零序电流比例增量法在小电流接地故障选线中的应用.pdf

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第39卷第20期2011年1O月l6日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlVb1.39NO.2Ooct.16.2011零序电流比例增量法在小电流接地故障选线中的应用王新超,张玉海(山东大学电气工程学院山东济南250061)摘要:通过对小电流接地系统电路特点的深入研究发现,故障后在各条支路上流动的零序电容电流只决定于系统的零序电压与支路的对地电容,而不决定于故障发生在哪条支路上,且故障发生前后的支路对地电容几乎不变。非故障支路上流动的是零序电容电流,故障支路上流动着的是零序电容电流与接地电流的叠加。正是基于这一分析结果提出了一种零序电流比例增量法,定义了基准零序电流比例系数序列和参考基准电流分度系数等中间参量。其工作特点是可以剥离各支路的零序电容电流,并通过比较剥离后各支路增量的最大者,即故障支路。进一步的仿真表明该法稳定可靠,具有良好的适应能力。该法对其他判别法提高判别精度也有帮助。关键词:小电流接地系统;单相接地故障;零序电容电流;故障选线;仿真Applicationofthezerosequencecurrentincrementalratiomethodinsmallcurrentgroundingfaultlineidentification—rANGXinchao.ZHANGYu-hai(SchoolofElectricalEngineering,ShangdongUniversity,Jinan250061,China)Abstract:Intensivestudyingonthecharacteristicsofsmallcurrentgroundingsystemcircuitfindsthatthezerosequencecapacitive’—currentineachpowerlinedependsmerelyonthesystemSzerosequencevoltageandpowerline-to-groundcapacitanceswhenasingle-phasegroundingfailurehappens,anddoesnotdependonthatthefailureOCCULTSinwhichpowerline,andthe—powerlineto-groundcapacitancesarealmostunchangedbeforeoraftert—hefailure.Nonfaultpowerlinecurrentsarezerosequencecapacitivecurrents,butfaultpowerlinecurrentisthezerosequencecapacitancecurrentplusthegroundingcurrent.Basedontheresultsofthisa—nalysisazerosequencecurrentproportionincrementalmethodisgiven,whichdefinessomemediumparameterssuchasthezerosequencecurrentratiostandardcoefficientarrayandreferencecurrentgaugecoefficient.Characteristicsofthemethodisthatzero・sequencecapacitivecurrentsarestripped,andthemaximumincrementofthepowerlineisfound,whichisthefaultone.Furthersimulationsshowthatthemethodisstableandreliable.witl1goodadaptability.ThemethodCanalsoimproveidentificationaccuracyofothermethodsforthefaultpowerlineselection.Keywords:smallcurrentgroundingsystem;singlephase・・to--earthfault;zerosequencecapacitivecurrent;faultlineselection;simulation中图分类号:TM77文献标识码:A文章编号:1674-3415(2011)20-0125-060引言消弧线圈的引入在大大降低了小电流接地系统中单相接地故障电流,但同时也加大了故障支路甄别的难度。理论分析表明,尽管有消弧线圈的补偿作用,但还是会有一定的接地残流存在。这部分电流只出现在故障支路中,并与故障支路的零序电容电流相混合共同构成了故障支路电流。残流是故障支路的本质特征。但受现场客观条件的限制,接地残流并不能直接检测到。这就迫使我们只能寻求间接的解决方案。下面就本文提出的零序电流比例增量法工作原理进行分析和探讨】。1接地故障时的零序电流分析为了便于分析起见,选取小电流接地系统接线如图1示。如果忽略线路中比较弱的影线因素:电损耗、感抗和其他杂散参数,其各条支路的零序电流可以表述为,0:UjcoC+UbjcoCb+U。jmC。(1)126.电力系统保护与控制式中,、、。为线路三相对地电压的相量值;j。为第条支路的零序电流相量值;、C为第k条支路的对地电容;而、、主要决定于—C:0.—02—4。13lgrz)7图1带消弧线圈补偿的小电流接地系统—Fig.1Smallcurrentgroundingsystemwitharcsuppressioncoildiagram而单芯分相铅包电缆:C:三g兰!(3)G式中:£0为真空介电常数;岛为相对介电常数;G为外形几何因数。对某一具体系统来说,上述参数均为常数,因此、、也均为固定值。又在大多数情况下,线路的三相对地电容是近似平衡的,因此令c曲=C=C。=C。则式(1)可以简化为:●●●●●IOk=(+Ub+U。)ioC}=3U0iC}(4)式(4)的结果表明:只要支路对地电容值固定不变,则流过该支路的零序电容电流只与系统零序电压有关,且呈正比关系。而支路的对地电容在故障前后是不变的,这个结论可以通过下面的几点讨论加以验证J。当系统发生单相接地故障时,非故障支路对地结构不变,故这些支路的对地电容不会改变。而对于故障支路其非接地相部分导线对地电容也不变。至于接地相部分导线的情况可大致概括为图2形式。接地点将该段导线对地电容分割成两部分,为’”方便讨论分别记为C和C其总电容C可由式(5)表示。由于接地点通常只是点接触,即所占区域相对该段导线总长度来说是可以忽略不计的。因此故障支路故障相的对地电容也基本不变。C。=C+C(5)图2故障支路对地电容示意图—Fig.2Faultline-togroundcapacitancediagram图2中流过接地点电阻R;的电流j是消弧线圈补偿后的残流。其工频分量决定于消弧线圈的补偿度。对工频而言,欠补偿时,为感性电流由大地流入支路为正;过补偿时,为容性电流由支路流向大地为负;完全补偿时,理论上数值接近零为纯阻性电流。为了便于下一步对零序电流的分析,将图1的零序网络图绘制于图3。其中标有g下标的为故障支路,为系统中性点对地电压。-壶图3系统接地零序网络图Fig.3Systemgroundingfaultzero-sequencenetdiagram由图3可以看出,故障支路的主要特征是有接王新超,等零序电流比例增量法在小电流接地故障选线中的应用127.地电流残流j【61。它与故障支路支电流的关系可以表达为●●●●●,,、Io‘g:3UoJE一jd:,og~_,jdo式中:C。为故障支路零序对地电容;。为故障支路零序电容电流。根据前面的分析及式(4)~(6)知,对于固定的零序电压。,非故障支路只存在零序电容电流,且与故障无关,其值可以用支路出口零序CT来检测;故障支路的零序电流除了电容电流还有残流j即有了与故障有关的j变化量。结合零序电压。的变化,故可以用零序电流比例增量法来甄别故障支路。2零序电流比例增量法的判据在非故障情况下给系统施加零序电压,可测得一组各支路零序电流值。定义其中最大的一项为参考基准电流Io=m…ax{/o)(7)』SS式(7)中,n为支路条数。将数据中各项与,o相除,取得的商称为基准零序电流比例系数序列,记作……H={h1,h2,h,,h)(8)其中=,0J/,0一=3UojaC ̄/(3UojCOCo ̄)=/(9)显然在基准零序电流比例系数序列中,不再有零序电压。的因素,其数值只决定于支路的固有参数,是一组常数。定义j。一与零序电压与角频率。i的比值为参考基准电流分度系数。,记作IFD=Io/(uoJ)=3C0(10)C。一为非故障情况下,最大零序电流分支支路的对地电容。从式(10)可看出只与支路固有参数有关,也是个常数。当发生单相接地故障后,首先根据故障时的零序电压,。建立参考基准电流。序列,……10:{io1,i02,io曲,,ioH}(11)i=hkIF。・P0jco(12)然后将测得的各支路零序电流定义为』o序列,……10={fol,i02,io,,i0}(13)将。序列与参考基准电流,。序列对应项相△减,差记作—A:i0i0(14)△△{II}(15)△故障支路判据:对应的支路为故障支路。3仿真分析与验证仿真线路采用Matlab7中的分布式元件,系统以单端三相电源、中性点接有消弧线圈的变压器和变压器付边的4条经母线辐射出去的支路组成。各条支路的零序电流检测元件(零序CT)安装母线处。变压器原边电压35kV,付边电压6kV(其它参数选用默认值)。各支路长度为Ll=13kin,L2=l7km,L3=19km,L4=21krn;支路参数分别取:电阻0.12Q/krn;正序电感0.26x10-H/kin,零序电感0.783×10H/km;正序电容0.42×10一F/km,零序电容0.28×10~H/km。根据系统绝缘和稳定要求,消弧线圈多采用过补偿方式,取过补偿度约为7%。为了方便零序信号的获取与分析,仿真引入了Matlab7的零序分析器。3.1基准零序电流比例系数序列和参考基准电流分度系数仿真的第一步是获取基准零序电流比例系数序列和参考基准电流分度系数。在变压器付边中性点引入迁移电压(考虑避免对线路绝缘的过大冲击,取6kV的3%)180V[7.8】。各零序cT测得支路零序f工频)电流稳态幅值曲线如图4示。\图4零序电压180V下各支路零序电流幅值曲线—Fig.4Thezerosequencecurrentamplitudecurveunderzerosequencevoltage180V图4显示支路Ll~L4的零序电流分布是与支路长度成正比的(在支路其它参数相同的情况下),Ll最小、L4最大。由于此时并非接地故障,所以检测到的电流全部是支路对地电容电流。用式(7)~(10)对各路仿真电流值进行整理,并将结果列于.128.电力系统保护与控制表1。表1零序电压180V下各参数表Tab.1Theparametersunderzerosequencevoltage180V3.2验证选线判法有效性选择距支路L1母线出口1km处分别以接地电阻为0、20Q、100f2做A相接地故障。根据前边的讨论知,零序电流比例增量法仅使用故障的稳态参量,所以可以随意选取初始条件。从仿真曲线看,故障后各路零序(工频)电流幅值响应曲线(稳态段)大致相同,为了简明起见仅绘出了接地电阻20Q时的曲线于图5(其他以数据形式收集于表2~4)。由图5可以看出,故障支路L1因受物理结构(最短)的影响,其零序电流幅值并不为最大。I/一图5零序电压180V下各支路零序电流幅值曲线Fig.5Thezero-sequencecurrentamplitudecurveunderzerosequencevoltage180V表2支路L1接地电阻为0Q时的有关故障参数Tab.2ThefaultparametersofLlunder0Qgroundingresisitance表3支路L1接地电阻为20Q时的有关故障参数Tab.3ThefaukparametersofL1under20Qgroundingresisitance表4支路L1接地电阻为100Q时的有关故障参数Tab.4ThefaultparametersofL1under100Qgroundingresisitanc表2~4中数据显示,lAkl最大值均出现在故障支路中(显著大于非故障支路),表明零序电流比例增量法是有效的。为了能进一步验证算法的一般性。再选用一条最长的L4支路来进行故障仿真。具体设置是,故障点选择为距支路L4支路口1km处、接地电阻20Q、A相接地。实验所有相关结果整理于表5。可以看出零序电流比例增量法在此同样有效。进一步比较表3、表5中的两个故障电流增量2.013A、2.001A与对应计算出的接地电流值2.02A、2.018A非常接近,这说明故障电流增量所代表的是故障时的接地电流。表5L4接地电阻为20Q时的有关故障参数Table5ThefaultparametersofL4under20Qgroundingresisitanc由表2~4还可以看出:(1)故障支路的零序电流比例增量特征得以凸显;(2)接地点过渡电阻Rj的增加会降低零序电压。的幅值并改变其相位,王新超,等零序电流比例增量法在小电流接地故障选线中的应用.129.同时减小接地电流j;。但这种降低作用对R.在数十欧姆范围内变化时是很弱的。其机理是,消弧线圈的加入使得;大为减少,进而在R上的压降也减小。而R.上的压降大小直接影响了的大小。luV借助表3和表5还可以计算出系统对地总电容电流约为3OA,接地电流约为2A,因此消弧线圈过补偿度约为6.7%。应当指出,由于欠补偿与完全补偿容易使系统产生谐振过压,所以一般不被采用L9j。4零序电流比例增量在其他判法中的应用工频整次谐波(3、5、7次等)选线判法常用于带消弧线圈补偿系统。由于消弧线圈补偿只对工频起作用,对工频整次谐波消弧线圈则呈现为高感抗。所以可近似认为对工频整次谐波系统中性点对地开路,比幅比相法成立【10-11]。但由于谐波电流很弱,在受到噪声干扰情况下直接使用效果比较差。而零序电流比例增量法则可在很大程度上提高其信噪比。图6给出了工频整次谐波零序网络图,其忽略掉了杂散参数的影响并假设消弧线圈阻抗足够高可以看作开路。符号加z下标表示整次谐波。其信噪比提升原理可归结为对于故障支路。:。一jd(16)—Azg=ogjz。=(,z。g-jz。)-Jd一zjd(17)其中:,:为零序CT检测到故障支路对应的整次谐波电流;j。为故障支路对应的谐波电容电流;接地电流(数值上为对应的系统总谐波电容电流)。图6系统整次谐波电流接地零序网络图Fig.6Systemintegerharmoniccurrentgroundingfaultzero-sequencenetdiagram由于j。。与j方向相反(从母线流出方向看)相互消减,所以有幅值小于zjd幅值;Azg将幅值提升至幅值。非故障支路,Az^=,zo一,z0^s0用式(12)可以计算出其方法基本同于工频,所不同的是使用工频整次谐波零序电压。(由电压互感器和相应滤波器可以获得)和角频率。由于基准零序电流比例系数序列能够反映各支路对地电容的相对情况,所以也可用于提高其它判别方式的判别精度。5结语经上述分析,零序电流比例增量法适用于带有消弧线圈的小电流接地系统。且由分析推知其也适用于其它中性点不接地方式。零序电流比例增量法的基本思想是修正各支路由于对地物理结构不同而带来的差异,因此对于其它故障选线方法精度的提高也有帮助。参考文献[1]CAIXu,YUYue-zhong.Protectionanditsapplicationfordetectingsinglephaseearthfaultfeederbasedonincrementfunctionprincipleinresonantgroundedpowerdistributionsystem[J].JournalofShanghaiJiaoTong—University,38,8:12731277.[2]郭清涛,吴田.小电流接地系统故障选线方法综述[J].电力系统保护与控制,2010,38(2):146.152.GUOQing-tao.WUTian.Surveyofthemethodstoselectfaultlineinneutralpointineffectivelygroundedpowersystem[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38(2):146.152.[3]赵福旺,姚彩霞.小电流接地系统接地检测的工程应用分析[J].继电器,2004,32(7):21。23.—ZHAOFuwang,YAOCai-xia.Analysisoffaultlineselectionforpowersystemwithindirectlygrounded—neutral[J].Relay,2004,32(7):2123.[4]刘雪莉,郭铁峰,裴善鹏.为小电流选线建立故障诊断系统的探讨fJ】.继电器,2006,34(17):4-7.LIUXue・li,GUOTie-feng,PEIShan-peng.Studyofsettingupsystemoffaultdetectinginneutralpoint—noneffectivelygroundedsystem[J].Relay,2006,34—(17):47.[5]刘子玉.电气绝缘结构设计原理[M】.机械工业出版社,1981:107.108.LIUZi-yu.Electricalinsulationstructuredesign—principle[M].ChinaMachinePress,1981:107108.[6]胡佐,李欣然,石吉银.基于残流与首半波综合的接地选线方法研究【J].继电器,2006,34(7):6-9,37..130.电力系统保护与控制(上接第l10页continuedfrompage110)[2]许仪勋,等.谐波对无功电能表计量特性的影响[J1_电—网技术,2005,29(16):5660.XUYi-xun,eta1.Influenceofharmonicsonregistrationofvarhourmeter[J].PowerSystemTechnology,2005,29(16):56.60.[3]陈金辉,韩嫒媛,武文平.基于单片机PICI6F877A和计量芯片ATT7022A的三相多功能复费率电能表的设计[J】.电力系统保护与控制,2010,38(2):98.100.—CHENJin-hui,HANYuanyuan,WUWen-ping.Anew—designofthree・・phasemulti-functionelectricpowermeterbasedonthePIC16F877AandATT7022A[J].Power—SystemProtectionandControl,2010,38(2):98100.[4]黄玉春.电力谐波对电能计量影响的分析与探讨【JJ.—电力系统保护与控制,2009,37(10):123124,135.HUANGYu-chun.Analysisanddiscussionofpowerharmonicsinfluencingtheelectricenergycomputation[J].PowerSystemProtectionandControl,2009,37(10):123.124,l35.[5]张勇军,石辉.考虑谐波响应率的电能表谐波误差修—正[J】.电力系统保护与控制,2009,11(16):5861,67.ZHANGYong-jtm,SHIHui.Harmonicerrormodifyingofelectricenergymeterconsideringharmonicresponsivity[J】.PowerSystemProtectionandControl,2009,l1(16):58.61,67.[6]欧阳森,蔡桂锋,等.谐波对电能计量装置影响的误差分析[J】.低压电器,2009,21:48.51.[7][8][9][10]OUYANGSen,CAIGui。feng,eta1.Erroranalysisofharmoniceffectonelectricenergymeasurement[J].ElectrotechnicalTerminologyLowVoltageApparatus,2009,21:48.51.FilipskiPS,BaghzOUZY,COXMD.DiscussionofpowerdefinitionscontainedintheIEEEDictionary[J].IEEETransonPowerDelivery,1994,9(3):1237-1244.孙士乾,孙时春.电力系统中非正弦功率的定义[J].中国电机工程学报,1990,10(5):44.56.SUNShi.qian,SUNShi.chun.Thedefinitionsofnon-sinusoidalpowerinapowersystem[J].Proceedings—oftheCSEE,1990,10(5):4456.MakramEB,HainesRB,GirgisAA.Effectofharmonicdistortioninreactive19owermeasurement[J].IEEETransonIndustryApplications,l992,28(4):782.787.郭亚军.综合评价理论、方法及应用【M】.北京:科学出版社,2007.收稿日期:2010-1O一24作者简介:史训涛(1986一),电能质量、无功优化等蒋金良(1953一),场和电力企业管理;修回日期:2010-1卜24男,硕士研究生,主要研究方向为—Email:xuntaotaozi@163.com男,副研究员,研究方向为电力市欧阳森(1974-),男,工学博士,讲师,研究方向为电能质量和智能化电器等。
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