小电流系统单相接地故障选线及定位

李晓宇

【摘 要】小电流系统单相接地故障选线以及定位一直是研究的热点，本文基于小电流系统出现单相接地短路后的特征，提出利用稳态特征和暂态特征信息结合的方式进行故障选线与保护，然后利用故障后产生的零序电流，对单相接地故障进行定位。通过MATLAB仿真软件搭建相应的仿真模型，仿真结果表明，该方案得到的结果与理论相差很小，能够完成小电流系统单相接地后的选线及定位。

【关键词】小电流接地系统；故障选线；故障定位；零序电流

中图分类号： TM86 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）19-0037-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.19.015

0 引言

如今，在我国的配电网中，大部分采用小电流接地的运行方式[1]。单相接地短路的概率能达到80%左右，在发生故障时，仅仅是由线路的对地电容使大地和故障线路之间产生通路，所以短路电流值不会很大，不过短路故障之后，系统三相线电压仍然可以继续保持互相的对称关系，正常运行及负荷供电不会产生破坏，所以故障后可让系统再运行1-2小时[2]。但是，当有了非正常现象后，正常相的电压值会升到自身的根号3倍，如果不能切除故障而继续运行，超过时限，就可能引起弧光过电压故障[3]，就可能引发成为多相接地或者相间短路故障，导致系统故障扩大，线路和电力元件会受到损坏，危险到系统安全。

我国学者及电力工作人员，经过不断的探索和大量的研究，在理论和实践中都取得了很大收获，以下为国内针对小电流接地系统而经常使用的故障选线和保护主要包括以下几种方法：“S”注入法[4]、小波分析法[5]以及半波分析法[6]。注入法通过在母线处TV二次侧安装一个可以躲开工频频率和高频频率的判断电流进而进行估值选线；小波分析法能够准确的测出紊乱信号参量的瞬时变化和各类其他成份，而且其本身自带有很大的尺度伸缩，这个独特之处让他对突变的信号很敏感。半波法能够在很短的时间内完成故障选线，但半波法中会有很多的系统实时条件的影响和限制。

本文以10kV单电源供电系统为研究背景，利用单相故障后的稳态特征和暂态特征信息，分析单相接地系统的故障选线和定位。

1 小电流接地系统故障特征分析

中性点不接地系统在正常情况下，系统各相相电压的相量和，以及所有电容电流的相量叠加都是零，即系统中没有零序参量的存在。图1为中性点不接地系统，当线路K点发生A相接地，那么A相上的对地电容就会出现被短路的情况，A相的对地电压就和大地的电位同等，此刻出现了中性点对地电压等于中性点对A相电压的情况，即N=-A。

当发生某相接地短路后，系统就会出现零序电压和零序电流，二者相量图及各参量的关系如图2所示。

经理论和相量分析，我们得到了此种不接地系统发生单相接地后，各零序电参量的特证，并以此作为故障选线和保护方案选择设计依据。

2 小电流系统单相接地故障建模仿真

利用MATLAB/Simulink仿真软件，搭建如图3所示的配电网络模型，分析其单相接地故障后的信息特征，进而进行选线和定位。电源输出电压为10.5kV，采用内部星形连接的接线方式。4条支路全部采用三相等值模块，输电线路的正序电阻R1=0.01273Ω/km，零序电阻R1=0.3864Ω/km，正序电感L1=0.0009337H/km，零序电感L1=0.0041267H/km，正序电容C1=1.247×10-8F/km，零序电容C0=7.75×10-9F/km。线路长度依次为130km，170km，1km和155km，有功负荷依次为1MW，0.2MW和2MW。

通过对故障时和故障切除后各电参量的波形对比，我们可以看到，故障时的故障相电压降为零，故障相短路电流增大并且出现了零序功率，而且有功功率的变化十分的显著。大约在0.15秒时刻故障切除以后，我们明显的看到，故障相电压逐渐升高，恢复到正常时的对地电压，非故障相电压也随之降低到正常的相电压。故障相电流的变化成零值，零序功率又恢复到系统正常运行时的零值。

3 结论

本文对小电流接地系统故障后的特征进行分析，指出了系统正常运行时和发生单相接地后各电参量的变化情况。利用MATLAB仿真软件建立了小电流接地系统模型，然后在中性点接地方式下设置单相故障，并且对其进行相应仿真。MATLAB仿真平台下对选线和保护方案进行了仿真，证明判定方案是有效的、可行的。

【参考文献】

[1]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]李雅靓.小电流接地系统单相接地故障仿真及其特征分析[D].华北电力大学，2015.

[3]张继红，宋建成，田慕琴，等.基于功率方向检测的单相接地故障选线设计[J].煤矿机械，2016，37（3）：146-149.

[4]李思博.小电流接地系统单相接地故障定位技术的研究[D].東北农业大学，2015.

[5]唐轶，陈庆.基于零序暂态电流方向判断的小电流接地选线方法[J].电网技术，2007，31（19）：79-82..

[6]胡佐.小电流接地系统单相接地故障选线方法与应用技术的研究[D].湖南大学，2006.