10kV配电线路单相接地的故障及如何处理

张印

[摘 要]我厂为玉门油田水电厂，其供电系统的配电网采用小电流接地方式，为研究其单相接地故障的选线方法，本文分析现有方法的局限性，用构造特征方向行波的方法分析其在实际应用中比传统方法的优势所在，意在找出一种更加灵活、准确、可靠的选线方法。

[关键词]单相电流；配电线路；单相接地故障；

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0007-01

1 引言

我国3-66kv的配电网的网络拓扑主要有辐射状结构、树状结构、环状结构三种，其中应用最多的就是辐射状结构，采用的是小电流接地的运行方式，包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统等等。我厂是玉门油田水电厂，供电系统有35kV变电所9座，变电容量5.065万KvA，其配电网结构即为辐射状结构，其中有长度约260km的35kv线路11条，长度约520km 的10（6）kv线路43条，采用中性点非有效接地方式。据电力部门统计，小电流接地电网的故障中，单相接地故障占绝大多数，其特点为故障电流较小，故障特征不明显，系统在出现故障后扔能运行一定时间，可以提高供电的可靠性和安全行，但是其故障检测困难，长时间带故障运行会导致故障扩大，从而损坏设备。

2 现有方法的局限性分析

近年来，随着科技的进步，对电力系统故障认识的不断完善，经过施慎行等利用叠加原理对故障时的行波进行分析，对入射行波、反射行波和折射行波等的计算分析得出，基于单相电流接地故障的行波特征与系统接地方式无关。

小电流系统发生接地故障时会出现行波线模分量和零模分量，所以出现了一系列新的选线方法，如基于零模电流行波和线模电流行波的选线原理。基于零模电流行波的选线原理为通过比较变电站内各回馈出线上的模量电流行波的幅值和极性来选择故障线路。但是这种方法过于依赖初始波头，当故障相电流无法获取时，近距离故障下的故障选线存在严重死区。且此方法必须在零模行波达到测量点之前完成选线，否则容易导致选线错误。基于线模电流行波的选线方法是利用线模电流反射波来选择故障线路。但是由于线路较短时，线模电流反射波達到测量点的时间非常短，在这极短时间内需要捕捉线模电流初始波头则变的非常困难，容易发生选线错误。

综上，零模电流初始波和无分支线路中的线模行波反射波的极性，均与线模初始波头相反，故要求采样率足够高，才能够将线模初始波头识别出来。当然，采样率可以通过硬件改进的方式提高，但盲目的提高采样率并不能解决问题的本质，且硬件也限制了采样率的无限度提高。同时，由于存在母线分布电容、互感器传变的高频滤波效应等，波头的高频部分衰减很大，即使更大限度的提高了采样率，有些初始波头仍不便分辨。因此，迫切需要研究出一种新型的基于单相电流行波的选线方法。

3 特征方向行波机理分析

3.1 特征方向行波的构造

3.2 故障初始行波分析

当发生近距离故障时，故障附加源依然为网络提供有功功率，故障线路与非故障线路的正反向行波特征关系保持不变，且故障距离越短，行波折反射过程越剧烈，行波能量损耗越快，正反向行波积分达到恒定值的速度也就越快，但积分值与1的大小关系保持不变。因此，本方法显著缩小了传统行波选线法的死区范围。由于本方法不再仅依靠故障初始波头的获取和计算，故大大提高了选线的稳定性和可靠性。

4 选线方法适应性分析

影响配电线路单相接地故障的选线方法的因素有很多，本文研究其中的几个主要因素，通过姜博等建立的仿真模型实验，测试特征方向行波选线方法的适用性，测试结果如下：（1）故障发生时由于消弧线圈的过补偿作用使其电流进一步减小，特测试补偿度对此方法的影响，通过模拟线路在不同补偿度下故障的选线结果可知，本方法对在不同补偿度下的故障选线同样适用。（2）由于配电网母线均接有并联电容器，特用仿真试验测试其对此方法的影响，结果表明母线并联电容器对于本方法无不良影响。（3）在ATP仿真模型中模拟线路发生电弧故障时的选线结果表明，本方法在电弧故障下具有良好的选线效果。（4）由于积分比会随着积分时间不同而变化，特测试线路在不同积分时间下的选线结果表明，本方法在故障全过程均有效。（5）前文介绍过采样率低会是传统方法选线失败，本文采用仿真线路在不同采样率下的结果表明，本方法对于采样率的要求，比传统的行波选线法低得多，且显著缩小了死区范围。（6）配电线路三相不同排列方式有等边三角形、不规则三角形、水平排列，会影响相间电容耦合情况，本文采用Jmarti线路模型测试，经计算得知不会影响本方法的选线效果。（7）此方法的干扰因素还有雷击、开关操作和噪声，通过本文测试得知，雷击和开关操作不会影响本选线方法的判断，但是，信噪比降低会降低本方法的可靠性。

5 结语

本文为研究基于单相电流行波的配电线路单相接地故障的选线方法，特构造了模量上的特征方向行波，通过计算正、反向特征方向行波的积分，选出故障线路。并通过理论数据分析和仿真实验，得出了其在应用中比传统方法的优势所在，此方法能克服对初始波头的依赖，能够在不同的补偿度、采样率和三相导线排列方式以及有雷电或噪音干扰的影响下正确选线，提高了选线的可靠性。

参考文献

[1] 姜博，董新洲，施慎行.基于单相电流行波的配电线路单相接地故障选线方法[J].中国电机工程学报，？2014，？34（34）：6216-6227

[2] 施慎行，董新洲，等.配电线路单相接地故障自愈方案[J]电力自动化设备，2012，32（11）：97-101.

[3] 严凤，杨奇逊，齐郑，等.基于行波理论的配电网故障定位方法的研究[J]. 中国电机工程学报，2004，24（9）：37-43.