基于零序電流的單相接地故障定位系統(tǒng)設(shè)計

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，鋪架的距離越來越遠(yuǎn)，電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定的運行就變得至關(guān)重要。所以當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時需要第一時間定位故障點并排除故障。

目前，國內(nèi)對于配電網(wǎng)故障選線技術(shù)的研究雖取得了一定的成就，但效果不甚理想。本文從零序電流的特點出發(fā)，提出了基于零序電流的相位信息的故障定位方法。該定位方法的主要部分是零序電流互感線圈的使用和零序電流相位的計算，下面將詳細(xì)介紹。

零序電流原理
電力系統(tǒng)中的供電線路是三相對稱的，所以接地短路電流分量也是對稱的，在電力輸電系統(tǒng)發(fā)生不對稱接地故障的時候，系統(tǒng)的對稱性改變了，那么配電網(wǎng)絡(luò)中就出現(xiàn)了不對稱的電壓和電流分量。這樣會給接地故障中的電壓和電流分量的計算帶來麻煩，所以將不對稱電路轉(zhuǎn)換為對稱電路進(jìn)行分析，在線性電路里應(yīng)用疊加原理對電流分量進(jìn)行獨自分析，然后進(jìn)行疊加。

1 接地故障點各分量分析
在三相電力系統(tǒng)中，對于任意不對稱的三相相量可分解為三組對稱分量，分別為正序分量、負(fù)序分量、零序分量。設(shè)三相相量分量別為Fa、Fb、Fc，角標(biāo)2、1、0分別代表正序分量、負(fù)序分量、零序分量，即：
Fa= Fa1+ Fa2+ Fa0 (1)
Fb= Fb1+ Fb2+ Fb0 (2)
Fc= Fc1+ Fc2+ Fc0 (3)

在電網(wǎng)正常運行時，系統(tǒng)中只存在正序分量，但是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，系統(tǒng)中則存在正序分量、負(fù)序分量、零序分量。其中，負(fù)序分量和零序分量會對電力系統(tǒng)和電力設(shè)備產(chǎn)生不良影響。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，正序分量表現(xiàn)為三相對稱、大小相等、相位順時針方向相差120°；負(fù)序分量則呈現(xiàn)三相對稱、大小相等、相位逆時針方向相差120°；而零序分量三相對稱、大小相等、相位相同且只有發(fā)生接地故障時才存在。圖1為三相相量分解圖。

圖1 三相相量分解圖

由于在配電網(wǎng)發(fā)生接地故障的時候，系統(tǒng)中才存在零序電流，另外分析零序電流的相位特性，特提出基于零序分量的相位法故障定位法，在文中重點對零序電流的特性尤其是發(fā)生故障接地點前后的零序電流的特性做出分析。

2 接地故障點零序電流分量的等效電路
配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)在D點發(fā)生單相接地故障，假設(shè)接地相為A相，則UDa=0。由于D點三相對地阻抗不等，則系統(tǒng)中三相電壓及電流不對稱。對于A相來說，D點接地處的零序電壓作為激勵源。圖2(a)、(b)為零序網(wǎng)絡(luò)等效圖。圖2中，UD0為接地點零序網(wǎng)絡(luò)激勵，ID0為線路零序電流，ZD0為線路零序阻抗。

3 接地故障點零序電流分量的計算
A相的D點發(fā)生接地故障時，很顯然有如下關(guān)系：
UDa=0；IDb=0；IDc=0 (4)

根據(jù)圖2所示電路短路點零序網(wǎng)等效電路可得電壓方程：
UDa=-ZD0ID0(5)

由圖2(a)、(b)可知，在輸電線路發(fā)生單相接地故障時，接地點前后的零序電流相位是相反的。那么當(dāng)輸電線路發(fā)生單相接地故障時，只要分別采集故障點前后的零序電流的相位并加以比較得出相位相反的結(jié)果，即可判斷故障點的線路區(qū)間。

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