配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理研究

李强

摘要：现如今在配电网方面常常会发生一些故障，故障的发生是不可避免的，而其中发生最多的是接地故障。这就使得如何能够准确的进行检测并隔离接地故障线路，成为了小电流接地系统实现配电自动化的一个较为重要的研究课题。在传统的故障选线之中，最常采用的是比较零序的电流方法，但这种方法存在着一定的缺陷，那就是不方便在馈线保护中实现及现场终端单元上安装。而在本文中我们对配电网接地故障的中负序电流的分布进行了分析，并根据此提出了负序电流的接地保护原理同时通过EMTP仿真进行了分析验证，有效的完成样机的制作并通过动模实验进行了检验。

关键词：配电网接地故障、接地保护原理、故障选线

一、接地故障的相关分析

在接地故障中，配电网接地中的百分之八十以上都是单相接地故障，这就在一定程度上使得如何准确地检测并隔离接地故障线路成为了配电自动化的一个重要的研究课题。目前我国的三到60kV中压电网一般采用的是中性点不接地方式或者经过消弧线圈接地方式。但往往这种接地方式故障的选线存在着一定的困难。发生该故障是，一般需要依靠逐条出线拉闸停电的方式来判断故障的线路，这个就在一定程度上影响了供电的稳定可靠性。为了提高配电自动化的水平，国内外的专家都提供了一些可供使用的故障选线方法，比如采用基波或者是谐波零序电流的大小和方向进行故障的选线、采用注入信号法进行故障选线等都是可用的方法。这一系列的传统方法一般情况下都需要集中起来比较各条出线的零序电流大小或者是相位，由此也带来了许多问题，比如仪器的接线比较复杂，难以与馈线保护结合为一体并且在开关柜上就地安装，其现场运行不具有可靠性。在该文中我们就小电流接地系统发生故障是的电流分布进行分析，由此提出一些基于负序电流的过流保护、暂态能量保护。

二、负序电流的分布

在小电流接地系统发生单相的接地故障时，可以采用对称分量法进行分析。对称分量法的分析依据这许多的公式，在忽略正负序阻抗以及线路零序电抗的影响后，及仅仅考虑线路零序分布电容的影响时，小电流的接地系统接地故障的等效电路也随之改变。在配电网中，系统的高压侧负序阻抗折算至低压侧时的值很小，同时随着电网的增大，系统的负序阻抗随之也在变小。同时因为绝大多数的配电网是辐射网络，所以每条馈线的负荷并不是很大，但负荷阻抗值却是比较大。而另一方面，由于一般的馈线比较短，进而导致自身的负序阻抗比较小，每条馈线负荷的负序阻抗却较大，远远大于自身的负序阻抗。由此我们可以得出一个结论，接地故障所产生的负序电流大部分是由故障点经过了故障的线路流向电源，而非故障线路的负序电流相对来说则是比较小。定义负序电流参考方向是由母线指向的电源或者是馈线，一般情况下接地故障有着一定的过度电阻。而在故障发生之后，故障相电压就会与故障电流的方向一致。而另一方面来说，系统的负序阻抗及负荷负序阻抗一般都呈现感性，并且系统的负序电抗是负序电阻的数倍。经过实验比较可以发现，通过比较单相接地故障时各出线负序电流的大小或者方向来进行接地保护。

三、负序电流的接地保护

3.1负序电流的接地保护判据

在采用零序电压的变化量启动保护时，再出现这样的情况是，既相邻的两周波零序电压的变化量大于整定电压是，便被认为是小电流接地系统可能将要发生接地故障，而经推测零序电压的突变时刻就是故障的可能发生时刻。负序电流的精确工作电流可以使接地保护的装置对负序电流的测量误差保持在百分之三十的范圍之内，而相位误差则是在三十度的范围内最小的工作电流。在负序电流大于标准的精确工作电流是，可以采取一下的判据进行接地的保护。在线路的负序电流大于整定制式的分析馈线的接地保护时，需要按照多开其他馈线金属型接地故障在馈线k上产生的负序电流进行整定。通常情况下定义流出母线方向的电流方向为正方向，取流向系统及发电机或者是变压器的负序电流为极化电流，而取被保护线路的负序电流作为比较电流。在比较电流与极化电流的方向相反时，在一定的灵敏度范围内取相应的动作判据。第三步是取故障相电压作为极化电压，而取该线路的负序电流为比较电流，当两种电流的方向相同时，则故障电路的负序电流与故障电压基本上同方向。在一般情况下，低阻发生接地故障时，负序电流比较大，保护判据的灵敏度高;而在发生高阻接地故障之时，故障相电压比较高，同时故障点消耗的能量仍然比较大，保护判据四一般也能够运作。因此可以得知，采用负序电流以及暂态能量所组成的综合馈线接地保护中，能够完成低阻、高阻以及弧光接地等各式各样的接地故障的准确检测。

3.2负序电流接地保护的特点

负序电流的接地保护中有着许多的特点，以下是比较显著的几个特点，第一点是适合就地安装并且满足配电自动化的要求，这是负序电流接地保护判据仅仅要做的只是测量被保护线路的电压、电流，由此便于能够在FTU上进行安装，也更易于实现线路的分段就地保护，也能够满足配电自动化的相关要求。第二点是保护原理并不受中性点接地方式的影响保护精度却受着故障残留大小的影响，一般情况下，只要中性点的接地方式不影响负序等效回路，那么也就不会影响到负序电流在电网中的分配。但尽管如此，接地方式却影响着故障残流的大小，进而决定了接地故障负序电流的大小，因此故障的残流将会影响到保护的精确度。最后一点是抗弧光接地能力比较强，因为小电流的接地系统负序回路阻抗以及时间的常数都远远的小于零序回路，而零序电流的震荡衰减时间也远小于零序电流的震荡衰减时间。而在弧光接地的过程之中电弧的熄灭瞬间，负序电流将会迅速的消失，由此可见负序电流的接地保护受到弧光的影响比较小，且具有着很强的抗弧光接地保护能力。

3.3提高负序电流的接地保护精度的方法

首先第一种方法是采用测量级电流互感器TA，接地故障导致了三相电流变化比较小，而测量级的TA不会出现饱和的现象。采用了测量级TA能够很大程度上提高负序电流的测量精度。第二是选择合适的负序电流测量量程，一般的接地故障产生的负序电流，达满量程的百分之三十以上，就能够满足了负序电流的接地保护要求。最后一点是采用负序电流变化量来进行保护计算，为了消除负电荷不对称而带来的负序电流影响，应当采用负序电流的变化量来进行相关的计算。而在馈线的接地保护中负序电流的变化量同样面领着一个难题：对绝缘的老化、缓慢破坏直至最后被击穿的故障检测比较的困难。面对这些难题可以采用以下的方法加以改善：第一是直接采取负序电流来进行保护，且适当的增大整定值由此来消除负荷不平衡的影响;第二是降低故障分量的整定值，满足绝缘击穿的突变过程的保护动作;第三是采用零序导纳来进行辅助判据，以上的这些方法可能不能再根本上解决问题，但却可以较为有效的对这些难题加以改善，值得推广应用。

四、结束语

对于小电流接地系统的单相接地故障时的负序电流的分步的研究，由此提出了负序电流的接地保护原理的分析，同时对接地故障所产生的负序电流的分布以及负序电流的接地保护进行了较为详细的分析验证，并完成了样机的制作。本文告诉了读者对于接地故障的解决办法，以及一些相关的知识内容，因此具有极高的文学价值。

参考文献：

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