小電流單相接地線路故障選線系統(tǒng)及算法

張世斌，高傳昌，王光明，劉彩萍

（1．華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450045;2．河南易安能源科技有限公司，河南 鄭州 450016）

小電流接地系統(tǒng)（即中性點非有效接地系統(tǒng)）是指中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)．我國110 kV以下系統(tǒng)大部分采用這種接地方式，35 kV10 kV6 kV采用這種方式的尤為普遍．根據(jù)多年的供電系統(tǒng)故障統(tǒng)計表明，單相接地故障發(fā)生的概率占66%以上．長期以來，對于小電流電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地的情況，都是靠人工逐條拉開變電站的各條線路來尋找故障點，但人工判斷故障需要的時間極不確定，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到安全供電的要求．因此開發(fā)一種準(zhǔn)確迅速的自動化小電流單相接地故障線路選線系統(tǒng)，對供配電系統(tǒng)的安全運行意義重大［1－4］．

1 系統(tǒng)設(shè)計

1．1 單相接地指示器的設(shè)計

單相接地指示器（MCU）如圖1所示，設(shè)有用于采集一條線路上三相電流信號的A/D采集模塊．A/D采集模塊連接CPU，CPU通過驅(qū)動單元控制連接繼電器單元，繼電器單元中的相應(yīng)開關(guān)接點連接在報警裝置回路中．CPU具有通訊接口模塊，該模塊支持方式包括 RS232，RS485，（選配）CDT和MODBUS規(guī)約（選配）．單相接地指示器還包括電源模塊，該模塊包括穩(wěn)壓單元，穩(wěn)壓單元連接用于連接直流輸入的輸入端口．報警裝置為聲光報警裝置．

圖1 單相接地指示器

1．2安裝方式

小電流系統(tǒng)中，母線下的所有同級線路，每個線路均接入一個單相接地指示器，如圖2所示．單相接地指示器1，單相接地指示器2，……，單相接地指示器n．單相接地指示器通過相應(yīng)輸入端口采集三相電流信號，并根據(jù)采集情況進(jìn)行判斷，通過相應(yīng)輸出端口輸出判斷結(jié)果．

圖2 安裝方式

2 選線方法及步驟

2．1 數(shù)據(jù)采集

再采集的時間為35 ms，記錄從此觸發(fā)點前5 ms到觸發(fā)點之后35 ms，共40 ms的采樣數(shù)據(jù);記該40 ms中的前20 ms為參比數(shù)據(jù)，后20 ms數(shù)據(jù)為樣本數(shù)據(jù);觸發(fā)點后10 ms的數(shù)據(jù)為判斷數(shù)據(jù)．

2．2 預(yù)處理

記參比數(shù)據(jù)前10 ms數(shù)據(jù)中，三相電流絕對值最大值分別為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)1＜F2＜F3．

記參比數(shù)據(jù)后10 ms數(shù)據(jù)中，三相電流絕對值最大值分別為R1，R2，R3，R1＜R2＜R3．

記樣本數(shù)據(jù)后10 ms數(shù)據(jù)中，三相電流代數(shù)和絕對值Y的最大值為M．

如果參比數(shù)據(jù)的前10 ms數(shù)據(jù)中，每相數(shù)據(jù)的絕對值最大值，即F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3均≥C3，參比數(shù)據(jù)形成一個3行的運行時故障數(shù)據(jù)——故障矩陣，行為相，列為采樣點數(shù)，如矩陣（1）：

如果F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3均≥C3，則對參比數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如果（F2－F1）＜（F3－F2），將F1和F2所在的行逐點相加形成運行時故障矩陣（2）的第4行，h1=ai+bi，i=1，2，…，n．F3所在行數(shù)據(jù)作為故障矩陣（2）的第 5 行，gi=ci，i=1，2，…，n;如果（F2－F1）＞（F3－F2），將F3和F2所在的行逐點相加形成運行時故障矩陣（2）的第4 行，h1=ci+bi，i=1，2，…，n．F1所在行數(shù)據(jù)作為故障矩陣（2）的第5行，gi=ai，i=1，2，…，n．

第4行絕對值最大值記為E4，第5行絕對值最大值為E5，E5所對應(yīng)采樣點與E4所對應(yīng)采樣點的采樣間隔為S45．

2．3 預(yù)報警

判斷A：如果R1≤C2，R2≥C3，R3≥C3，輸出預(yù)報警A．

判斷B：如果F1≤C2，F(xiàn)2≤C2，F(xiàn)3≤C2，且M與D1相等（允許判斷誤差+/－K），同時距離上次報警輸出時間≤T1，輸出預(yù)報警B;T1取5 s．

2．4 判斷輸出

當(dāng)有至少一個預(yù)報警存在時，重新開啟采集20 ms，若三相中，每相數(shù)據(jù)絕對值最大值≤C2，判斷線路無單相接地故障;否則，判斷線路單相接地故障．

3 現(xiàn)場試驗

小電流單相接地線路故障選線系統(tǒng)在河南商丘供電公司110 kV京港變進(jìn)行了10組試驗，試驗結(jié)果見表1．

表1 小電流單相接地線路故障造成系統(tǒng)試驗結(jié)果

續(xù)表1

4 結(jié)語

實際單相接地試驗表明，此系統(tǒng)用于中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地線路中，當(dāng)發(fā)生金屬性接地、電阻性接地、電弧性接地時都能迅速、準(zhǔn)確、可靠地選出故障線路，試驗的正確選線率為100%，能滿足用戶需求，應(yīng)用前景十分廣闊．

［1］賈清泉．非有效接地電網(wǎng)選線保護(hù)技術(shù)［M］．北京：國防工業(yè)出版社，2007．

［2］蔣建東，陳帆，任建．小電流接地系統(tǒng)暫態(tài)零序電壓電流特征仿真研究［J］．鄭州大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2011，32（4）：68－71．

［3］施慎行，董新洲．基于單相電流行波的故障選線原理研究［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，36（14）：14 －16．

［4］林湘寧，翁漢琍，吳科成，等．小電流接地系統(tǒng)自適應(yīng)單相接地保護(hù)新原理［J］．中國電機工程學(xué)報，2006，26（2）：53－57．

［5］張立華，徐文立．小接地電流系統(tǒng)單相接地故障選線的一種算法［J］．清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1998，38（9）：74－76．