中壓配電網(wǎng)零序故障分析及診斷方法

姜敬元　胡丹琳

摘 要：供電網(wǎng)的中高壓變電站通常作為供電的樞紐點(diǎn)，它能否安全可靠的工作在很大程度上影響著電網(wǎng)整體的的有效運(yùn)行。針對(duì)供電安全性，怎樣減少配電網(wǎng)故障的發(fā)生，當(dāng)故障或異常運(yùn)行出現(xiàn)時(shí)，能否快速、精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)事故產(chǎn)生原因，降低故障排查時(shí)間，確保供電的安全性已作為配電網(wǎng)工作的重中之重。

關(guān)鍵詞：中壓配電網(wǎng)；零序故障；診斷方法

1.中壓配網(wǎng)零故障的分析

1.1中性點(diǎn)不接地故障分析

當(dāng)中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，情況將發(fā)生明顯變化。

接線圖表示C相發(fā)生金屬性接地時(shí)的情況，接地后故障點(diǎn)C相的電壓變?yōu)榱?，既Udc=0。這時(shí)，按故障相條件，可寫出下列電壓方程式：

UO+UC=Udc為0。這個(gè)方程式中UO作為中性點(diǎn)對(duì)地電壓，而UC是C相電源電壓。所以有UO=-UC。這個(gè)方程式說明，在C相產(chǎn)生單相接地的情況時(shí)，中性點(diǎn)的對(duì)地電壓就不會(huì)為零了，相反會(huì)成為-UC，所以對(duì)應(yīng)A、B相的對(duì)地電壓方程式為：

UdA=UO+UA=-UC+UA=√3UCe-j150

UdB=UO+UB=-UC+UB=√3UCej150

由相關(guān)相量關(guān)系可知，UdA與UdB之間的夾角轉(zhuǎn)變成60度。三個(gè)線電壓依然維持著原有對(duì)稱和大小。但由這組方程式能夠得知，二個(gè)非故障相即A與B的對(duì)地電壓卻提升√3倍。因?yàn)榫€電壓依然維持恒定，所以對(duì)于電力用戶的持續(xù)工作幾乎不會(huì)有太大影響。雖然電壓相對(duì)地提升了√3倍，然而對(duì)于電力網(wǎng)和其他的電氣設(shè)施裝置也沒有太大的威脅，由于在中性點(diǎn)不接地的配電網(wǎng)情況下，所有設(shè)備裝置的絕緣體是根據(jù)線電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)的。然而因?yàn)锳與B電壓相對(duì)地提升了√3倍，所以此對(duì)地的電容電流隨之會(huì)提升√3倍。因?yàn)镃相產(chǎn)生接地，它的對(duì)地電容被短接，因此C的對(duì)地電容電流會(huì)成為零。因此當(dāng)通過C相接地點(diǎn)進(jìn)入地中的電容電流（也就是接地電流）已不為零，為：假設(shè)線路的每相對(duì)地電容都是相等，為CA=CB=CC=C。

它的絕對(duì)值是：IC=3ωCUΥ。此式子中的UΥ是裝置相電壓；而ω是角頻率；C是相對(duì)地電容。

由上式可知，在中性點(diǎn)出現(xiàn)不接地，單相接地電流IC與正常情況下的3倍相對(duì)地電容電流是一致的。

1.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

系統(tǒng)限制電容電流的方法，大都是采用消弧線圈補(bǔ)償法，用消弧線圈的感性電流補(bǔ)償接地電容電流，為了防止鐵磁諧振過電壓，消弧線圈一般采用過補(bǔ)償方式，這樣故障線路的零序電流和非故障線路的零序電流一樣，都超前零序電壓90°，而且零序功率方向都是從母線流向線路，因此用基彼分量構(gòu)成的零序功率方向不會(huì)動(dòng)作。在經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，雖然工頻電容電流已被消弧線圈的感性電流補(bǔ)償，但的對(duì)5次諧波來說，消弧線圈的5次諧波感性電流，比5次諧波的接地電容電流要小得多，因此對(duì)于5次諧波來說，可以不考慮消弧線圈的影響。因此可以利用故障線路和非故障線路的5次諧波零序電流的差異，構(gòu)成中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)那樣的零序電流保護(hù)和零序功率方向保護(hù)。用5次諧波零序電流作判據(jù)，電流信號(hào)更加弱?。?次諧波電流比零序電流又要小幾十倍，在0.3A左右），而且5次諧波分量的成分和大小與電網(wǎng)的運(yùn)行方式、線路多少和電壓高低有關(guān)。

2.零故障診斷方法的分析

2.1裝置診斷的基本方法

零故障錄波與診斷裝置，通常利用控制屏、中央控制器、零電流的互感器和數(shù)據(jù)的分析工作站，同時(shí)有效的引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)的全部信息集成網(wǎng)絡(luò)，信息的存儲(chǔ)反映在神經(jīng)單元彼此的連接權(quán)上，應(yīng)用配電系統(tǒng)的主動(dòng)適應(yīng)與自學(xué)能力將會(huì)促進(jìn)故障診斷裝置擁有很強(qiáng)適應(yīng)性。所以當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，基于信息不同調(diào)度端能夠根據(jù)反饋的信息的時(shí)間差，把故障信息進(jìn)行三級(jí)劃分：第一級(jí)為開關(guān)動(dòng)作的信息；第二級(jí)為保護(hù)動(dòng)作的信息；第三級(jí)為故障錄波信息。工作人員可使用開關(guān)及其保護(hù)動(dòng)作信息有效的進(jìn)行故障診斷，使用故障錄波信息能夠?qū)︿洸ㄟM(jìn)行詳細(xì)的分析同時(shí)對(duì)保護(hù)動(dòng)作做出相關(guān)的評(píng)判。按照保護(hù)動(dòng)作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)果能有效的進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作信息誤動(dòng)、拒動(dòng)的修正，以更加精確的進(jìn)行故障的診斷。

2.2具體診斷方法

2.2.1全信息故障辨識(shí)診斷

該技術(shù)充分利用故障發(fā)生前后完整的錄波信號(hào)進(jìn)行故障辨識(shí)。其方法是首先分析此次故障是否復(fù)合故障（復(fù)合故障是指故障過程中有多次電網(wǎng)參數(shù)的突變），如是復(fù)合故障，則首先將錄波數(shù)據(jù)分解為由一次電網(wǎng)參數(shù)突變引起的多個(gè)單一故障。然后對(duì)每個(gè)分解出的故障進(jìn)行頻譜分析，以辨識(shí)故障類型，然后再進(jìn)行全時(shí)域和頻域搜索，找出故障最強(qiáng)的特征域，在特征域內(nèi)通過分析電流流向，辨識(shí)故障區(qū)位，最后如果是復(fù)合故障，還需要綜合多個(gè)單一的辨識(shí)結(jié)果，得出最終結(jié)論。

2.2.2全過程實(shí)時(shí)錄波診斷。

（1）零序故障數(shù)據(jù)特征采樣記錄。對(duì)全部的零序信號(hào)做詳細(xì)的實(shí)時(shí)采樣，而且要必須將信號(hào)最近的1500周期全部采樣的數(shù)據(jù)做仔細(xì)保存。同時(shí)對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)做實(shí)時(shí)計(jì)算分析，如果有暫態(tài)產(chǎn)生，那么就必須將該暫態(tài)的整個(gè)過程的波形完整截取下來，做詳細(xì)的在線分析，而且把此次的錄波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤中。

（2）對(duì)消弧線圈動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析計(jì)算。針對(duì)不同種類的消弧線圈搭建對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)學(xué)模型收集的錄波數(shù)據(jù)及其消弧線圈動(dòng)態(tài)特性的相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，繼而準(zhǔn)確分析計(jì)算消弧線圈動(dòng)態(tài)特性。

（3）根據(jù)錄波數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)情況分析故障原因的方法。研究錄波數(shù)據(jù)和故障原因的關(guān)聯(lián)性，具體方法是根據(jù)不同的故障起因建立仿真模型，然后對(duì)仿真錄波數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得出錄波數(shù)據(jù)和故障原因的關(guān)聯(lián)性。

3.結(jié)語

根據(jù)各個(gè)大城市的不同但有代表性的供電方式，同時(shí)依據(jù)實(shí)際的情況，本文所分析的相關(guān)診斷方法是非常有效的，供電安全性有充分提高，獲得了較好的效果。零故障診斷裝置與技術(shù)能夠有效判斷故障類型和發(fā)生區(qū)域，從而防止了配電事故的發(fā)生，確保了供電質(zhì)量。

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