中性点经消弧线圈接地系统故障点定位方法研究

李建华

(天地科技股份有限公司储备系统自动化研究所,北京　100013)



中性点经消弧线圈接地系统故障点定位方法研究

李建华

(天地科技股份有限公司储备系统自动化研究所,北京100013)

针对中性点经消弧线圈系统发生单相接地故障时,现有选线及定位方法存在的问题，提出“双频电流信号注入法”。通过微处理器产生不同频率的信号，对这两个不同的频率电流信号进行数据采集、定位,然后将他们的结果综合比较,通过平均值来确定故障线路,快速解决故障线路的选择和定位的问题。仿真结果验证了改进方法的有效性及准确性。

消弧线圈接地系统;故障点定位;双频率电流信号注入法;故障选线

1　引言

随着配电自动化系统的发展，通过中性点经消弧线圈接地在过去的几年中得到广泛应用。我国配电网80%以上的故障是单相接地故障，然而由于技术的原因，我国配网自动化系统在处理小电流故障定位方面存在严重缺陷，这对配电网安全运行形成潜在威胁。当单相接地发生故障时，接地故障电流即接地电容电流取决于该系统的规模和结构，电压等级和操作模式。电容电流的增加可以产生持续电弧，这甚至可能形成电弧接地过电压，如果不及时熄弧，瞬态故障将造成为永久性故障。因此，当发生单相接地故障时必须采取措施及时消除故障电流，故障点的选线及定位研究意义便突显出来。

2　供电系统故障点选线及定位方法

国内外有许多种线路选择和定位的方法。线路选择包括振幅比较法,相位比较法,五次谐波的方法,有源元件法、能量函数法,零序导纳法,第一次半波法,基于负序电流的线选保护法,基于小波分析的故障线路保护方法和输入变频信号的方法。定位方法包括S信号注入法,行波定位法,故障指示器,使用分段开关定位的方法,使用瞬态信号的定位方法,信号通断法等[1-8]。振幅和相位比较法在这里不使用,因为补偿电流通过消弧线圈到达故障电路。五次谐波的方法,当接地和过渡电阻非常大时,五次谐波很小,这时它将影响选择的精度。对于有源元件法、能量函数法和零序导纳法，如果零序电路中的电阻很小，那么通过有源元件的零序电流更小,这样很容易做出错误的选择。首半波法,当故障发生在相电压太接近零值,瞬时组件的电流太小,很容易导致错误的极性判断。基于负序电流的线选择保护的方法,因为失衡的负载对负序电流和配电网络的影响很大,所以这种方法也很容易出现错误的估计。基于小波分析方法的故障线路保护,如果接地电阻太大,高频瞬态元件的电流太小,也很容易做出错误的选择。输入变频信号的方法,这种方法的问题是输入变频信号时很难确定什么时候使用高阻接地。而且当谐波很多时信号很容易被扰乱。即便在小电流接地系统来判断单相接地故障的方法有很多,但每个方法都有一定的局限性。因此通过消弧线圈接地系统来研究故障线路选择和中性点的定位是很有必要的。

3　信号注入法的选线及定位

在小电流接地故障线路定位方法中“信号注入法”是一种完美的方法。为了说明该方法在线路定位中的工作原理,首先分析TY-01型保护。TY-01型选线和定位保护系统由两部分组成:主电路和检流器。如图1所示,主电路通过五条线(a,b,c,n,l)连接到PT二次侧,a,b,c三个总线连接到PT一次侧。有5个出线连接到母线。信号电流发生器与主机相连。内部电源提供电流信号发生器的充电电池的电源。工作人员可以直接检测每个出线。

图1　信号输入法的原理图

PT的二次侧电压：

Uan=Ubn=Ucn=57.8V,Uln=0V

这个定位方法适合于配电系统。因为配电系统有许多分支线,无论有多少分支线,大多数的电流输入信号将会到达故障位置,而只有少数的电流会无误的流到地面。使用这个特性,故障线路及故障点可以准确找到,如图2所示。

图2　多分支分布系统的故障位置

4　双频电流信号注入法

为消除单一频率引起的系统误差,本文采取以下措施：通过微处理器产生不同频率的信号来定位。当某一点发生故障,TY-01型将两个不同的频率的电流信号按顺序、分别的向PT的两侧输入,其中一个是基本频率,定义为f0、频率谐波在n和n+1之间,另一个基本频率,定义为f1,频率谐波在n+1和n+2之间。对这两个不同的频率电流信号进行数据采集、定位，然后将它们的结果进行综合比较，通过平均值来确定故障线路。

信号电流输入到信号电流检测装置,它的频率特性曲线如图3所示。

图3　检测电流的频率特性

采用人工手持检测器对电流信号进行检测,测量点间距的选择是重点,论文选择6m作为测量点间距。为了测试该方法的有效性,使用Matlab建立了一个消弧线圈中性点接地系统仿真模型,如图4所示。仿真模型有五个输出线参数是:正序阻抗z1=0.17+j0.38、正序容纳B1=3.045,零序阻抗Z0=0.23+j1.72，零序容纳B0=1.881。

本文选择两个输入信号频率220Hz和270Hz。当5个输出中某点出现故障,当前元件各个输出和平均值的模拟模型如表1所示。

表1　频电流信号在五个端口的输出值

在表1中,从两个输入频率信号得到的线路选择结果是正确的,这两个信号可以克服干扰信号的影响。因此这个故障位置被确定。

图4　仿真模型

5　结论

本文利用双频电流信号输入法对中性点经消弧线圈接地系统的故障点进行了选线及定位，仿真结果验证了方法的有效性及抗干扰能力。研究对快速、准确对中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障进行选线、定位，保障安全、可靠供电具有重大意义。

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Research all Neutral Point Via Arc Suppression Coil Grounded System Fault Point Location Method

LI Jian-hua

(Tiandi Science and Technology Co.,Ltd.,Beijing 100013，China)

Single-phase ground fault occurs by arc suppression coil system for the neutral point,the problems of the existing line selection and location method proposed dual-frequency current signal injection method.By microprocessor produce different frequency signals,the frequency of the two different current signal for data acquisition,location,and then compare their results integrated,through average value to determine the fault line,to quickly solve the problem of fault line selection and location.Simulation results verify the effectiveness of the improved method and accuracy.

arc suppression coil grounding system；fault point location；dual-frequency current signal injection method；fault line selection

1004-289X(2016)01-0051-03

TM71

B

2015-04-21

李建华(1978-)，男，内蒙古人，工学学士，工程师，研究方向：工矿自动化及电力传动，从事煤矿提升机自动化的研究。