选线技术在单相接地故障中的应用理论分析

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摘要：通过对电网变压器中性点经消弧线圈接地的供电系统中单相接地故障的自动选线进行保护时存在的问题，根据故障支路与非故障支路对地电气参数不同的特点阐述了自己的看法，并进行了理论分析。为供电系统保护方面的技术人员提供一个参考。

关键词：选线技术；接地保护；理论分析

中图分类号：O4文献标志码：A文章编号：1673-291X（2011）21-0327-02

我们知道，对于变压器中性点的接地方式有直接接地、不接地和经消弧线圈接地三种情况。而对于变压器经消弧线圈接地的供电系统，单相接地故障的自动选线一直是个技术难题。大量的理论分析与实际运行经验表明，仅仅依靠本地开关的有限数据是无法保证故障选线的正确率的，由于篇幅有限，本处不做过多的分析。我们现在可以根据故障支路与非故障支路对地电气参数不同的特点，所构成的一种新型的选线方法――模式识别法，可以有效解决中性点经消弧线圈接地系统故障选线的难题。当然，实现这一方法的前提是所有数据必须是同步采集的、而且是高速采集的数据。

模型参数识别原理是针对每条线路建立零序参数数学模型，利用零序电流、零序电压的采样数据，根据后面方程式（1）求解模型电容和电阻的估计值，根据得到的线路对地绝缘电阻或分布电容的数据，判断实际发生的故障是否符合所建立的模型。由于发生单相接地故障的支路对地的电阻值很小，与非故障支路的对应参数会有明显的区别，且其值在故障未消除期间是不应该变化的。所以，此时所得计算结果应与实际线路参数接近。

对于高压中性点经消弧线圈接地系统，其系统模型（如图1所示）。以三条馈出电缆线路为例，忽略导线本身的阻抗，主要考虑对地分布电容和绝缘电阻，并采用集中参数的方法进行等效。采用中性点经消弧线圈接地方式的电网在实际运行时有三种运行方式：欠补偿、完全补偿和过补偿。

由于全补偿方式下，消弧线圈的感抗等于系统对地分布电容的容抗，系统将发生串联谐振，产生危险的高电压和过电流，影响系统的安全运行，因此，严格禁止采用；在欠补偿方式下，接地点存在未被补偿掉的电容电流，当系统的运行方式发生变化而切除部分线路时，有可能发展成为全补偿方式；在过补偿方式下，即使系统运行方式改变，也不会发展成为全补偿方式，从而避免了系统发生谐振的可能。因此，实际工程中大都采用过补偿方式。消弧线圈的过补偿度一般为5%～10%。所以，本文的重点也是分析电网工作在过补偿方式下发生单相接地故障时的故障特征。

根据方程式（1）求得电阻或电容的参数估计值，从计算结果可以对模型参数进行识别。

故障等效电路原理（如图2所示）。

根据基尔霍夫电流定律，可以列出各条支路的瞬态微分方程，不妨以第三条支路L3发生单相漏电故障为例:

i3=ic3+ir=3C3+（1）

这是一个时域连续的微分方程，采用微机方法无法处理，所以需要对此方程进行量化处理，根据高等数学中导数的物理意义，以及将微分方程差分化的方法，量化处理后可列出如下公式：

i3=i（k），u0=u（k），=（2）

将（2）代入（1），并化简得：

i（k）=3C3+i（1）=3C3+i（2）=3C3+（3）

观察方程组（3），存在两个未知量，T为采样周期是已知量，因此只需连续采集四个点，列出两个方程就能解出一组参数，即C3和r∑。结果为：

r∑=C3=•（4）

在实际中由于误差等因素，计算结果与实际值会存在一定程度的误差，所以在考虑实际选线时，要对判据留出一定的裕量。上述的推导过程及结果同样适用于其他的各条支路。

判据思路为：假设电网中同级的所有馈出线路均为非故障支路，每一条支路都列出这样的微分方程，并解出其中的未知参数，如果是非故障支路求得的结果一定会符合模型中设定的参数值，而不符合模型参数的物理特征（计算数值为负数）的一定是故障支路。[责任编辑 魏杰]