10kV配电网单相接地故障隔离方法的研究

15技术10kV配电网单相接地故障隔离方法的研究摘要 配电网故障的成功隔离能够有效地提高配电网的供电可靠性 ， 文章针对中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下配电网发生的单相接地故障进行理论分析和数值仿真 ， 提出在中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下配电网的单相接地故障隔离策略 。关键词 配电网 ； 中性点经消弧线圈并联电阻接地 ； 单相接地 ； 故障隔离中图分类号 TM 726 文献标志码 A 文章编号 1002-1140 （ 2013 ） 05-0015-03肖羽鹏（ 湘潭电业局 ， 湖南 湘潭 411104）Research on Single-phase Fault Separation Method in 10kV Distribution NetworkXIAO Yu-peng （ Xiangtan Power Supply Company, Xiangtan 411104, China）Abstract The successful separation of the single-phase grounding fault in distribution network can improve the reliability of power supply,by theoretical analyzing and simulation calculating of the single phase grounding fault in distribution network grounded via Peterson coil with parallel resistor, this paper give a fault separating method in distribution network grounded via Peterson coil with parallel resistor.Key words distribution network; neutral grounded by peterson coil with parallel resistor; single phase to ground faul; fault separation0 引言在小电流接地系统中 ， 因发生单相接地故障后故障电流非常小 ， 单相接地故障的检测与隔离问题一直是困扰配电网运行的技术难点 [1] 。本文通过分析中性点经消弧线圈接地和中性点经电阻接地方式下的故障特征 ， 提出了一种新型的中性点经消弧线圈并联电阻接地方式 ， 分析了在该种接地方式下的单相接地故障特征 ， 提出了在该种接地方式下的故障检测方法 ， 并且通过仿真计算验证了在该种接地方式下的故障检测方法的准确性 。1 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式1.1 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的提出中性点经消弧线圈并联电阻接地方式汲取经消弧线圈接地方式的优点 ， 即单相接地残余电流小 、可持续供电 ， 以及中性点经电阻接地的优点 ， 即过电压水平低 ， 满足接地保护动作灵敏度要求等 ， 弥补经消弧线圈接地或经电阻接地单一运行方式的不足 ， 既有利于瞬时故障熄弧 ， 限制甚至消除发生间歇性弧光接地及其他谐振过电压的可能性 ， 又便于永久性接地故障的检测 。1.2 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的构成中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下的中性点设备主要由自动调谐消弧线圈 （ 此处以调容式消弧线圈为例 ）、 接地电阻器 、 控制器三部分组成 。此外还有提供 10kV 系统中性点的 Z型接地变压器 ，用于测量的中性点电流互感器 、 电压互感器 、 线路电流互感器等 ， 构成方式如图 1所示 。图中 B Z型接地变压器 ， 提供系统中性点L 消弧线圈 ， 补偿电网电容电流肖羽鹏 10kV 配电网单相接地故障隔离方法的研究 电 网 技 术16 技术 中国电业 技术 2013 年第 5期C 可调电容器组 ， 调节消弧线圈补偿电流Rn 接地电阻器PT 0 中性点电压互感器 ， 获取中性点位移电压CT0 中性点电流互感器 ， 获取中性点电流PT 母线电压互感器 ， 获取母线线电压及开口三角电压CT1、 CT2 CTn 线路零序电流互感器由控制器对电流 、 电压互感器的测量数据进行计算分析 ， 完成监测电网电容电流 、 自动调节消弧线圈电感量 、 自动控制接地电阻的投切和自动选择故障线路等功能 。在 10kV 电网中 ， 根据规程规定 ， 中性点长期并联电阻 Rn取 1200欧姆 ， 发生永久性单相接地故障时中性点并联电阻 Rn由 1200欧姆变为 150欧姆 ， 为单相接地故障的检测提供了足够的故障信息 [2-4] 。1.3 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的工作原理1.3.1 电网正常运行当电网正常运行时 ， 中性点接入消弧线圈 ， 并在消弧线圈的两端长期并接中性点电阻器 ， 充分发挥该电阻器抑制串联谐振过电压的作用 ； 若装置采用预调节方式 ， 则实时跟踪电网参数的变化 ， 需要调整时 ， 控制器发出指令自动调整消弧线圈的挡位 ， 始终保证消弧线圈工作在残流最小的最佳工作点 ， 等待电网接地故障的发生 ； 若装置采用跟踪调节方式 ， 则装置只实时跟踪电网参数的变化 ， 不需要实时调整消弧线圈的挡位 ， 只在电网发生单相故障时迅速调节消弧线圈的挡位至残流为最小的最佳补偿挡 。1.3.2 瞬时性接地故障或扰动当电网发生瞬时性单相接地故障或三相合闸严重不同期等扰动时 ， 若装置采用预调节方式则自动闭锁消弧线圈的调节回路 ， 若采用跟踪调节方式则快速调整消弧线圈工作在残流为最小的最佳工作点 ； 充分发挥消弧线圈和中性点接地电阻的补偿和限压作用 ， 促使瞬时性故障自动消失 ， 有效地限制了铁磁谐振与弧光接地过电压对电网的危害 ， 避免了由此引发的绝缘薄弱环节击穿 、 避雷器爆炸 、 电缆对地击穿短路 、 虚幻接地等异常现象的发生 。1.3.3 电网发生永久性单相接地故障当电网发生永久性单相接地故障时 ， 控制器对中性点并联电阻进行投切 ， 通过中性点并联电阻的投切 ， 为故障检测提供了充分的信息 ， 便于准确快速地检测出单相接地故障 。2 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下的单相接地故障原理分析10kV 电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式下发生永久性单相接地故障时 ， 中性点接地电阻产生的阻性电流只流经中性点至故障线路接地点电源侧的部分 ， 单相接地故障的电网等效电路如图 2所示 。由图 2可写出如下公式 1 零序电压 2 故障点总电流 3 非故障线路 L1零序电流 （ 线路 L2同 ）图 2 单相接地故障等效电路图图 1 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式的构成17技术肖羽鹏 10kV 配电网单相接地故障隔离方法的研究 3 数值仿真分析3.1 单相接地故障的隔离策略在 10kV 架空线 T接用户支线的进线处安装智能检测单元 ， 若用户支线发生单相接地故障 ， 智能检测单元通过零序有功增量法检测故障 ， 根据需要可以加装分界开关 ， 分界开关经过一定延时后自动分闸 ， 变电站及馈线上的其他分支用户感受不到故障的发生 ， 用户支线的单相接地故障被成功隔离 。3.2 单相接地故障隔离的仿真计算分析以邯郸 110kV 王朗变 10kV 侧母线所连设备和线路为仿真计算原型 ， 建立 ATP数值仿真模型 。针对 047出线制锨厂线 41-1 号分支末端 （ 分支内 ） 发生单相接地故障进行仿真计算 ， 单相接地过渡电阻设置为 1000欧姆 ， 计算结果如表 1至表 3所示 。针对 047出线制锨厂线 7号环网柜 016号分支末端发生单相接地故障进行仿真计算 ， 计算结果如表4至表 6所示 。通过分析仿真结果可以得出 区内发生过渡电阻1000欧姆以内单相接地故障时智能检测单元安装处的零序电流有功增量在 3.8A以上 ， 而当区外发生过渡电阻 1000欧姆以内单相接地故障时智能检测单元安装处的零序电流有功增量极小 ， 数值在 1mA以下 。4 结论本文提出的零序有功增量法可用于配电网过渡电阻在 1000欧姆以内的单相接地故障准确隔离 ， 能有效解决单相接地故障的隔离问题 。可以根据本文提出的零序有功增量原理研制相应的智能化检测单元和智能化分界开关 ， 以实现对配电网单相接地故障的准确隔离 。参考文献[1] 要焕年．论城市电网接地方式的发展方向 [J] ．中国电力，1993， 8 32-35．[2] 桑在中，张慧芬．用注入法实现小电流接地系统单相接地保护 [J] ．电力系统自动化， 1996， 202 21-23．[3] 郝玉山，杨以涵．小电流接地微机选线的群体比幅比相原理[J] ．电力情报， 1994， 2 15-19．[4] 戴克铭，唐德光．苏州工业园区 20kV配电网规划设计技术原则 [J] ．供用电， 1996， 134 10-12．收稿日期 2013-02-19作者简介肖羽鹏（ 1980），男，本科，工程师，从事电气工程及其自动化工作。（责任编辑 庄严）表 1 中性点并联 1200欧姆电阻时 脱谐度为 -0.1 计算结果U0的相角 U0的幅值 I0的幅值 I0的相角 相角差75.89 4598.00 4.69 -136.20 212.09表 2 中性点并联 150欧姆电阻时 脱谐度为 -0.1 计算结果U0的相角 U0的幅值 I0的幅值 I0的相角 相角差63.73 1178 7.809 -120.9 184.63表 3 区内故障零序有功增量 脱谐度为 -0.1 计算结果I0 I0r I 0l1200欧姆 4.69 7.809 -120.9150欧姆 7.809 -7.7845 -0.6176Δ I0r -3.8039表 4 中性点并联 1200欧姆电阻时 脱谐度为 -0.1 计算结果U0的相角 U0的幅值 I0 的幅值 I0的相角 相角差75.9 4594.00 3.352 166.1 -90.2表 5 中性点并联 150欧姆电阻时 脱谐度为 -0.1 计算结果U0的相角 U0的幅值 I0 的幅值 I0的相角 相角差63.74 1177 0.8612 155.5 -91.76表 6 区内故障零序有功增量 脱谐度为 -0.1 计算结果I0 I 0r I 0l1200欧姆 3.352 -0.0090 -3.3520150欧姆 0.8612 -0.0258 -0.8608Δ I0r -0.0124