基于零序電流的單相接地故障定位系統設計

隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的規模越來(lái)越大，鋪架的距離越來(lái)越遠，電力系統安全、可靠、穩定的運行就變得至關(guān)重要。所以當配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)需要第一時(shí)間定位故障點(diǎn)并排除故障。

目前，國內對于配電網(wǎng)故障選線(xiàn)技術(shù)的研究雖取得了一定的成就，但效果不甚理想。本文從零序電流的特點(diǎn)出發(fā)，提出了基于零序電流的相位信息的故障定位方法。該定位方法的主要部分是零序電流互感線(xiàn)圈的使用和零序電流相位的計算，下面將詳細介紹。

零序電流原理
電力系統中的供電線(xiàn)路是三相對稱(chēng)的，所以接地短路電流分量也是對稱(chēng)的，在電力輸電系統發(fā)生不對稱(chēng)接地故障的時(shí)候，系統的對稱(chēng)性改變了，那么配電網(wǎng)絡(luò )中就出現了不對稱(chēng)的電壓和電流分量。這樣會(huì )給接地故障中的電壓和電流分量的計算帶來(lái)麻煩，所以將不對稱(chēng)電路轉換為對稱(chēng)電路進(jìn)行分析，在線(xiàn)性電路里應用疊加原理對電流分量進(jìn)行獨自分析，然后進(jìn)行疊加。

1 接地故障點(diǎn)各分量分析
在三相電力系統中，對于任意不對稱(chēng)的三相相量可分解為三組對稱(chēng)分量，分別為正序分量、負序分量、零序分量。設三相相量分量別為Fa、Fb、Fc，角標2、1、0分別代表正序分量、負序分量、零序分量，即：
Fa= Fa1+ Fa2+ Fa0 (1)
Fb= Fb1+ Fb2+ Fb0 (2)
Fc= Fc1+ Fc2+ Fc0 (3)

在電網(wǎng)正常運行時(shí)，系統中只存在正序分量，但是當電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，系統中則存在正序分量、負序分量、零序分量。其中，負序分量和零序分量會(huì )對電力系統和電力設備產(chǎn)生不良影響。當配電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，正序分量表現為三相對稱(chēng)、大小相等、相位順時(shí)針?lè )较蛳嗖?20°；負序分量則呈現三相對稱(chēng)、大小相等、相位逆時(shí)針?lè )较蛳嗖?20°；而零序分量三相對稱(chēng)、大小相等、相位相同且只有發(fā)生接地故障時(shí)才存在。圖1為三相相量分解圖。

圖1 三相相量分解圖

由于在配電網(wǎng)發(fā)生接地故障的時(shí)候，系統中才存在零序電流，另外分析零序電流的相位特性，特提出基于零序分量的相位法故障定位法，在文中重點(diǎn)對零序電流的特性尤其是發(fā)生故障接地點(diǎn)前后的零序電流的特性做出分析。

2 接地故障點(diǎn)零序電流分量的等效電路
配電網(wǎng)輸電系統在D點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，假設接地相為A相，則UDa=0。由于D點(diǎn)三相對地阻抗不等，則系統中三相電壓及電流不對稱(chēng)。對于A(yíng)相來(lái)說(shuō)，D點(diǎn)接地處的零序電壓作為激勵源。圖2(a)、(b)為零序網(wǎng)絡(luò )等效圖。圖2中，UD0為接地點(diǎn)零序網(wǎng)絡(luò )激勵，ID0為線(xiàn)路零序電流，ZD0為線(xiàn)路零序阻抗。

3 接地故障點(diǎn)零序電流分量的計算
A相的D點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，很顯然有如下關(guān)系：
UDa=0；IDb=0；IDc=0 (4)

根據圖2所示電路短路點(diǎn)零序網(wǎng)等效電路可得電壓方程：
UDa=-ZD0ID0(5)

由圖2(a)、(b)可知，在輸電線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地點(diǎn)前后的零序電流相位是相反的。那么當輸電線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障時(shí)，只要分別采集故障點(diǎn)前后的零序電流的相位并加以比較得出相位相反的結果，即可判斷故障點(diǎn)的線(xiàn)路區間。

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