配电网单相接地故障对计量回路影响的研究

朱正航，忻 达

（1.国网浙江慈溪市供电有限公司，浙江 慈溪 315300；2.国网宁波供电公司检修分公司变电检修室，浙江 宁波 315100）

0 引 言

在配电网出现单相接地故障后，系统仍能够带电运行2 h 或以上。基于这样的情况，故障点电压和地电压相比较基本为零，而没有故障点的电压与地电压相比较，将会变为发生故障前的3 倍；可能会改变配电网高压侧的电能计量回路具备的参数。因此，需核实在电源侧以及负荷侧安装的电能计量装置，在产生这一故障时，是否可以准确地对电能进行测量，会在怎样的程度上改变配电线路产生的损耗。这些情况均与公平公正的电能计量有着密切关系。本文主要研究单相接地故障影响电能计量回路的情况。

1 计量点位于负荷侧对计量回路的影响

利用高压配电线路将电能向用户输送的过程中，将会在两个位置安装电能计量装置，一个是电源侧，即为母线出线处，另一个是负荷侧，即为用户侧前端。在正常运行系统的条件下，电源侧电能的计量应该是负荷侧所消耗的电能与配电线路消耗电能之和[1]。本文将使用的电能计量方式为三相四线制方式，如图1 所示。

对电能计量点处于负荷侧时计量电能的原理具体如下。根据图1 可知，当电源侧的中性点是O 时，N为负荷的中性点，N′（接地）为电压互感器（TV）的中性点；电压互感器根据三相四线及三元件的接线方式在A、B、C 节点与负荷连接。设UAN为A 节点到负荷中性点的电压相量，IAL为A 相负荷的电流相量，UAN＇为A 相电压互感器的一次电压相量，B 相和C 相的标识号同上，UN＇N为电压互感器负荷中性点以及一次侧中性点的电压相量。由于有功功率是功率的实部，因此对各项负荷功率加以计算，根据相应计算结果可以得知在产生单相接地故障时，负荷侧计量获得的三相电能和负荷消耗电能相同。

图1 三相四线制方式

2 计量点位于电源侧对计量回路的影响

2.1 一条配电线路

母线侧接入的三相配电线路只有一条的情况下（单线路），假设在故障出现前，电源侧每一相对地的电压相量是UA、UB、UC，每一相对地的电流相量是IAd、IBd、ICd，每一相电流互感器（TA）的一次侧电流相量是IA、IB、IC，每一相负荷电流的相量是IAL、IBL、ICL，每一相线路对地电容为C，每一相线路阻抗的均为R+jX。存在故障的条件下，电源侧每一相对地电压相量是UA＇、UB＇、UC＇，每一相电流互感器的一次侧电流相量是IA＇、IB＇、IC＇，每一相负荷电流相量依旧是IAL、IBL、ICL，每一相对地电流相量是IAd＇、IBd＇、 ICd＇，C 相故障点到母线线路阻抗是R＇+jX＇。图2 为系统出现单相接地故障时的电源侧的电能计量原理图。可将虚线部分看做整体，结合相关定律，将这一整体看作是三相负荷模型，那么电源侧的计量获得电能是这一整体消耗的有功电能。在出现故障的情况下，电源侧计量获得的电能仍然是负荷侧消耗电能以及配电线路损耗电能的和[2]。

图2 单线路原理图

2.2 两条配电线路

母线与两条三相配电线路连接的情况下（双线路），假设配电线路为1 和2，其每一相对地电容是C1与C2，UAN是1 线路电源侧负荷中性点到其A 节点的电压相量，UAN＇是电源侧A 相电压互感器的一次电压相量，UN＇N是电源侧电压互感器负荷中性点以及一次侧中性点的电压相量。在故障出现前，电源侧每一相对地电压的相量是UA、UB、UC，每一相对地的电流相量是IAd1、IBd1、ICd1，I 线路电源侧每一相电流互感器一次侧的电流相量是IA1、IB1、IC1，每一相负荷电流相量是IAL1、IBL1、ICL1，2 线路每一相对地电流相量是IAd2、IBd2、ICd2。故障下，电源侧每一相对地电压相量是UA＇、 UB＇、UC＇，1 线路电源侧每一相TA 一次侧电流相量是IA1＇、IB1＇、IC1＇，每一相负荷电流相量仍为IAL1、IBL1、ICL1，每一相对地电流相量是IAd1＇、IBd1＇、IK，2线路每一相对地电流相量是IAd2＇、IBd2＇、ICd2＇，UKN是负荷中性点和接地点的电压相量。在产生单相接地故障时，电源侧的电能计量原理接线如图3 所示[3]。

图3 双线路原理图

通过图3 可知，在母线与两条配电线路相接，配电线路产生单相接地故障时，其电源侧的计量电能是用户有功功率及这条配电线路有功损耗的和。

3 结 论

本文围绕电能计量回路，对中性点的不接地系统产生单相接地故障时，影响电源侧及负荷侧电能计量的情况进行分析，从而获得了如下结论。（1）单相接地故障不会对系统故障线路的负荷侧电能计量回路造成影响，但是却会影响到电源侧的计量电能回路，相比正常运行系统时会增加其电能表示值。这些情况的出现，主要是线路损耗并有所增加引起的。（2）在能够忽略电能计量装置误差的基础上，在电源侧安装的电能计量装置在这一线路上出现单相接地故障时，依旧能够对负荷有功电能及配电线路损耗电能的和进行准确计量。（3）在出现单相接地故障后，将会不断增大故障线路有功损耗，其量值增大的程度和母线终端与故障点距离、分布电容大小及配电线路条数等相关。