【文章內(nèi)容簡介】 性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)A相經(jīng)過渡電阻接地時電壓變化相量圖由圖35知,對于過補償電網(wǎng)發(fā)生單相故障后可以算出d點的軌跡是以的幅值為直徑的左半圓。三相對地電壓的幅值滿足: （38）此時和中性點不接地系統(tǒng)相反,B相對地電壓最高,這時可以判斷對地電壓最高的超前相即為接地故障相。但是,對于欠補償方式運行的電網(wǎng)來說,故障相的判斷和中性點不接地系統(tǒng)的判斷方法相似，和過補償運行方式的電網(wǎng)相反[11]。綜上所述，對于中性點不接地系統(tǒng)和采用全補償方式運行的電網(wǎng)判斷故障相的方法相同，測試三相電壓后比較大小，電壓最大相的滯后相為故障相。例如：=,=,=，此時的接地相不是電壓最低相C相，而是B相。對于中性點采用過補償方式運行的電網(wǎng)，選相的判斷方法與上述兩種方式的判定方法相反，測試三相電壓后比較大小，電壓最大相的超前相為故障相。例如：=, =, =,此時的故障相是A相。第二章的分析表明，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時全系統(tǒng)的零序電壓會升高，所以可以通過檢測零序電壓的變化來判斷是否發(fā)生了單相接地故障，然后發(fā)出選相的信號。為了取得零序電壓，通常采用如圖36所示的接線方式，采用三個單相式電壓互感器，將其一次繞組接成星形并將中性點接地，其二次繞組接成開口三角形，這樣從m、n端子得到的輸出電壓為。圖36 3倍零序電壓測量方法原理圖完整的選相過程的原理圖如圖37所示。圖37 單相接地故障選相過程原理圖三繞組電壓互感器的一組接成Yn形感應(yīng)母線電壓，另外兩組一組接成開口三角形用于測量3倍零序電壓，另一組接成Y形用于測量各相電壓大小。當(dāng)某條線路發(fā)生單相接地故障時，母線上是零序電壓將發(fā)生變化，當(dāng)3U0大于整定值USET時設(shè)備發(fā)出選相信號，測量設(shè)備測出各相電壓并比較其幅值的大小，然后由判斷裝置判斷出故障相并發(fā)出信號。本章主要分別分析了在中性點不接地方式系統(tǒng)中和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障后的電壓變化情況，并根據(jù)電壓的變化給出判斷依據(jù)判斷出故障相，然后總結(jié)了單相接地故障選相過程的原理。4 單相接地故障選線和定位當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，系統(tǒng)的電壓電流都會發(fā)生很大變化，常用的一些選線方法一般為測量系統(tǒng)中電壓或電流的變化來判斷故障線路的，而本文采用了一種更為精確的選線方法——注入法，注入法不受配電網(wǎng)中性點接線方式的影響，而且可以完成選線和定位兩步故障檢測工作。本章節(jié)對常用的選線方法作了簡單敘述并對注入選線法的原理作了詳細介紹，然后在定位方法上做了理論上的改進。（1）零序電流檢測法采用零序電流檢測法檢測單相接地故障的選線裝置和故障指示器，其檢測原理是基于：對于中性點不接地系統(tǒng)在發(fā)生永久性單相接地故障時，非接地線路的零序電流等于該線路三相的對地電容電流的向量和，方向是從母線流向線路。而接地線路的零序電流等于所有非故障線路零序電流的向量和，方向是從線路流向母線。由上述分析，在中性點不接地的電網(wǎng)中，接地選線裝置和單相接地故障指示器是利用零序電流的方向和幅值的變化是可以檢測到故障線路的。但零序電流法也存在如下問題影響其選擇性和準(zhǔn)確性：①在采用檢測零序電流的變化進行單相接地判斷的選線裝置和單相接地故障指示裝置時，需要使用零序互感器或零序電流濾波器來采樣零序電流的變化，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不方便，不能廣泛的應(yīng)用于10kV架空線路[12，13]。單相接地選線裝置僅能用于中性點不接地電力系統(tǒng)中變電站、10kV開關(guān)站（開閉所）以及電纜分接箱的單相接地選線，在線檢測線路零序電流，不能安裝在架空線路上指示的單相接地故障[12]。②一般零序電流互感器精度低。當(dāng)互感器的原邊零序電流在5A以下時，許多廠家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負荷后，變比的誤差就會達到10％以上，角誤差達2039。以上，當(dāng)一次零序電流小于1A時二次側(cè)基本上無電流輸出，這樣就無法保證接地檢測的準(zhǔn)確度[12]。③工程實際中使用的零序過濾器大多為三相保護用電流互感器的組合，即用三相保護電流合成零序電流，眾所周知零序濾序器本身固有的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護用電流互感器額定一次電流值多在幾百安以上，在接地電容電流小于10A的小電流接地系統(tǒng)使用零序濾序器，％，互感器綜合誤差根本無法保證[13]。④但在電網(wǎng)最小運行方式下，只有當(dāng)故障點的總電容電流達到最長線路電容電流的幾倍是才能保證接地選線裝置和接地故障指示器的選擇性。（2）零序電流無功功率方向法[14，15]它的判別依據(jù)是非故障線路的零序電流無功分量超前于零序電壓90176。，而非故障線路的零序電流無功分量滯后于零序電壓90176。但是這種方法受接地過渡電阻的影響比較大，在發(fā)生金屬性短路時，零序電壓最大；在接地電阻為無窮大時，零序電壓為0。所以在接地電阻較大時，檢測零序電壓就很困難。而且這種方法不適用于中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，因為在過補償和欠補償?shù)倪\行方式時，零序電流無功分量方向是相反的[12]。（3） 五次諧波選線法[14，15，16]在經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，基波零序電流幾乎被消弧線圈的電感電流抵消；而消弧線圈的設(shè)計是針對基波的，相比較基波的情況，消弧線圈在五次諧波下感抗為基波下的五倍，可以近似認為消弧線圈對五次諧波電流來說是開路的，通過消弧線圈的電感電流減小到五分之一；而在五次諧波下線路的容抗減小到五分之一，五次諧波容性電流就增大到五倍。在發(fā)生單相接地時五次諧波電流在各線路上的分布情況和基波零序電流是相同的，除了基波零序分量以外，諧振接地系統(tǒng)中五次諧波電流最大，是非故障線路的總和，可以采用五次諧波電流大小、方向或功率方向來找出故障線路。五次諧波電流的產(chǎn)生的原因是由于電源電動勢中存在高次諧波分量：變壓器、電壓互感器等設(shè)備鐵芯非線性的影響, 也必然造成電網(wǎng)中包含一系列高次諧波分量,其中以為五次諧波分量為主；負荷的非線性也會產(chǎn)生五次諧波分量。五次諧波電流的大小隨著運行方式的變化而變化，而且故障電流中5次諧波含量較?。ㄐ∮诠收想娏鞯?0%），再加上受CT不平衡電流和過度電阻的影響，使得保護裝置難于整定；而且，有些用戶含有大量諧波分量，如用戶的電弧爐、整流設(shè)備等諧波源，在故障時故障線路和非故障線路都向系統(tǒng)送出諧波電流，故障線路和非故障線路的五次諧波方向有可能是相同的，這樣故障線路中5次諧波電流不一定總是最大,相位關(guān)系也不一定成立，就無法區(qū)分出非故障線路和故障線路了。而且單相接地故障線路的五次諧波零序電流在線路較少或線路較短時較小，其方向也難判別。此外,由于有的系統(tǒng)中5次諧波本身含量很小,加之CT、PT對5次諧波造成的附加相移,往往就會造成判斷不準(zhǔn)[17，18]。（4）行波法[19]行波法是利用線路上行波的傳輸特點來進行故障定位的方法。行波法進行故障定位可分為單端行波測距和雙端行波測距：單端行波測距是分析母線處檢測到的行波信號，判斷出來自故障點的反射波，通過測量反射波在故障點和母線之間往返一次所需要的時間，計算故障點與母線之間的距離。信號有不同的產(chǎn)生方式：故障瞬間可能會產(chǎn)生暫態(tài)行波信號；人工在故障線路中注入脈沖信號也會產(chǎn)生的行波信號。雙端行波測距法是在線路的兩端同時檢測故障產(chǎn)生的行波信號，根據(jù)故障波到達線路兩端的時間差來確定故障位置[19]。傳統(tǒng)注入法又稱S注入法，由山東大學(xué)提出并研究的（注入的是交流電流信號），通過PT二次側(cè)向線路注入某一頻率的交流電流信號，由于信號只在故障線路流通，延線路查找此信號就可達到選線和定位的目的。這是一種將單相接地選線與故障點的定位結(jié)合起來的方法，而且它不受中性點接線方式的影響，相對于其他的選線方法注入法精確度最高，所以本文選用注入法作為單相接地故障診斷的方法。根據(jù)注入信號的性質(zhì)可將注入法分為交流注入法和直流注入法，兩種注入法都有自己的優(yōu)缺點，但因線路的分布電容的影響，交流信號的誤差一般比直流的要大，本節(jié)將交流注入法和直流注入法作了比較，選用了直流注入法作為選線的方法并作了改進，下面就交流注入法和直流注入法的原理、選線誤差進行分析，最后將改進措施作了詳細分析。交流信號注入法的基本思想：當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，首先將故障線路從電網(wǎng)中斷開，此時線路處于離線狀態(tài)，再從首端向故障相注入特定頻率的交流電流信號。理想情況下，接地電阻近似為零，該信號僅在線路首端、故障路徑和故障點之間形成的回路流動，非故障分支和故障點后的線路上沒有交流信號，通過對該信號的檢測即可判斷故障位置。圖41 交流注入選線法原理圖如圖41所示配電線路，線路有多個分支，F(xiàn)點發(fā)生單相金屬性接地故障。在線路首端A點向故障相注入特定頻率的交流電流信號，則該信號通過ABF，然后從大地返回，其他分支沒有電流通過，通過檢測分支處以及支路上的交流信號，就可確定故障位置[18，19]。具體如下：（1）確定故障分支：在圖41中，在分支節(jié)點處分別檢測各分支方向上的交流電流大小，如在B點處分別檢測BC分支和BE分支；由于BC分支為非故障分支，故該分支方向的檢測結(jié)果為零或很小。故障點在BC分支方向上，由于是金屬性接地故障，注入的交流信號基本都經(jīng)故障點流入大地，故BC分支方向的交流電流很大。通過比較分支點處各分支方向上交流電流的大小，便可確定故障分支。（2）確定故障點：沿BC支路連續(xù)檢測線路上電流信號，故障點前的電流很大，故障點后電流很小或幾乎沒有，故電流信號發(fā)生突然變化的點即為故障點。鑒于線路電感和線路電阻很小對注入信號的分流并無太大影響，簡化時可以將其忽略[20，21]；而分布電容對注入信號產(chǎn)生了相當(dāng)大的分流作用，應(yīng)予保留。據(jù)此對線路進行如下簡化：只畫出單相線路，去掉分布電感，把故障點前、后的分布