引言
中性点不接地的方式在我国电力系统中应用广泛。由于单相接地故障的电流很小,提高单相接地故障的识别精度是十分必要的。然而,这种单相接地故障可能伴随着一段时间的故障运行,如果及时不采取相应的解决措施,也可能影响电力系统的安全运行。尽快确定具体的故障类型对提高供电可靠性具有重要意义。对于小电流接地线的选择,专业人士有自己的解决方案。其中包括,故障平衡电子实施选线、采用暂态信号实施选线和注入式电子选线(附加信号)实施选线。
1单相接地故障初步判定
单相接地后可检测到幅值明显的零序电压错误。其他故障类型可以根据有无明显零序电压可分为两类:一类包括单相接地故障、两相接地故障、不同期合闸与三相负载不对称波动 4 种类型; 另一类包括相间短路、三相短路故障、大电机启动和空载合闸 4 种情况。结束扰动发生前相电流的检测是判别扰动的重要依据结束。除了对于单相接地故障和负载不对称故障,两相及以上电流幅值变化明显故障后,可作为初步判断的依据判断力零序单相高阻故障和单相间歇性接地故障的序电压故障波形非常相似,但间歇性故障具有随机性和瞬时性,而零序电压波动的形式和幅度在两种情况下是不同的案例。在为了深入分析零序电压,采用希尔伯特黄( Hilbert - Huang transform,HHT)获取故障频域信息,提高故障识别率。HHT是一种包括经验模态分解(EMD)和Hilbert变换的自适应时频分析方法。
2配电网单相接地故障选线策略
2.1基于稳态量的选线方法
稳态零序电流幅值比较法是目前比较流行的方法。一般来说,小电流接地管理问题发生后,问题线路的平衡稳态零序电流等于所有安全线路对地的总电容电流。目前,电容量零序电流在平衡状态下的零序电流幅值比有问题的线路相对较低。通过比较各条线路的平衡零序电流,可以方便地将故障线路与安全线路分开。虽然这种方法简单,结构也容易进行制造,但由于系统管理和结构问题而受到了比较大的约束,而且这种做法对谐振接地管理系统是没有很明显的效果的。稳态零序电流幅值比较法的管理系统发生单相接地问题,问题线路和安全线路上的零序电流方向会发生变化:对于问题线路,零序电流通过线路流向母线;对于安全的线路,零序电流通过母线流向线路,这就是所谓的零序功率做法。这一原理也可作为生产设计选线的依据。但当线路短路、高阻接地、线路故障区靠近变压器时,零序电压和零序电流的幅值会很小。因此,谐振接地管理系统群的相位识别比较困难,稳态零序电流幅值比较法不适用。群幅值比较法结合了前两种方法的优点,对每条线路的平衡零序电流幅值进行比较,找出一些幅值较高的线路,逐一比较这些线路的零序电流,将同一线路中不同相位的线路屏蔽成有问题的线路。然而,这种方法并不能完全解决消弧线圈管理系统的接地失效问题。工频零序电流有功分量法。这是一种理想的零序电流平衡方法,主要是根据有功功率结构的稳态零序电流来判断故障是否发生。当线路发生故障时,会产生零序电流,使有功功率高于安全线。两者都具有有功功率的极性特点,突出了相反的性质。根据这一原理,可以采用工频零序电流有功分量法形成零序电流。该方法突破了以往谐振接地管理系统成本低、选线不正确的问题,即相应的灵敏度和精度下降,可以大大提高谐波抑制效果。这是一种确定管理系统产生的谐波的方法。一般来说,有两种情况:从故障线路的平衡零序电流中提取五次谐波分量,其幅值高于安全零序电流。基于这一原理的选线方法又称五次谐波法。为了获得问题振幅的最大和,将3、5和7阶谐波分量加到平方和上。这些方法都会消除了消弧线圈的影响,但在检测中仍存在灵敏度低、选线精度差等问题。
2.2基于暂态量的选线方法
首半波法。使用其选线的原理是因为,在问题线路以及安全线路故障后,在首个半波中拿出的零序电压以及零序电流相位会有不同。针对问题线路二者的相位则是不同的;针对安全线路,二者相位是一样的。不过此类做法容易受到问题初相角的控制,实施的时候要求问题必须发生在电压幅值最高的地带,否则会受到问题干扰,让选线精准程度大大降低。基于小波分析的选线方法。使用小波的变换把暂态零序电流信号里面的特征分量拿出来,这样问题线路特征的分量幅值包络线会远远大于安全线路,并且呈现的特征分量相位是不同的。此类做法对问题特征分量的提取度很精确,不过选线精度过程中很容易受到噪音、过渡电阻以及问题初相角的不良影响而导致精准度下降。基于 Prony 算法的选线方法。使用复指数函数来实施拟合,这样来拿出问题线路的暂态信号主要频段,并把此频段里的导纳、相位以及一些对应数据进行对比来找出问题线路。此类做法选线准确度高,不过计算庞大、时间过慢不能快速实施保护的性能。
2.3基于注入信号的选线方法
S 注入法。使用对电压互感器的二次侧注入电子信号并且在每一条出线的终端接收装备里注入此电子信号,此电子信号能测到问题信号,正常线路不会接受到这类信号,虽然这种做法操作简单,不过容易受到谐波影响,准确性很低。注入变频信号法。使用故障后的位移电压将向消弧线圈的电压互感设备器注入信号,并产生可变频率的恒流电子信号,可以测出每一线路的零序电子信号的功角、阻尼率,如果线路指标高于整定数值时则会认为此线路是问题线路。不过出现接地电阻很低的时侯,也会出现一定的检测错误几率。残留增量法。使用零序电流里面的变化量作为判断的依据,根据变换管理系统里的消弧线圈的阻尼,并准确测量出每一线路的零序电流变化数值,问题线路的变化会高于安全线路的变化。虽然此类做法灵敏度高、也能在谐振接地管理系统里面使用,但需要前提条件,就是消弧线圈必需存在自动调节这个功能。
结束语
总之,配电网单相接地故障对于电力系统的安全可靠运行影响颇大,必须尽早识别诊断,并优选适宜的选线策略。文章根据问题信号进行选线、使用暂态电子信号进行选线以及使用注入电子信号(外加信号)进行选线。当然了每一种选线方法都不是十全十美的,或多或少存在一些不足之处,这就需要在实际运用中加以辨识,选择最佳的选线策略,确保电力系统的稳定运行,为被影响的企业将损失减到最低。
参考文献
[1]宋晓辉,高菲,刘雯静,陈振宁,李勇汇.基于智能算法的配网单相接地故障辨识[J].电气自动化,2020,42(03):49-51+79.
[2]王璐瑶,詹昕,高仁栋,曹骁勇,吴在军.基于模块化多电平换流器的直流配电网接地方式选择[J].供用电,2020,37(05):2-10.
[3]罗俊元,周善有,唐兴强,郭平,李凯恩,张磊,李德强,周文娟.配电网接地故障选线装置研究及设计[J].电力设备管理,2020(04):149-150.