中压配电网零序故障分析及诊断方法

姜敬元　胡丹琳

摘 要：供电网的中高压变电站通常作为供电的樞纽点，它能否安全可靠的工作在很大程度上影响着电网整体的的有效运行。针对供电安全性，怎样减少配电网故障的发生，当故障或异常运行出现时，能否快速、精准发现事故产生原因，降低故障排查时间，确保供电的安全性已作为配电网工作的重中之重。

关键词：中压配电网；零序故障；诊断方法

1.中压配网零故障的分析

1.1中性点不接地故障分析

当中性点不接地电网发生单相接地时，情况将发生明显变化。

接线图表示C相发生金属性接地时的情况，接地后故障点C相的电压变为零，既Udc=0。这时，按故障相条件，可写出下列电压方程式：

UO+UC=Udc为0。这个方程式中UO作为中性点对地电压，而UC是C相电源电压。所以有UO=-UC。这个方程式说明，在C相产生单相接地的情况时，中性点的对地电压就不会为零了，相反会成为-UC，所以对应A、B相的对地电压方程式为：

UdA=UO+UA=-UC+UA=√3UCe-j150

UdB=UO+UB=-UC+UB=√3UCej150

由相关相量关系可知，UdA与UdB之间的夹角转变成60度。三个线电压依然维持着原有对称和大小。但由这组方程式能够得知，二个非故障相即A与B的对地电压却提升√3倍。因为线电压依然维持恒定，所以对于电力用户的持续工作几乎不会有太大影响。虽然电压相对地提升了√3倍，然而对于电力网和其他的电气设施装置也没有太大的威胁，由于在中性点不接地的配电网情况下，所有设备装置的绝缘体是根据线电压进行设计的。然而因为A与B电压相对地提升了√3倍，所以此对地的电容电流随之会提升√3倍。因为C相产生接地，它的对地电容被短接，因此C的对地电容电流会成为零。因此当通过C相接地点进入地中的电容电流（也就是接地电流）已不为零，为：假设线路的每相对地电容都是相等，为CA=CB=CC=C。

它的绝对值是：IC=3ωCUΥ。此式子中的UΥ是装置相电压；而ω是角频率；C是相对地电容。

由上式可知，在中性点出现不接地，单相接地电流IC与正常情况下的3倍相对地电容电流是一致的。

1.2中性点经消弧线圈接地系统

系统限制电容电流的方法，大都是采用消弧线圈补偿法，用消弧线圈的感性电流补偿接地电容电流，为了防止铁磁谐振过电压，消弧线圈一般采用过补偿方式，这样故障线路的零序电流和非故障线路的零序电流一样，都超前零序电压90°，而且零序功率方向都是从母线流向线路，因此用基彼分量构成的零序功率方向不会动作。在经消弧线圈接地的系统中，虽然工频电容电流已被消弧线圈的感性电流补偿，但的对5次谐波来说，消弧线圈的5次谐波感性电流，比5次谐波的接地电容电流要小得多，因此对于5次谐波来说，可以不考虑消弧线圈的影响。因此可以利用故障线路和非故障线路的5次谐波零序电流的差异，构成中性点不接地系统那样的零序电流保护和零序功率方向保护。用5次谐波零序电流作判据，电流信号更加弱小（5次谐波电流比零序电流又要小几十倍，在0.3A左右），而且5次谐波分量的成分和大小与电网的运行方式、线路多少和电压高低有关。

2.零故障诊断方法的分析

2.1装置诊断的基本方法

零故障录波与诊断装置，通常利用控制屏、中央控制器、零电流的互感器和数据的分析工作站，同时有效的引入人工神经网络将系统的全部信息集成网络，信息的存储反映在神经单元彼此的连接权上，应用配电系统的主动适应与自学能力将会促进故障诊断装置拥有很强适应性。所以当电网出现故障时，基于信息不同调度端能够根据反馈的信息的时间差，把故障信息进行三级划分：第一级为开关动作的信息；第二级为保护动作的信息；第三级为故障录波信息。工作人员可使用开关及其保护动作信息有效的进行故障诊断，使用故障录波信息能够对录波进行详细的分析同时对保护动作做出相关的评判。按照保护动作产生的数据结果能有效的进行保护动作信息误动、拒动的修正，以更加精确的进行故障的诊断。

2.2具体诊断方法

2.2.1全信息故障辨识诊断

该技术充分利用故障发生前后完整的录波信号进行故障辨识。其方法是首先分析此次故障是否复合故障（复合故障是指故障过程中有多次电网参数的突变），如是复合故障，则首先将录波数据分解为由一次电网参数突变引起的多个单一故障。然后对每个分解出的故障进行频谱分析，以辨识故障类型，然后再进行全时域和频域搜索，找出故障最强的特征域，在特征域内通过分析电流流向，辨识故障区位，最后如果是复合故障，还需要综合多个单一的辨识结果，得出最终结论。

2.2.2全过程实时录波诊断。

（1）零序故障数据特征采样记录。对全部的零序信号做详细的实时采样，而且要必须将信号最近的1500周期全部采样的数据做仔细保存。同时对各个采样点的数据做实时计算分析，如果有暂态产生，那么就必须将该暂态的整个过程的波形完整截取下来，做详细的在线分析，而且把此次的录波数据存储到硬盘中。

（2）对消弧线圈动态特性进行分析计算。针对不同种类的消弧线圈搭建对应的数学模型，利用数学模型收集的录波数据及其消弧线圈动态特性的相关数据指标，继而准确分析计算消弧线圈动态特性。

（3）根据录波数据和现场情况分析故障原因的方法。研究录波数据和故障原因的关联性，具体方法是根据不同的故障起因建立仿真模型，然后对仿真录波数据和现场录波数据进行比较分析，得出录波数据和故障原因的关联性。

3.结语

根据各个大城市的不同但有代表性的供电方式，同时依据实际的情况，本文所分析的相关诊断方法是非常有效的，供电安全性有充分提高，获得了较好的效果。零故障诊断装置与技术能够有效判断故障类型和发生区域，从而防止了配电事故的发生，确保了供电质量。

参考文献

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[3]白小根，方钦.配电网零序故障诊断及录波系统的应用[J].经济技术协作信息，2013，73.