《2022年配网线路接地故障分析与分界开关控制器判据要求 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年配网线路接地故障分析与分界开关控制器判据要求 .pdf（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、配电网接地故障分析与分界开关控制器的接地判据郭君保1、 架空线路与电缆线路的接地故障现象架空线路接地故障主要集中在绝缘子、PT 、高压电容器、高压熔断器、电力变压器等设备绝缘故障和高压导线与树枝树叶或其它高空接地物体的接触，开始表现为暂态闪络和高阻接地，接地电流变现为数值很小，时间很短，随着绝缘进一步破坏，碳化，逐步引发刚性接地故障，此时线路有较大谐振过电压，另外两相工频电压提高1.7 倍。如不快速断电处理就会引发相间短路事故扩大。电缆线路接地故障常常集中电缆终端，如环网柜电缆接头处、后插式避雷器还有高压电容器、高压熔断器、PT 、电力变压器等设备绝缘故障，还有城市建设经常出现高压电缆被挖断。
2、这些接地接地故障发生与会产生更为严重的影响。一般控制器能可靠处理接地故障将可以避免80% 以上线路故障，减少多数短路故障的发生。接地故障初期接地电流一般很微弱，高阻接地一次电流毫安级，很难检测，需要感应灵敏度高、采集精度高的零序互感器，而且三相ZCT 特性要求非常一致。还有闪络故障要求采集暂态波形而不是连续波形。一般接地电流越大形成短路故障时间越短，接地电流越小持续时间越长而且不易发现。新乡市裕诚电气采用1000/1,0.5级ZCT 解决了采集的问题。可以采集带 0.01A 一次值，最小保护设定0.1A （一次值）。接地故障总是伴随相电压的变化和零序电压的产生，这是一个重要的判据，一般零序电压
3、越大，接地故障越严重，如果刚性接地那么零序电压等于相电压。中性点不接地系统接地故障都是容性电流，零序电流超前零序电压90 度，负荷侧接地在 270 度左右，开关电源侧与负荷侧接地零序电流方向相反，电源侧90 度左右。根据接地回路负载感容负载或阻容负载不同相位角有相应的变化，但不超过85 度。中性点消弧线圈接地系统一般分为过补偿和欠补偿，过补为阻感性负载，负荷侧接地Vo、与 Io 的夹角在 90-180度，欠补为感容性负载，负荷侧接地Vo 、与 Io 的夹角在 180-270度.这是分界开关分界功能的重要依据。一、中性点不接地系统的接地分析1. 在负荷侧（用户侧）发生接地故障时在中性点不接地系统
4、上发生负荷侧接地故障时矢量图如下. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - CabI02Ic0I2Ib2Ic2V01GC1IVb1VIc1IZCTMPP-ASS在负荷侧发生接地故障时接地电流值如下：此时从 裕诚电气 控制器 -ASS 检测出来的零序电流值如下上述的计算式可以表现为如下图式. bVcVVa正常运行时bc101VV0aIIVIcVb1发生A相接地故障时名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -
5、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - 在A相发生接地故障时，零序电压和零序电流如下。并且对地电容成分和阻抗成分一起存在的矢量图如下：c1I0b1VI01I发生接地故障时零序电压和零序电流0190180270V00I在实际系统上存在阻抗成分时的零序电流和零序电压因此以零序电压的相位角为基准的零序电流的相位角位于270 附近. 2. 在电源侧发生接地故障时IIG0I022b2c2abc01C1b1Ic1IZCTMPP- ASSIIVVVIC在电源侧发生接地故障时，电容电流检测
6、不出来，此时零序电流值如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - aV0bVIIVV02Ic2cb2发生A相接地故障时在A相发生接地故障时，如阻抗成分存在的话，零序电流的方向矢量图如下：Ic2I0I02b2V阻抗成分存在的时候零序电压和电感电流02I00180270I900V电源侧发生接地故障时零序电压和零序电流3. 概要在中性点不接地系统上，接地电流为容性电流，零序电流超前与零序电压，如在负荷侧发生接地故障时零序电
7、流以零序电压的相位为基准而位于270 附近，如在电源侧发生接地故障时零序电流的相位角位于90 角附近，所以易判别接地故障的方向。根据上述结果在中性点不接地系统中，控制器的最适当的相位设定范围是 270 85，根据线路长度，线径、接线方式不同,如果接地回路为阻容负载接地相位角在第四象限，如果接地回路为感容负载接地相位角在第三象限，动作范围根据线路运行环境和条件可以调整。二、消弧线圈接地系统的接地保护裕诚电气控制器是采用微电子技术，依据馈线接地故障稳态分量和对接地故障线路的故障相和非故障相暂态分量进行提取分析计算，依据零序电压V0和零序电流 I0 的幅值，零序电流I0,、零序电压 V0的相位进行分
8、析及比较，提取出更可靠的信号成分来作为接地故障位置的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - 判据。适用中性点不接地(NUS)、经小电阻 (NRS)或经消弧线圈 (NES)接地系统。从故障点暂态电流的组成分析，主要有：1、故障相的对地电容的放电波；2、非故障相对地电容的充电波；3、消弧线圈的暂态电感电流。由于暂态接地电流的频率很高，幅值很大，并且暂态零序电流与零序电压之间存在着固定的相位关系。说明：由于消弧线圈的接入使N
9、ES 的基波分布（如欠或过补偿）与NUS 的基波分布不一样，从而适用于NUS 的基波大小、相位判据对于NES 失效。（日本判据：基波无功方向方法）NES 由于消弧线圈的接入，使得其单相接地故障判据较NUS 难度增加很大，传统的单一判据很难正确判断故障或故障点，而综合判据原理巧妙利用了故障的暂静态特征量，减小了单一判据而导致的误判。1. 在负荷侧（用户侧）发生接地故障时在消弧线圈接地系统上发生负荷侧接地故障时情况如下. CabLI0102L1cII0IVZCTICGVb1c1I2IVMPP- ASS1.1 在负荷侧发生接地故障时电流值如下：此时从 裕诚电气 控制器 -ASS 检测出来的零序电流值
10、如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - 上述的计算式可以表现为如下图式. 1.2 在A相发生接地故障时，零序电压和零序电流如下,在实际系统线路上除了纯电感成分和对地电容成分以外，阻抗成分也一起存在。因此考虑电阻因素可以表现为如下公式：上述的计算式可以表现为如下图式.对零序电压的电容电流位于 90以上角度，电感电流位于 -90以下角度。bVcVVa正常运行时Lbc101VV0aIIVIIcVb1发生 A 相接地故障
11、时名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - 过补偿和欠补偿时零序电压和零序电流的关系如下：因此，以零序电压的相位为准，零序电流的相位在过补偿时位于90 180 范围，在欠补偿时位于180 270 范围。2. 在电源侧发生接地故障时0IIc1Vab1ILV01I发生接地故障时零序电压和电容电流, 电感电流V0IVaIL01在实际系统上零序电压和电容电流, 电感电流0LI01I0VI过补偿时零序电压和零序电流0VI01ILI
12、0欠补偿时零序电压和零序电流0000000090090090090018001800180018002700270027002700名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - LIIG0I022b2c2abc01CIL1b1Ic1IZCTMPP- ASSIIVVVIC在电源侧发生接地故障时，电容电流和电感电流不被检测出来，零序电流值如下：考虑阻抗成分的零序电流的方向如下：aV0bVIIVV02Ic2cb2发生A相接地故障时
13、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - 02b2IIc2IV0在实际系统上零序电压和电容电流I002VI0在电源侧发生接地故障时零序电压和零序电流在电源侧发生接地故障时，以零序电压的相位为基准，零序电流的相位位于 0 90 角度范围，3. 概要在消弧线圈接地系统中，如消弧线圈的电感补偿值充分补偿于线路电容值条件时（即IL IC），在 负荷侧发生接地故障时零序电流值极小，零序电压和零序电流位于180 的相位差。但此时可以
14、造成线路谐振，所以发生过补偿或欠补偿的问题。按上述计算方法，尤其经消弧线圈(NES) 接地系统，无论安装在变电站出线端、线路中段和线路末端，在负荷侧发生接地故障，过补偿时位于90 180角度范围，如欠补偿时位于 180 270 角度范围。在电源侧发生接地故障时， 位于 090角度范围 。所以，裕 诚电气 控制器 -ASS 的最适当的相位设定范围是180o85 。无论安装在变电站出线端、线路中段和线路末端，依据零序电压V0和零序电流 I0 的幅值以及零序电流I0,零序电压 V0的相位 能准确判定接地故障和故障点位置。裕诚电气控制器-ASS的接地故障的判据原理1800000090090018002
15、7002700名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - 1、接地故障的判据原理单相接地保护、高阻抗接地故障保护和断线保护功能的判据：采用微电子技术，依据馈线接地故障稳态分量和对接地故障线路的故障相和非故障相暂态分量进行提取分析计算，依据零序电压V0和零序电流 I0 的幅值、零序电流I0,零序电压 V0的相位进行分析及比较，提取出更可靠的信号成分来作为接地故障位置的综合判据，准确、迅速地判断接地故及故障点位置；2、接地故障
16、的检测过程1）裕诚电气控制器-ASS采集故障线路暂态分量为主作为故障计算分析依据，结合采集稳态分量作为比较参数，采用以下三个因素和综合比较判据来判断接地故障与否和区内或区外的接地故障。零序电流 I0的大小 零序电压 V0的大小 以零序电压 V0比较零序电流 I0的相位角2）零序电流 I0的检测过程如下. 3）零序电压 V0的计算过程如下. 电压传感器传感器保护回路干扰防止回路整合回路干扰过滤回路过滤器数字式变换回路测量及计算零序CT变流器保护回路干扰防止回路信号变换回路干扰过滤回路过滤器数字式变换回路测量及计算名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
17、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - 4）接地故障的判断过程3设定相位角（经消弧线圈接地系统）IV说明：如是中性点不接地系统、经小电阻接地系统，设定相位角为：MTA 基相位角 2700. TAW相位角范围850. 4. 单相接地故障判据：以V0( 零序电压 ) 相位角为设定基准，MTA 是基相位角， TAW 是相位角的范围。如在MTA TAW 的范围 ( 划斜线的范围 ) 满足零序电流 I0和相位即判断为区内故障（负荷侧接地故障）。在其 ( 划斜线的范围 ) 范围外判断为区外故障（电源侧故障）。1
18、、稳态 I0，V0I0原理的判据存在问题在中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障，会造成采用稳态零序电流（I0）原理、零序功率方向（V0I0）原理的接地故障为判据的正确率急剧下降。其原因是中性点经消弧线圈接地系统单相接地时，电容电流分布的情况与中性点不接地系统不一样了。接地故障电流值超过故障电压值超过V0和I0的相位角差位于MTA TAW范围内负荷侧接地故障电源侧接地故障V0和I0的相位角差不位于MTA TAW 范围内名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 1
19、3 页 - - - - - - - - - a.欠补偿ILIC时如果补偿以后的接地电流大于本身线路电容电流，且方向由线路流向母线，故障线路零序电流将减少。如果补偿以后的接地电流小于本身线路电容电流，故障线路零序电流不但大小变化，且方向也变为由母线流向线路。b.当过补偿时 ，即，这种补偿 方式 没有发生过电压 的危 险，因而得到了广泛的应用。采用 过补偿 后，通过故障 线路保 护安装 处的电流为补偿 以后的感性 电流， 它与 零序 电压 的相位 关系和非故障 线路 电容电流与零序 电压 的相位 关系相同， 数值 也和非故障 线路的容性 电流相差无几，故零序过流、零序方向保 护无法 检测 出已接地
20、的故障线路。因此不接地系统中常用的零序电流选线 原理和零序功率方向 选线 原理已不能采用。（指深 圳日高、平高安川的方向接地判据）c.目前在配网接地检测中还存在的问题有：故障信号叠加在负载电流上、稳态幅值较小（与消弧线圈的补偿情况有关）、环境的电磁干扰等影响着故障分辩的正确性；系统运行方式多变、故障状态多变、不确定因素多，故要求检测方法具有更强的适应能力（单一的采用稳态零序电流（I0）原理为判据，尽管提高了 ZCT 的检测精度，但在使用上存在较大的局限性，也已不能全部、准确判断故障，）；变电站的专用选线装置接线复杂，并与馈线故障点相距又远，保护不一体，影响了对故障点的在线参数感测的精度和准确性
21、，不利于馈线自动化。2、裕诚电气控制器接地故障保护的判据要提高小 电流接地系 统单 相接地故障判断 的正确率，必须采用先 进、可行的保 护原理， 并对接地故障的判断依据 2个以上的判据，单相接地故障保护 的正确率才能达到较高的水平。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - 裕诚电气控制器是依据馈线接地故障暂态电流分量(Transient Current Component，TCC)、零序电压V0和零序电流I0 为判据，
22、能准确判定接地故障和故障点位置。1、依据零序电流I0的幅值；2、采用微电子技术，依据对接地故障线路的故障相和非故障相暂态电流的波形、零序电流 I0,零序电压 V0的幅值和相位进行分析及比较，提取出更可靠的信号成分来作为接地故障位置的判据。3、依据故障暂态电流分量(Transient Current Component ，TCC) 和正交小波分解算法，通过提取三相暂态电流特征频带(the Feature Band of Transient Current ，FBTC)之间特征测度的比值形成接地保护继电器的判断准则。该准则是按故障相和非故障相上暂态电流特征频带（FBTC ）中特征频带测度的比值系数
23、为依据。该判据与运行方式、负载或TA 的对称性、故障状态特征等都无关，是基于理论分析的定义所以是固定不变的准则，动作特性具有更高的可靠性、稳定性、灵敏性和适应性。单相接地馈线暂态电流保护，其特点如下：（1）在小电流接地系统中，故障馈线(Faulty Feeder ， FF)FF 故障相中的TCC 是由本 FF的非故障相提供的自供性TCC 和其它非故障馈线(Healthy Feeder ， HF)HF 提供的相似性TCC组成，为小波分解的特征频带提取提供了可行性、有效性和稳定性。（2）单相接地FF(区内 )故障相识别和测度比值大于判断准则，即KFF1.9 ；HF( 区外 )可靠识别测度比值小于或等于判断准则，即KHF 1.9。HF 对接地保护是起助增作用的。（3）所提出的判据准则是特征频带测度的相对比值，完全不同于常规选线原理，也不同于目前保护原理的定值。它对系统的多变因素、不确定因素具有较强的抑制性和自适应能力。（4）所提出的保护方式能与分布式馈线保护单元构成一体化，就地安装在开关上，有利于方便地实现馈线自动化。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - -