的可靠性，能够克服消弧线圈影响拒动的问题，因此该方法适用于中性点不接地和中性点经消弧线圈接地系统。

在SFB（特征频带）范围内，零序电流存在下述分布规律：①故障线路零序电流幅值最大；②所有健全线路零序电流极性相同，而故障线路与之相反。因此，利用特征频带内的零序电流幅值检测的方法判别故障，具有较高的准确性。在消弧线圈接地系统，或者为同时适用于两种接地系统，SFB必须选为～的频带[1-3]。

其中，选择3-5倍工频，可有效去除消弧线圈影响。可选为所有线路自身串联谐振频率的最小值。按上述步骤确定SFB范围后，规律①、②仍旧成立，并且依然包含暂态信号中大部分能量。暂态过程的起始时间可确定为故障发生时间。从SFB分量末端向前进行搜索，第一次超越设定阈值的时间确定为故障结束时间。

当系统侧故障时，暂态零序电流峰值不大于整定值。当用户侧故障时，暂态零序电流峰值接近系统暂态电容电流峰值，且远大于整定值[4-5]。

（1）

式中为用户侧故障时，零序电流峰值；为系统暂态电容电流峰值；为动作电流。

故障后，对零序电流进行采样。暂态电流幅值法中，对采集的暂态零序电流值取暂态零序电流有效值作为比较值，与动作值进行比较计算，其计算公式为：

（2）

式中是故障后零序电流第j个采样点；为第T条线路暂态零序电流有效值；N为总的采样点个数。

零序电流动作整定值为：

（3）

式中K为可靠系数（K可取为1.3-1.5）；为区外故障时流过本线路的暂态零序电流峰值。则接地故障的判断依据为：

≥时，接地故障位于用户侧，分界开关动作；

<时，接地故障位于系统侧，分界开关不动作。

区段定位时按躲过负荷侧最大电容电流暂态峰值整定，暂态峰值可取为大于稳态电容电流幅值的8-12倍整定。

（4）

为常数，可取为8-12；为稳态电容电流幅值。

其稳态电容电流幅值为：

（5）

式中为零序电压幅值，等于正常运行时故障点电压幅值；为工频角频率；C为用户侧单相对地电容。

2 仿真验证

本文主要针对经消弧线圈接地系统中的故障进行仿真实验，并分析验证经消弧线圈接地系统的小电流接地故障定位的可靠性。

2.1 仿真模型線路结构与参数

在ATP建立如图1中所示仿真模型，计算步长10，采样频率50，暂态零序电流选取一周波1000采样点。故障点分别取在线路1、线路2中间位置。线路1为0.24km架空线电容电流0.0054A，线路2为1km电缆线电容电流 2.5979A。接地电阻分别采用10Ω，500Ω仿真。初相角分别选取0°、45°、90°进行仿真。

含有多条出线的10kV配电网中，系统接地方式为中性点经消弧线圈接地，全系统电容电流为30A。系统消弧线圈过补偿度10%，消弧线圈大小为685mh并联电阻3000Ω补偿后接地电流为3A。

将ATP模型仿真数据导入MATLAB，利用编写的程序进行数据处理，并加入FIR滤波器，采用2000Hz低通滤波，得到滤波后的波形。

2.2 暂态电流幅值法仿真结果

（下转第153页）

（上接第193页）

图2中分别得到接地电阻10Ω、500Ω初相角45°单相接地故障时的暂态仿真波形。故障发生时，故障线路暂态零序电流幅值很大，远大于稳态时电容电流幅值10倍以上，容易判断识别故障，可以准确迅速跳闸隔离故障区段。对比故障发生时前两周波波形，在低电阻接地故障时震荡频率很高，而高阻接地故障的振荡频率很低，并且接地电阻之比近似等于振荡频率的比值。

图3仿真接地电阻10Ω，初相角分别为0°、90°时的单相接地故障波形。随着故障相角变大，暂态零序电流幅值也变大，金属性接地时，零序电流幅值都很大，容易判断故障。

为了验证该方法的可靠性与准确性，仿真分析经消弧线圈接地系统中用户侧故障时，应当对架空线路、电缆线路分开验证，在完成以上不同情况的仿真实验后得到了大量实验数据，用于验证方法的准确性，暂态电流幅值法对在经消弧线圈接地系统中，判断金属性故障有很好的灵敏性和可靠性。

3 结语

SFB内保留了暂态零序电流的大部分能量，采用SFB内暂态零序电流幅值法，能够消除消弧线圈补偿电流的影响，且能够极大的提高灵敏性和可靠性，该方法适用于中性点不接地和中性点经消弧线圈接地系统。通过仿真实验验证，能够有效解决经消弧线圈接地系统分界开关拒动的问题。该方法有很高的实用性，能显著提高分界开关工作效能，在配电网中可减少停电次数和停电时间，便于查找故障，恢复故障区段供电，提高供电可靠性。

参考文献：

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