配電網(wǎng)單相接地故障處理技術(shù)

1、配電網(wǎng)單相接地故障處理技術(shù)配電網(wǎng)單相接地故障處理技術(shù)劉劉 健健陜西電力科學研究院總工程師陜西電力科學研究院總工程師教授，博士生導師，博士，教授，博士生導師，博士， Senior Member,IEEE國家電網(wǎng)公司科技領(lǐng)軍人才、百千萬人才工程國家級人選國家電網(wǎng)公司科技領(lǐng)軍人才、百千萬人才工程國家級人選主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 外加信號法外加信號法 故障信號法故障信號法 單相接地定位單相接地定位 綜合方法綜合方法 外加信號法：外加信號法： 強注入法強注入法 弱注入法弱注入法 故障信號法：故障信號法： 故障穩(wěn)態(tài)信號法故障穩(wěn)態(tài)信號法 故障暫態(tài)信號法故障暫態(tài)信號法 綜合方法：綜合方法： 配電網(wǎng)單相接地故障

2、處理方法配電網(wǎng)單相接地故障處理方法單相接地故障選線單相接地故障選線： 各條線路之間特征比較各條線路之間特征比較單相接地故障定位：單相接地故障定位： 各區(qū)域入點和出點特征比較各區(qū)域入點和出點特征比較 配電網(wǎng)單相接地故障判據(jù)配電網(wǎng)單相接地故障判據(jù)外加信號法外加信號法 “ “拉路法拉路法”： 利用接地故障線路拉閘后故障現(xiàn)象能夠消失的特點，利用接地故障線路拉閘后故障現(xiàn)象能夠消失的特點，選出故障線選出故障線和和實現(xiàn)單相接地故障的區(qū)域定位。實現(xiàn)單相接地故障的區(qū)域定位。 該方法必然會造成對非故障線的停電。該方法必然會造成對非故障線的停電。外加信號法外加信號法-1-1 “ “S S注入法注入法”： 在發(fā)生接地

3、故障后，通過三相電壓互感器的中性點向接地在發(fā)生接地故障后，通過三相電壓互感器的中性點向接地線路注入特定頻率的交流電流信號，利用信號探測器檢測線路注入特定頻率的交流電流信號，利用信號探測器檢測各饋線和饋線段的該信號，實現(xiàn)單相接地選線和定位。各饋線和饋線段的該信號，實現(xiàn)單相接地選線和定位。 該方法利用處于不工作狀態(tài)的接地相該方法利用處于不工作狀態(tài)的接地相PT注入信號，無需增注入信號，無需增加一次設備，也不會對運行設備產(chǎn)生不良影響，但是注入加一次設備，也不會對運行設備產(chǎn)生不良影響，但是注入信號強度受電壓互感器容量影響，一般注入信號比較微弱，信號強度受電壓互感器容量影響，一般注入信號比較微弱，尤其在接

4、地電阻較大或者接地點存在間歇性電弧時，檢測尤其在接地電阻較大或者接地點存在間歇性電弧時，檢測效果不佳。效果不佳。 改進方法：改進方法：“直流開路、交流尋蹤直流開路、交流尋蹤” （針對間歇性電弧，但不利于絕緣恢復）（針對間歇性電弧，但不利于絕緣恢復） 外加信號法外加信號法-2-2（弱注入法）（弱注入法） 注入變頻信號法：注入變頻信號法： 根據(jù)故障后位移電壓大小不同，而選擇向消弧線圈電壓互根據(jù)故障后位移電壓大小不同，而選擇向消弧線圈電壓互感器副邊注入諧振頻率恒流信號或是向故障相電壓互感器感器副邊注入諧振頻率恒流信號或是向故障相電壓互感器副邊注入頻率為副邊注入頻率為70Hz恒流信號，然后監(jiān)視各出線上

5、注入信恒流信號，然后監(jiān)視各出線上注入信號產(chǎn)生的零序電流功角、阻尼率的變化，比較各出線阻尼號產(chǎn)生的零序電流功角、阻尼率的變化，比較各出線阻尼率的大小得出選線判據(jù)。率的大小得出選線判據(jù)。外加信號法外加信號法-3-3（強注入法）（強注入法） 殘流增量法：殘流增量法： 在發(fā)生單相接地故障時，增大消弧線圈的失諧度增大相應在發(fā)生單相接地故障時，增大消弧線圈的失諧度增大相應故障點的殘余電流，對比各條出線在消弧線圈換擋前后零故障點的殘余電流，對比各條出線在消弧線圈換擋前后零序電流的變化量實現(xiàn)單相接地故障選線和區(qū)域定位。序電流的變化量實現(xiàn)單相接地故障選線和區(qū)域定位。 靈敏度和可靠性較高，不受電流互感器等測量誤差

6、影響，靈敏度和可靠性較高，不受電流互感器等測量誤差影響，但是此方法需要增加專門的設備。但是此方法需要增加專門的設備。 外加信號法外加信號法-4-4（強注入法）（強注入法） 中電阻并入法：中電阻并入法： 在發(fā)生單相接地故障時，在中性點暫時并入中電阻，增大在發(fā)生單相接地故障時，在中性點暫時并入中電阻，增大零序電流，實現(xiàn)單相接地故障選線和區(qū)域定位。零序電流，實現(xiàn)單相接地故障選線和區(qū)域定位。 靈敏度和可靠性較高，但是需要增加專門的設備，且不利靈敏度和可靠性較高，但是需要增加專門的設備，且不利于瞬時性單相接地的處理。于瞬時性單相接地的處理。 外加信號法外加信號法-5-5（強注入法）（強注入法）故障信號法

7、故障信號法故障穩(wěn)態(tài)信號法故障穩(wěn)態(tài)信號法工頻零序電流比幅法：工頻零序電流比幅法： 單相接地時，故障線路的零序電流在數(shù)值上等于所單相接地時，故障線路的零序電流在數(shù)值上等于所有非故障元件對地電容電流之和，通過比較各出線有非故障元件對地電容電流之和，通過比較各出線零序電流幅值的大小可以選線。零序電流幅值的大小可以選線。 在系統(tǒng)中某條配線很長時，可能會誤判，且對消弧在系統(tǒng)中某條配線很長時，可能會誤判，且對消弧線圈接地系統(tǒng)，其選線能力將會大大降低，另外，線圈接地系統(tǒng)，其選線能力將會大大降低，另外，此方法易受電流互感器不平衡，線路長短、系統(tǒng)運此方法易受電流互感器不平衡，線路長短、系統(tǒng)運行方式及過渡電阻的影響

8、，檢測靈敏度低。行方式及過渡電阻的影響，檢測靈敏度低。基于故障穩(wěn)態(tài)信號的方法基于故障穩(wěn)態(tài)信號的方法-1-1工頻零序電流比相法：工頻零序電流比相法： 單相接地時，故障線路零序電流從線路流到母線，單相接地時，故障線路零序電流從線路流到母線，健全線路零序電流從母線流到線路，兩者方向相反，健全線路零序電流從母線流到線路，兩者方向相反，據(jù)此可以進行故障選線。據(jù)此可以進行故障選線。 這種方法在出線較短、零序電流較小時，相位判斷這種方法在出線較短、零序電流較小時，相位判斷困難，另外受過渡電阻和不平衡電流的影響較大，困難，另外受過渡電阻和不平衡電流的影響較大，也不適用于消弧線圈接地的系統(tǒng)運行方式。也不適用于消

9、弧線圈接地的系統(tǒng)運行方式?；诠收戏€(wěn)態(tài)信號的方法基于故障穩(wěn)態(tài)信號的方法-2-2諧波分量法：諧波分量法： 故障電流中存在著諧波信號，以故障電流中存在著諧波信號，以5次諧波分量為主。次諧波分量為主。由于消弧線圈是按照基波整定的，對由于消弧線圈是按照基波整定的，對5次諧波的補次諧波的補償作用可以忽略不計。償作用可以忽略不計。 判據(jù)：故障線路的判據(jù)：故障線路的5次諧波零序電流比非故障線路次諧波零序電流比非故障線路大并且方向相反。大并且方向相反。 不受消弧線圈影響，但是故障電流中的不受消弧線圈影響，但是故障電流中的5次諧波含量次諧波含量較小（較?。?0%），檢測靈敏度低。），檢測靈敏度低?；诠收戏€(wěn)態(tài)信

10、號的方法基于故障穩(wěn)態(tài)信號的方法-3-3零序電流有功分量法：零序電流有功分量法： 由于線路的對地電導以及消弧線圈的電阻損耗，使由于線路的對地電導以及消弧線圈的電阻損耗，使得故障電流中含有有功分量。利用故障線路有功分得故障電流中含有有功分量。利用故障線路有功分量比非故障線路大且方向相反的特征構(gòu)成保護判據(jù)。量比非故障線路大且方向相反的特征構(gòu)成保護判據(jù)。 不受消弧線圈影響，但是由于故障電流中有功分量不受消弧線圈影響，但是由于故障電流中有功分量非常小且受線路三相參數(shù)不平衡的影響檢測靈敏度非常小且受線路三相參數(shù)不平衡的影響檢測靈敏度低，可靠性得不到保障。低，可靠性得不到保障。 為了提高靈敏度，采用瞬時在消

11、弧線圈上并聯(lián)接地為了提高靈敏度，采用瞬時在消弧線圈上并聯(lián)接地電阻的作法加大故障電流有功分量，但會使接地電電阻的作法加大故障電流有功分量，但會使接地電流增大，加大對故障點絕緣的破壞。流增大，加大對故障點絕緣的破壞?；诠收戏€(wěn)態(tài)信號的方法基于故障穩(wěn)態(tài)信號的方法-4-4零序?qū)Ъ{法：零序?qū)Ъ{法： 利用各條線路零序電壓和零序電流計算出的測量導利用各條線路零序電壓和零序電流計算出的測量導納構(gòu)成保護判據(jù)，即對于非故障線路，零序測量導納構(gòu)成保護判據(jù)，即對于非故障線路，零序測量導納等于線路自身導納，電導和電納均為正數(shù)，對于納等于線路自身導納，電導和電納均為正數(shù)，對于故障線路，零序測量導納等于電源零序?qū)Ъ{與非故故

12、障線路，零序測量導納等于電源零序?qū)Ъ{與非故障線路零序?qū)Ъ{之和的負數(shù)。兩者在復導納平面中障線路零序?qū)Ъ{之和的負數(shù)。兩者在復導納平面中的范圍存在明顯界限，據(jù)此作為保護判據(jù)。的范圍存在明顯界限，據(jù)此作為保護判據(jù)。 不受過渡電阻的影響，但過渡電阻較大時，電網(wǎng)的不受過渡電阻的影響，但過渡電阻較大時，電網(wǎng)的零序電壓和零序電流均很小，影響測量導納的測量零序電壓和零序電流均很小，影響測量導納的測量精度。該方法對于接地點伴隨不穩(wěn)定間歇電弧的短精度。該方法對于接地點伴隨不穩(wěn)定間歇電弧的短路故障時幾乎失效。路故障時幾乎失效。基于故障穩(wěn)態(tài)信號的方法基于故障穩(wěn)態(tài)信號的方法-5-5負序電流法：負序電流法： 發(fā)生單相接地故

13、障時，由于負序電源阻抗比較小，發(fā)生單相接地故障時，由于負序電源阻抗比較小，故產(chǎn)生的負序電流大部分由故障點經(jīng)故障線路流向故產(chǎn)生的負序電流大部分由故障點經(jīng)故障線路流向電源，非故障線路的負序電流相對很小。利用負序電源，非故障線路的負序電流相對很小。利用負序電流分布的這一特點構(gòu)成保護判據(jù)。電流分布的這一特點構(gòu)成保護判據(jù)。 抗過渡電阻能力強，并且具有較強的抗弧光接地能抗過渡電阻能力強，并且具有較強的抗弧光接地能力。但是系統(tǒng)正常運行時也會存在較大的負序電流，力。但是系統(tǒng)正常運行時也會存在較大的負序電流，并且負序電流的獲取遠不如零序電流的獲取簡單、并且負序電流的獲取遠不如零序電流的獲取簡單、準確。準確?；?/p>

14、故障穩(wěn)態(tài)信號的方法基于故障穩(wěn)態(tài)信號的方法-6-6故障暫態(tài)信號法故障暫態(tài)信號法首半波法：首半波法： 基于故障發(fā)生在故障相電壓接近最大值附近這一假設，基于故障發(fā)生在故障相電壓接近最大值附近這一假設，故障相電容電荷通過故障線路對故障點放電，使得故障故障相電容電荷通過故障線路對故障點放電，使得故障線路單相接地電流的首半波和非故障線路的方向相反。線路單相接地電流的首半波和非故障線路的方向相反。 只適用于故障相電壓在峰值附近接地時，而對于電壓過只適用于故障相電壓在峰值附近接地時，而對于電壓過零點附近接地的情形，首半波電流的暫態(tài)分量值很小，零點附近接地的情形，首半波電流的暫態(tài)分量值很小，易引起誤判。此外，首

15、半波極性關(guān)系正確的時間非常短易引起誤判。此外，首半波極性關(guān)系正確的時間非常短（遠小于暫態(tài)過程），且受線路結(jié)構(gòu)和參數(shù)影響，檢測（遠小于暫態(tài)過程），且受線路結(jié)構(gòu)和參數(shù)影響，檢測可靠性較低?？煽啃暂^低?；诠收蠒簯B(tài)信號的方法基于故障暫態(tài)信號的方法-1-1基于暫態(tài)特征頻段的方法：基于暫態(tài)特征頻段的方法： 研究了健全線路與故障線路入端零序阻抗的相頻特性，研究了健全線路與故障線路入端零序阻抗的相頻特性，并根據(jù)相頻特性將頻率分為不同區(qū)域，定義了線路首容并根據(jù)相頻特性將頻率分為不同區(qū)域，定義了線路首容性特征頻帶（性特征頻帶（SFB），在該頻帶內(nèi)，故障線路零序電流），在該頻帶內(nèi)，故障線路零序電流幅值最大，且非故

16、障線路零序電流與故障線路零序電流幅值最大，且非故障線路零序電流與故障線路零序電流極性相反，利用該頻帶內(nèi)暫態(tài)零序電流的這一特征構(gòu)成極性相反，利用該頻帶內(nèi)暫態(tài)零序電流的這一特征構(gòu)成保護判據(jù)。保護判據(jù)。 不受消弧線圈影響，但在故障過程中（尤其是間歇性電不受消弧線圈影響，但在故障過程中（尤其是間歇性電弧接地）中，故障線和健全線的方向參量弧接地）中，故障線和健全線的方向參量 的區(qū)別不是的區(qū)別不是時時存在（有可能同時為時時存在（有可能同時為0）。）。基于故障暫態(tài)信號的方法基于故障暫態(tài)信號的方法-2-2衰減直流分量法：衰減直流分量法： 通過故障發(fā)生在過零時刻時，高頻暫態(tài)分量小而衰減直流通過故障發(fā)生在過零時刻

17、時，高頻暫態(tài)分量小而衰減直流分量較大的特點構(gòu)成判據(jù)。對于非故障線路，流經(jīng)的零分量較大的特點構(gòu)成判據(jù)。對于非故障線路，流經(jīng)的零序電流中僅含有暫態(tài)電容電流分量，不含有電感電流分序電流中僅含有暫態(tài)電容電流分量，不含有電感電流分量，故沒有衰減直流分量；對于故障線路，流經(jīng)的零序量，故沒有衰減直流分量；對于故障線路，流經(jīng)的零序電流主要是暫態(tài)電感電流，其衰減直流分量很大。電流主要是暫態(tài)電感電流，其衰減直流分量很大。 該方法在電壓過零時具有很高的靈敏度，而當電壓越是靠該方法在電壓過零時具有很高的靈敏度，而當電壓越是靠近峰值時靈敏度降低。近峰值時靈敏度降低?；诠收蠒簯B(tài)信號的方法基于故障暫態(tài)信號的方法-3-3參

18、數(shù)識別法：參數(shù)識別法： 配電網(wǎng)零序網(wǎng)絡在一定頻率下，在發(fā)生單相接地故障后，配電網(wǎng)零序網(wǎng)絡在一定頻率下，在發(fā)生單相接地故障后，健全饋線和故障所在饋線的故障下游終端識別的電容為健全饋線和故障所在饋線的故障下游終端識別的電容為正，故障所在饋線的故障上游終端識別的電容為負，以正，故障所在饋線的故障上游終端識別的電容為負，以此為依據(jù)進行單相接地選線和定位。此為依據(jù)進行單相接地選線和定位。 不受中性點接地方式、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、故障發(fā)生時刻、電弧間不受中性點接地方式、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、故障發(fā)生時刻、電弧間歇程度等因素影響，適用性、可靠性高。歇程度等因素影響，適用性、可靠性高?；诠收蠒簯B(tài)信號的方法基于故障暫態(tài)信號的方法-

19、4-4相電流突變法：相電流突變法： 健全線路以及故障所在線路的故障下游的終端，同一點測健全線路以及故障所在線路的故障下游的終端，同一點測得的三相突變電流相同。而故障所在線路的故障點上游得的三相突變電流相同。而故障所在線路的故障點上游的終端，兩健全相的突變電流相同，而與故障相在幅值的終端，兩健全相的突變電流相同，而與故障相在幅值和波形上都有很大差別，因為后者還含有故障點電流。和波形上都有很大差別，因為后者還含有故障點電流。利用此差異特征進行單相接地選線和定位。利用此差異特征進行單相接地選線和定位。 不受中性點接地方式等因素影響，耐過渡電阻能力強。不受中性點接地方式等因素影響，耐過渡電阻能力強?；?/p>

20、于故障暫態(tài)信號的方法基于故障暫態(tài)信號的方法-5-5行波法：行波法： 行波測距法：行波測距法： 配電網(wǎng)分支多、線路短，影響定位效果。配電網(wǎng)分支多、線路短，影響定位效果。 行波極性法：行波極性法： 對采樣率要求高。對采樣率要求高。基于故障暫態(tài)信號的方法基于故障暫態(tài)信號的方法-6-6單相接地定位單相接地定位配電網(wǎng)單相接地區(qū)域定位判據(jù)配電網(wǎng)單相接地區(qū)域定位判據(jù)測點測點（入點）（入點）測點測點（出點）（出點）測點測點（出點）（出點）無特征無特征無特征無特征無特征無特征配電網(wǎng)單相接地區(qū)域定位判據(jù)配電網(wǎng)單相接地區(qū)域定位判據(jù)測點測點（入點）（入點）測點測點（出點）（出點）測點測點（出點）（出點）有特征有特征有

21、特征有特征無特征無特征配電網(wǎng)單相接地區(qū)域定位判據(jù)配電網(wǎng)單相接地區(qū)域定位判據(jù)測點測點（入點）（入點）測點測點（出點）（出點）測點測點（出點）（出點）有特征有特征有特征有特征有特征有特征配電網(wǎng)單相接地區(qū)域定位判據(jù)配電網(wǎng)單相接地區(qū)域定位判據(jù)測點測點（入點）（入點）測點測點（出點）（出點）測點測點（出點）（出點）有特征有特征無特征無特征無特征無特征特征：特征： 參數(shù)辨識法：參數(shù)辨識法：辨識出電容為負辨識出電容為負 相電流突變法：相電流突變法：至少一相電流突變量與其他兩項差異明顯至少一相電流突變量與其他兩項差異明顯 首半波法：首半波法：單相接地電流首半波極性相反單相接地電流首半波極性相反 負序電流法：負序電流法：負序電流較大負序電流較大 零序?qū)Ъ{法：零序?qū)Ъ{法：測量導納為負測量導納為負 零序電流有功分量法：零序電流有功分量法：零序電流有功分量較大零序電流有功分量較大 諧波分量法：諧波分量法：5次諧波較大且極性相反次諧波較大且極性相反 工頻零序電流比相法：工頻零序電流比相法： 工頻零序電流方向相反工頻零序電流方向相反 工頻零序電流比幅法：工頻零序電流比幅法： 工頻零序電