一种用于消弧线圈接地系统中的故障定位方法

一种用于消弧线圈接地系统中的故障定位方法【摘要】本文综合考虑目前消弧线圈接地系统故障选线及定位技术不能应用于复杂网络等问题，提出了一种同时投切并联中电阻和谐波信号源的故障定位方法。通过对新方法的选线原理的分析和其选线效果的仿真验证，证实了此种故障定位方法无论在系统金属性接地或高阻接地的情况下均能准确、快速地定位故障，并可滤除系统干扰的影响，具有很高的应用价值，值得推广应用。【关键词】消弧线圈；并联中电阻；故障选线；故障定位1.引言随着配电网的复杂化，系统电容电流逐渐增加，对于消弧线圈系统，当发生单相接地故障时，消弧线圈提供的电感电流和原系统中的电容电流相抵消，这样就可以减少流经故障点的电流，使电弧易于熄灭。然而，由于单相接地故障电流小，经过消弧线圈补偿后，故障线路电流再次降低，这给消弧线圈接地故障选线、定位带来了很大的困难。本文在分析总结现有故障选线方法以及故障定位技术存在问题的基础上，提出了一种同时投切并联中电阻和谐波信号的故障定位方法。通过验证证实了此种方法具有很高的准确率，与故障指示器的结合，大大减少了接地故障的查找和排除时间，提高了配电网运行的可靠性。2.故障选线、定位技术2.1故障选线技术目前接地故障选线技术应用较多的主要有：零序电流比幅、比相法；五次谐波分量法7，8。零序电流比幅、比相法原理是基于单相接地故障时流过故障线路的零序电流幅值比非故障线路零序电流的幅值大且电流方向相反进行选线，但这种方法只适用于中性点不接地系统，且不能排除CT不平衡及过渡电阻大小的影响。五次谐波分量法是利用五次谐波的群体比幅比相法解决故障选线的问题。由于消弧线圈的补偿只是针对基波而言的，对于五次谐波而言5L1/5C，此时可忽略对其补偿效果，再利用零序电流比幅、比相法的原理，故障线路的五次谐波电流比非故障线路的幅值大且方向相反，即可解决系统的选线问题。但系统中五次谐波含量较少，检测灵敏度低，负荷中的五次谐波源、CT不平衡电流和过渡电阻大小，均会影响选线精度。2.2故障定位技术目前应用较多的故障定位技术主要有：故障测距法；信号注入法；故障点探测法等9。故障测距法包括阻抗法和行波法。阻抗法是假定线路为均匀线，利用在不同故障类型条件下计算出的故障回路阻抗或电抗与测量点到故障点的距离成正比，计算测量点到故障点的距离，进行故障定位。行波法根据线路发生故障时，会产生向线路两端传播的行波信号的理论，利用在线路测量端捕捉到的暂态行波信号可以实现故障定位。这两种方法只适合于网络分支较少线路，而配电网出线分支较多，用行波法进行故障定位比较困难10。信号注入法需要借助外部信号设备，提供故障检测信号，当系统发生接地故障时，安装在变电站的信号源主动向母线注入一个特殊的信号，这个特殊的信号在接地点和信号源构成的回路上流过，即只在故障线路上流过，检测装置通过检测、跟踪这个特殊信号，进而确定故障点。故障点探测法就是在配电线路的主要节点安装故障探测器，将探测信息加以汇总分析，得到故障区段。目前常用的户外故障探测器有线路故障指示器。它是利用线路自身的故障信号进行故障判定，一般用在人工沿线查找，工作效率低。3.并联中电阻选线技术并联中电阻选线方法是信号注入法的一种，它借助投切并联中电阻装置，当系统发生接地故障时，通过投切并联中电阻，向系统注入工频信号，该信号仅在故障线路中流通，因此可对该信号进行检测从而选出故障线路。并联中电阻系统接线图如图1所示。图1中：Ea、Eb、Ec分别为A、B、C三相的电压；Ca、Cb、Cc分别为A、B、C三相的对地电容；R1为并联中电阻；R2为单相接地故障时的接地电阻；L为消弧线圈；K为真空开关。系统正常运行时，真空开关K断开，并联中电阻不投入运行。当系统发生单相接地故障后，经过一段时间延时，真空开关K闭合，投入中电阻，监测各线路零序电流数值。由于投入中电阻所产生的有功电流只在故障线路中流通，且有功分量不会被消弧线圈的感性电流所补偿，因此在并联电阻投入的时间内，仅故障线路零序电流增加，非故障线路电流变化很小。中电阻投入0.5s后，开关K断开，切除中电阻，再次监测各线路零序电流数值。在并联电阻投入的时间内（几个周期即可），故障线路的零序电流信号与非故障线路相比差异显著，且有功分量不会被消弧线圈的感性电流所补偿，因此可以选出故障线路。并联中电阻的选线过程为：系统单相接地经过设定的延时时间投入并联中电阻采样线路零序电流切除并联电阻采样线路零序电流选线装置准确判断接地线路。为验证并联中电阻选线效果，假设系统中有5条出线，模拟1号出线发生接地故障，并在短时间内投入并联中电阻。通过仿真分析得到投切并联中电阻选线的各线路零序电流波形如图2所示。由图2可见，并联中值电阻投切前后，故障线路1号出线零序电流幅值发生跳变，而非故障相线路的零序电流在并联电阻投切前后变化不明显，因此可以根据这一变化判定故障线路。并联中电阻选线方式就是根据这一原理发展而来的，为解决消弧线圈系统的故障选线难题提供了一个良好的解决办法。4.故障定位方法的分析研究故障选线仅仅对变电站的出线进行故障选线，而配电网线路分支较多，当线路发生接地故障时，检修人员需要从变电站出线开始，沿着故障线路，找到下一级分支点，然后通过人工试拉的方式确定具体的故障线路区段。该查找方法人力投入较大，故障排查时间较长，给系统的安全带来隐患11。如果能够对变电站和开闭所同时进行故障选线，并借助一些选线方法，形成配电网故障定位系