高鳴　謝青

摘 要：文章在對(duì)S注入法及其已有改進(jìn)方法的研究的基礎(chǔ)上，提出利用不同的注入方式來(lái)回避高過(guò)渡電阻帶來(lái)的判斷模糊，以及星形聯(lián)接變壓器內(nèi)阻對(duì)采用不同注入點(diǎn)所得數(shù)據(jù)的影響。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)與仿真驗(yàn)證了該裝置的可行性。

關(guān)鍵詞：S注入法；小電流接地故障；定位裝置

引言

在我國(guó)，3～66kv中壓配電網(wǎng)一般采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在這種接地系統(tǒng)中，單相接地故障占輸電線路總故障次數(shù)的90%以上，占配電線路故障次數(shù)的80%以上，而且絕大多數(shù)相間故障都是由單相接地故障發(fā)展而來(lái)的。

S注入法是基于外加信號(hào)的主動(dòng)選線方法，僅利用注入信號(hào)的信息，與零序電流等故障信息無(wú)關(guān)，實(shí)際上克服了線路參數(shù)不對(duì)稱和三相CT不平衡帶來(lái)的影響。但是，S 注入法在較高過(guò)渡電阻接地的情況，線路分布電容對(duì)注入信號(hào)的分流作用較大，干擾選線。文獻(xiàn)提出了：降低注入信號(hào)頻率、利用注入信號(hào)相位信息、注入雙頻信號(hào)、突變量比幅法等改進(jìn)方法，在一定程度上提高了 S 注入法對(duì)過(guò)渡電阻的適應(yīng)能力。

1 S注入法選線原理

（1）S注入法的基本思路是，通過(guò)外加不同頻率信號(hào)裝置向線路持續(xù)注入電流或電壓信號(hào)，根據(jù)故障點(diǎn)前后檢測(cè)原發(fā)出信號(hào)數(shù)據(jù)的差別對(duì)故障區(qū)間進(jìn)行定位。在進(jìn)行S注入法判斷前，原則上應(yīng)將故障線路開(kāi)路以保護(hù)人員及設(shè)備安全。

2 新舊判斷策略對(duì)比

由于我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)線路情況復(fù)雜，且大部分地區(qū)不具備直接在線路上配備信號(hào)發(fā)射與接收系統(tǒng)，所以絕大多數(shù)線路還是采用的人工巡線方式來(lái)完成接地故障的判斷與故障。人工巡線時(shí)，所巡查區(qū)段線路基本處于斷開(kāi)狀態(tài)。在巡線過(guò)程中，線路情況較復(fù)雜，ABC三相存在相互交換的復(fù)雜情況，無(wú)法通過(guò)三相線路對(duì)地電壓來(lái)完成對(duì)故障相別的選取。故在判斷策略中必須加入對(duì)故障相別的判斷過(guò)程。

2.1 舊判斷策略

第一步：線路中段注入信號(hào)；第二步：選擇相別三相分別注入電流，并分別測(cè)量注入點(diǎn)小號(hào)側(cè)與大號(hào)側(cè)電流；第三步：接地類型判斷，注入電流為300mA；（1）非注入相電流均小于30mA，三相分別注入時(shí)注入點(diǎn)兩側(cè)電流差不大于50mA，判斷為無(wú)接地；（2）某相注入時(shí)，其它兩相監(jiān)測(cè)電流小于30mA，但在其它兩相注入時(shí)，該相監(jiān)測(cè)電流大于30mA，則判斷該相為接地相；（3）接地相電流大的一側(cè)為接地側(cè)，且注入點(diǎn)一側(cè)的電流是另一側(cè)電流的五倍以上，判斷為低阻接地；（4）注入點(diǎn)一側(cè)電流是另一側(cè)電流的2-5倍，判斷為中阻接地；（5）非以上情況，判斷為高阻接地。

2.2 舊策略的局限性

線路電容分流如公式（1）所示。異頻電流注入裝置注入電流Isig，過(guò)渡電阻Rg，接地點(diǎn)流經(jīng)的異頻電流Ig，線路電容分流Ic=Rg/（R？撞-j/？棕C？撞+Rg）·Isig。對(duì)線路長(zhǎng)、支路多的10kv線路而言，當(dāng)某處發(fā)生高阻接地短路時(shí)，隨著過(guò)渡電阻Rg的增大，線路長(zhǎng)度增加，線路對(duì)地電容C？撞增加，IC分流將越大，在實(shí)際情況中可能會(huì)出現(xiàn)注入點(diǎn)兩側(cè)檢測(cè)電流大小非常接近的情況，此時(shí)將不利于判斷正確的故障區(qū)段。

由于10kv變壓器多數(shù)采用Y/D聯(lián)接，在所注入異頻電流頻率較低時(shí)，變壓器Y邊相間繞組同樣會(huì)對(duì)故障判斷造成影響。以S7-100/10為例，其繞組阻抗在電流頻率較低時(shí)呈阻性，其大小為：RT=P÷（SN/3×VN）2，經(jīng)計(jì)算，S7-100/10變壓器其一次側(cè)與歸算過(guò)的二次側(cè)繞組大小為173.25？贅，可見(jiàn)RT<

2.3 新策略的設(shè)計(jì)

注入方式將原三相分別注入電流改為三相并聯(lián)注入電流。此時(shí)，相當(dāng)于往線路中注入零序電流。此設(shè)計(jì)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）變壓器在零序等效電路中為開(kāi)路，當(dāng)電路中存在零序電流時(shí)，存在變壓器的支路無(wú)法形成回路，因此可以有效回避故障點(diǎn)發(fā)生在變壓器出口處時(shí)無(wú)法判斷故障相別的問(wèn)題。

（2）由于配網(wǎng)線路中，線路的正序?qū)Φ仉娙荽笥诰€路的零序?qū)Φ仉娙?，因此給線路并聯(lián)注入電流時(shí)，其對(duì)地電容分流現(xiàn)象對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響將減小。

此外，新策略需尤其注意保護(hù)相關(guān)問(wèn)題，與電網(wǎng)運(yùn)行人員保持及時(shí)合理的溝通。由于三相并聯(lián)注入相當(dāng)于對(duì)線路三相短路，因此在設(shè)備設(shè)計(jì)中必須加入完善的保護(hù)措施，不允許線路突然供電，以防人員發(fā)生危險(xiǎn)。

3 仿真驗(yàn)證

以MATLBA/SIMULINK為仿真平臺(tái)，利用PSB工具箱構(gòu)建10KV電壓等級(jí)配電網(wǎng)模型，如圖1所示。其中Measurements為電氣信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊，在仿真中可根據(jù)情況酌情增減。

3.1 利用舊策略仿真

信號(hào)源為可調(diào)電壓源，使電路檢測(cè)電流保持為400mA左右。接地故障設(shè)為C相單相接地短路，短路點(diǎn)為變壓器出口處，接地電阻15000？贅。檢測(cè)模塊位置如圖1所示。

C相注入時(shí)仿真結(jié)果：如圖5所示，C相檢測(cè)電流IC=0.45A，A、B相電流大小相等為0.1A左右。

B相注入時(shí)仿真結(jié)果：如圖2所示，B相檢測(cè)電流IB=0.42A，A、B相電流大小基本相等約為0.11A。

有仿真結(jié)果可知，在此種特殊短路情況下，無(wú)法對(duì)故障相別進(jìn)行清晰判斷，因此舊故障判斷策略在此時(shí)無(wú)效。

3.2 利用新策略仿真

三相同時(shí)注入電流，接地故障設(shè)為C相單相接地短路，短路點(diǎn)為變壓器出口處。結(jié)果如圖3所示，可清晰見(jiàn)其C相檢測(cè)電流大小為0.48A，A、B相檢測(cè)電流為0.1A左右，因此得以驗(yàn)證，此時(shí)新策略可以有效判斷其故障相別。此波形整體向上偏移0.1A左右，是由于變壓器磁阻非線性所造成的。

3.3 新舊策略高阻接地時(shí)檢測(cè)電流結(jié)果對(duì)比

舊策略結(jié)果：每相注入一次，每次注入檢測(cè)四次結(jié)果。

A：70、80、180、210；B：20、190、200、10；C：180；210；10；10。

新策略結(jié)果：三相同時(shí)注入電流，注入一次檢測(cè)6次結(jié)果。

A：175、180；B：190、250；C：180、185。

由此結(jié)果可得到結(jié)論，新策略在檢測(cè)高阻接地故障時(shí)不僅較老策略簡(jiǎn)單，并且有更高的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章基于S注入法設(shè)計(jì)了一種新式的注入方式，不同于舊策略的單相分別注入，采用三相并聯(lián)注入的方式來(lái)選擇故障相別與故障區(qū)段。合理的解決了舊策略中高阻接地、特殊接地?zé)o法準(zhǔn)確判斷的問(wèn)題。最后通過(guò)MATLAB/SIMULINK搭建仿真平臺(tái)完成仿真，驗(yàn)證了該策略的可行性。

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