劉紅文，曾祥君，柴晨超，喻錕，賀世庚，李理

(1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明650217；2. 智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院)，長(zhǎng)沙410114；3.云南兆訊科技有限責(zé)任公司，昆明650217)

0 引言

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行工況多變，易發(fā)生線路故障，其中發(fā)生單相接地故障的概率高達(dá)70%，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[1 - 4]。當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，現(xiàn)有消弧線圈及多種消弧手段可在短時(shí)間抑制接地故障，使配電網(wǎng)內(nèi)自行恢復(fù)正常運(yùn)行。但發(fā)生永久性接地故障時(shí)，尤其高阻接地故障信號(hào)極其微弱，若未及時(shí)感知、查找與處置，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將導(dǎo)致非故障相電壓上升，對(duì)電力設(shè)備絕緣產(chǎn)生危害，過(guò)高過(guò)電壓導(dǎo)致絕緣擊穿，發(fā)展成為相間故障，威脅整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)存在極大的人身安全隱患[5]。為保障配電網(wǎng)接地故障處置準(zhǔn)確性與安全性，故障發(fā)生時(shí)需迅速準(zhǔn)確進(jìn)行定位，并快速切除故障[6 - 7]。因此，研究配電網(wǎng)故障檢測(cè)與定位技術(shù)具有重要意義。

目前，根據(jù)故障定位所獲取信號(hào)的方式將定位方法主要分為兩大類：1)利用故障量本身的穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)特征進(jìn)行定位，即被動(dòng)式定位方法[8 - 14]；2)通過(guò)外加信號(hào)或人為手段進(jìn)行定位，即主動(dòng)式定位方法[15 - 16]。第一類方法受中性點(diǎn)接地方式、過(guò)渡電阻和裝置靈敏度等因素影響，單純地利用故障量本身特征的被動(dòng)式定位方法因配電系統(tǒng)的運(yùn)行和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性缺乏工程實(shí)用性[17 - 21]。第二類方法是小電流接地系統(tǒng)單相接地故障定位研究的主要研究方向之一。其中特定頻率信號(hào)法是目前應(yīng)用較多的方法之一，除了常用的“S”注入法之外[22 - 24]，采用中性點(diǎn)在線注入信號(hào)識(shí)別單相接地故障的方法也得到了較為廣泛的應(yīng)用。通過(guò)中性點(diǎn)向故障系統(tǒng)注入直流電流信號(hào)，對(duì)信號(hào)尋蹤查找故障點(diǎn)，但注入電流的大小需要依賴檢測(cè)精度[25]。文獻(xiàn)[26]提出了向配電網(wǎng)絡(luò)注入單一特征信號(hào)的故障處理方法，但過(guò)渡電阻較大時(shí)，經(jīng)過(guò)渡電阻流入大地的特征信號(hào)會(huì)大幅減弱。電容的分流作用也會(huì)分掉部分信號(hào)能量，判別準(zhǔn)確度降低。文獻(xiàn)[27]利用短時(shí)注入電容電流增加故障穩(wěn)態(tài)特征量，提高了基于故障穩(wěn)態(tài)特征選線定位判據(jù)的準(zhǔn)確率和抗過(guò)渡電阻能力，該方法僅適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。文獻(xiàn)[28]增大注入頻率以提高檢測(cè)的電流水平，但在接收端用于提取注入頻率的帶通濾波器會(huì)導(dǎo)致測(cè)量過(guò)程延遲。

面對(duì)配電網(wǎng)非有效接地系統(tǒng)接地故障消弧、選線與處置的世界性難題，曾祥君教授課題組研制了柔性接地裝置，該柔性接地裝置通過(guò)控制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)控制有源逆變裝置，向中性點(diǎn)注入工頻零序電流，實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)電壓靈活調(diào)控，降低故障相電壓實(shí)現(xiàn)單相接地故障消弧。同時(shí)，可根據(jù)零序電壓調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)故障辨識(shí)、故障選線、對(duì)地參數(shù)測(cè)量等接地故障檢測(cè)功能[29 - 30]。此外，柔性接地裝置具有響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確性好、能夠靈活調(diào)控輸出。又因?yàn)楣ゎl高阻接地故障信號(hào)微弱，難以進(jìn)行感知和處置，因此，當(dāng)發(fā)生永久性接地故障時(shí)，經(jīng)柔性接地裝置進(jìn)行故障消弧、辨識(shí)、選線等功能后，可靈活調(diào)控柔性接地裝置向中性點(diǎn)注入非工頻電流信號(hào)，利用配電網(wǎng)自動(dòng)化終端檢測(cè)不同區(qū)段下電壓電流變化，實(shí)現(xiàn)接地故障區(qū)段定位，提升高阻接地故障下感知靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)柔性接地裝置與故障區(qū)段定位功能的結(jié)合。由于該柔性接地裝置處理接地故障的先進(jìn)性、實(shí)用性以及多功能特性，現(xiàn)在已經(jīng)得到了規(guī)?；膽?yīng)用。

基于此，針對(duì)現(xiàn)有配電自動(dòng)化設(shè)備在高阻接地條件下故障穩(wěn)態(tài)特征微弱，感知困難與定位失效的問(wèn)題，本文提出了通過(guò)柔性接地裝置注入非工頻小信號(hào)的接地故障檢測(cè)與區(qū)段定位方法。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，通過(guò)柔性接地裝置進(jìn)行接地故障檢測(cè)，當(dāng)判定為永久性接地故障時(shí)，柔性接地裝置向諧振接地系統(tǒng)中性點(diǎn)注入非工頻電流信號(hào)，通過(guò)故障線路故障相各配電網(wǎng)自動(dòng)化終端對(duì)特征頻率電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)提取，根據(jù)故障相故障區(qū)段與非故障區(qū)段檢測(cè)的特征頻率電流幅值特征差異，準(zhǔn)確定位故障區(qū)段。最后在PSCAD仿真平臺(tái)上搭建區(qū)段定位仿真模型，驗(yàn)證了所提故障定位方法的有效性和適用性。

1 非工頻信號(hào)注入故障區(qū)段定位方法

1.1 非工頻信號(hào)注入故障區(qū)段定位原理

假設(shè)C相發(fā)生單相接地故障，通過(guò)柔性接地裝置注入一非工頻零序電流信號(hào)，應(yīng)用對(duì)稱分量法得其復(fù)合序網(wǎng)如圖2所示。

圖1 諧振接地系統(tǒng)單相接地故障示意圖Fig.1 Schematic diagram of single-phase grounding fault of resonant grounding system

圖2 注入非工頻電流系統(tǒng)復(fù)合序網(wǎng)圖Fig.2 Composite sequence network diagram of injected non power frequency current system

圖3 非工頻電流作用下零序等效電路Fig.3 Zero sequence equivalent circuit under non power frequency current

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當(dāng)發(fā)生金屬性接地故障時(shí)(Rg=0 Ω)，由式(5)可知，金屬性接地時(shí)，有源柔性接地裝置向中性點(diǎn)注入的電流將全部經(jīng)故障線路流入接地點(diǎn)。此時(shí)，只有故障上游檢測(cè)點(diǎn)才可檢測(cè)到注入的電流信號(hào)，因此金屬性接地故障時(shí)，可根據(jù)是否檢測(cè)到注入的非工頻電流信號(hào)對(duì)故障區(qū)段進(jìn)行定位。

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因此，由式(6)、(7)可得健全區(qū)段與故障區(qū)段的區(qū)段電流幅值為：

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式中：ΔI(n,n+1)、 ΔIf(n,n+1)分別為健全區(qū)段和故障區(qū)段兩側(cè)檢測(cè)點(diǎn)n與檢測(cè)點(diǎn)n+1的區(qū)段電流幅值；C(n,n+1)為檢測(cè)點(diǎn)n與檢測(cè)點(diǎn)n+1之間的分布等效電容。

由式(8)可知，健全區(qū)段的區(qū)段電流幅值為該區(qū)段對(duì)地電容電流的幅值，而故障區(qū)段的區(qū)段電流幅值為對(duì)地電容電流與接地電阻電流矢量和幅值。由此可得，區(qū)段故障時(shí)區(qū)段電流幅值要大于該區(qū)段電容電流幅值。根據(jù)此特征，設(shè)計(jì)各區(qū)段的區(qū)段電流幅值閾值為：

(9)

由式(8)—(9)可知，健全時(shí)，區(qū)段電流幅值等于閾值ΔIset(n,n+1)； 故障時(shí)，區(qū)段電流幅值大于閾值ΔIset(n,n+1)，Y(n,n+1)為各區(qū)段對(duì)地導(dǎo)納和，現(xiàn)有多種方法可以測(cè)得[31]，考慮實(shí)際運(yùn)行時(shí)各種因素的影響，令實(shí)際對(duì)地導(dǎo)納Y′(n,n+1)=μY(n,n+1)，μ為可靠系數(shù)(μ取0.95～1.05)。此時(shí)，健全區(qū)段的區(qū)段電流幅值ΔI(n,n+1)與區(qū)段電流閾值ΔIset(n,n+1)差絕對(duì)值|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|=σ，σ∈(0， 0.05ΔIset(n,n+1))，σ為保留的幅值裕度。

因此，可定制定位判據(jù)：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，根據(jù)故障相區(qū)段電流幅值特征，若檢測(cè)計(jì)算得到某區(qū)段特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|>σ， 則判定故障發(fā)生在該區(qū)段，從而實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段定位。

1.2 影響因素分析及參數(shù)選取

由式(8)可知，區(qū)段電流幅值除了與對(duì)地參數(shù)相關(guān)外，還與注入電流波形、幅值、頻率以及過(guò)渡電阻有關(guān)，這些因素都會(huì)影響該故障區(qū)段定位方法的準(zhǔn)確性和有效性。因此，為了確保所提區(qū)段定位方法能夠有效可行，有必要對(duì)特征量的影響因素進(jìn)行分析，并選取合適的參數(shù)，增大幅值特征量，確保區(qū)段定位判據(jù)在高阻及低阻接地故障工況下均能有效判別，并有較強(qiáng)的抗過(guò)渡電阻能力，能對(duì)故障區(qū)段準(zhǔn)確進(jìn)行定位。圖4為故障時(shí)通過(guò)柔性接地裝置向系統(tǒng)中性點(diǎn)注入不同波形非工頻電流信號(hào)后，檢測(cè)到的故障區(qū)段的區(qū)段非工頻電流波形。

圖4 不同波形注入后故障區(qū)段電流Fig.4 Fault section current after different waveform injection

由圖4可知，以方波注入時(shí)故障區(qū)段電流幅值最大，三角波注入時(shí)最小，正弦波注入時(shí)區(qū)段電流幅值介于兩者之間。區(qū)段電流幅值越大，更容易被感知，但以方波注入時(shí)會(huì)導(dǎo)致波形畸變，并會(huì)帶來(lái)更多的諧波成份，對(duì)電氣環(huán)境造成污染[32]。因此綜合考慮，當(dāng)發(fā)生永久性接地故障時(shí)，通過(guò)柔性接地裝置向中性點(diǎn)注入非工頻正弦電流信號(hào)對(duì)故障區(qū)段進(jìn)行定位。

圖5 區(qū)段電流幅值與頻率f和過(guò)渡電阻Rg的關(guān)系Fig.5 Relationship between section current amplitude and frequency f and transition resistance Rg

由圖5可知，故障區(qū)段電流幅值在過(guò)渡電阻Rg一定時(shí)，隨著頻率f增大，先增大后減小，當(dāng)頻率f=52.44 Hz時(shí)，因線路總對(duì)地電容與消弧線圈電感發(fā)生諧振，即3ωC0-1/ωL=0， 由式(8)可知，此時(shí)故障區(qū)段電流幅值表達(dá)式分母取最小值1，因此，當(dāng)f為諧振頻率52.44 Hz時(shí)，電流差幅值取得最大值；當(dāng)頻率f一定時(shí)，除了諧振頻率及附近的頻率值外，隨著過(guò)渡電阻Rg增大，電流差幅值減小，而在諧振頻率及附近頻率處，ΔIf(n,n+1)表達(dá)式分母趨近于1，幾乎不受Rg影響，分子與Rg成正比關(guān)系，因此隨著Rg增大，ΔIf(n,n+1)也增大。

下面分析所提判據(jù)特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|的抗過(guò)渡電阻能力，特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|與注入信號(hào)頻率f和過(guò)渡電阻Rg的關(guān)系如圖6所示。

如圖6所示，在金屬性接地故障時(shí)，由于注入電流經(jīng)接地點(diǎn)流回，特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|等于注入電流幅值，非金屬性接地故障時(shí)，隨頻率f增大，先增大后減小，在諧振頻率處達(dá)最大值。當(dāng)頻率一定時(shí)，|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|與過(guò)渡電阻Rg成反比例關(guān)系，|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|隨過(guò)渡電阻Rg增大而減小。圖6中，在5 kΩ高阻接地條件下，當(dāng)f取諧振頻率52.44 Hz時(shí)，|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|大約為0.4 A，幅值特征量明顯，有利于在高阻接地條件實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段精準(zhǔn)定位。因此，為了放大判據(jù)特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|， 提高故障區(qū)段定位方法的準(zhǔn)確率，確保區(qū)段定位判據(jù)在高阻接地故障時(shí)仍能對(duì)故障區(qū)段有效進(jìn)行判別，注入非工頻電流信號(hào)頻率f應(yīng)取諧振頻率附近頻段，以提高高阻接地故障下故障定位準(zhǔn)確率。

圖6 特征量與頻率f和過(guò)渡電阻Rg的關(guān)系Fig.6 Relationship between characteristic quantity and frequency f and transition resistance Rg

2 接地故障檢測(cè)與區(qū)段定位方法實(shí)現(xiàn)流程

由于配電網(wǎng)一般為多分支線路，設(shè)計(jì)多分支線路配電網(wǎng)接地故障檢測(cè)與區(qū)段定位方法實(shí)現(xiàn)流程如圖7所示。

圖7 接地故障檢測(cè)與區(qū)段定位方法實(shí)現(xiàn)流程Fig.7 Implementation flow of grounding fault detection and section positioning method

當(dāng)諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，首先通過(guò)柔性接地裝置進(jìn)行故障感知、選相，并向中性點(diǎn)注入零序電流控制故障相電壓為0，進(jìn)行故障消弧，之后進(jìn)行接地故障動(dòng)態(tài)辨識(shí)，若判為瞬時(shí)性接地故障，熄弧后減小注入電流至0。若判定為永久性接地故障，改變裝置注入電流大小，判斷零序電流幅值變化量最大的饋線為故障饋線，然后經(jīng)柔性接地裝置向系統(tǒng)中性點(diǎn)注入非工頻特征頻率的電流信號(hào)，根據(jù)所提故障區(qū)段定位方法進(jìn)行故障定位。

根據(jù)判據(jù)和判定邏輯，在選相和選線的基礎(chǔ)上，首先從故障饋線主干線路首端搜索至末端，由故障線路故障相上的饋線終端對(duì)特征頻率電流幅值信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)提取，得到各檢測(cè)區(qū)段的判據(jù)特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|， 并與裕度σ比較；若主干線路上某區(qū)段判據(jù)特征量滿足|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|大于σ， 則定位故障發(fā)生在該區(qū)段。若主干線路上各區(qū)段判據(jù)特征量均滿足|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|≤σ時(shí)，則故障發(fā)生在下級(jí)分支線路上；再搜索下級(jí)分支線路，得到各檢測(cè)區(qū)段特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|， 若某一分支線路各區(qū)段特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|均小于裕度σ， 則搜索另一條分支線路，當(dāng)在同一級(jí)線路上存在某區(qū)段滿足|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|大于裕度σ的定位判據(jù)時(shí)，則可以定位故障發(fā)生在該區(qū)段，若經(jīng)過(guò)所有搜索后，所有分支線路上各區(qū)段判據(jù)特征量滿足|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|≤σ， 則判定故障發(fā)生在該故障饋線的末端。

3 仿真分析

在PSCAD/EMTDC仿真環(huán)境中搭建如圖8所示的10 kV配電網(wǎng)區(qū)段定位仿真模型，對(duì)本文所提故障檢測(cè)與區(qū)段定位方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

圖8 仿真拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.8 Simulation topology diagram

仿真模型中包含2條饋線l1、l2，其中饋線l2包含2條分支線路X1、X2。饋線l1和饋線l2的分支線路X1為電纜線路，其余線路為架空線路。饋線仿真參數(shù)如表1所示。按測(cè)量裝置劃分各區(qū)段，諧振接地系統(tǒng)一般工作在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，本文取過(guò)補(bǔ)償度為10%，則電感L為0.352 H。

表1 饋線仿真參數(shù)Tab.1 Feeder simulation parameters

圖9 區(qū)段(H,I)C相5 kΩ接地故障下各區(qū)段電流幅值Fig.9 Current amplitude of each section under 5 kΩ grounding fault of phase C in section (H, I)

圖10 區(qū)段(E,F)C相5 kΩ接地故障下各區(qū)段電流幅值Fig.10 Current amplitude of each section under 5 kΩ grounding fault of phase C in section (E, F)

由圖9—10可知，當(dāng)架空線區(qū)段(H,I)和電纜線區(qū)段(E,F)C相發(fā)生5 kΩ高阻接地故障時(shí)，故障區(qū)段的區(qū)段電流幅值比同類型線路健全區(qū)段電流幅值大，因此，對(duì)于單一型線路故障，可根據(jù)區(qū)段電流幅值大小對(duì)故障區(qū)段定位。而對(duì)于架空、電纜混合型線路，單位電纜線路對(duì)地電容遠(yuǎn)大于架空線路對(duì)地電容，因此，區(qū)段故障時(shí)，電纜區(qū)段電流幅值遠(yuǎn)大于架空線區(qū)段電流幅值。從圖9看出，當(dāng)架空線區(qū)段(H,I)高阻接地故障時(shí)，電纜區(qū)段電流幅值均比架空線故障區(qū)段電流大，無(wú)法根據(jù)區(qū)段電流幅值大小定位故障區(qū)段。

通過(guò)對(duì)故障時(shí)區(qū)段電流穩(wěn)態(tài)幅值特征進(jìn)行分析，構(gòu)建了電流幅值故障定位判據(jù)。下面對(duì)不同線路、不同區(qū)段和不同過(guò)渡電阻接地情形下進(jìn)行仿真，驗(yàn)證本文所提故障區(qū)段定位判據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。表2為不同過(guò)渡電阻下架空線路區(qū)段(H,I)發(fā)生C相接地故障時(shí)各檢測(cè)區(qū)段的非工頻區(qū)段電流幅值情況。令區(qū)段電流實(shí)際測(cè)量值f測(cè)=ΔI(n,n+1)， 區(qū)段電流閾值fset=ΔIset(n,n+1)。

由表2可知，由于非故障區(qū)段的區(qū)段電流為該區(qū)段對(duì)地電容電流與對(duì)地泄漏電流和，而故障區(qū)段電流除了對(duì)地電容電流與對(duì)地泄漏電流外，還包括接地電流。因此，非故障區(qū)段的區(qū)段電流幅值測(cè)量值等于閾值，即|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|=0， 故障區(qū)段電流幅值測(cè)量值大于閾值，即|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|>0。

表2 區(qū)段(H,I)C相接地故障各區(qū)段的區(qū)段電流幅值Tab.2 Section current amplitude of each detection section of section (H, I) phase C grounding faultmA

根據(jù)區(qū)段定位判據(jù)得架空線路區(qū)段(H,I)不同過(guò)渡電阻下C相接地故障定位結(jié)果如表3所示。

表3 區(qū)段(H,I)不同過(guò)渡電阻下C相接地故障定位結(jié)果Tab.3 Location results of phase C grounding fault under different transition resistance in section (H, I)

由表3可知，架空線路區(qū)段(H,I)在不同過(guò)渡電阻下發(fā)生C相接地故障時(shí)，根據(jù)本文所提故障區(qū)段定位判據(jù)，均能準(zhǔn)確定位故障區(qū)段。另外，在5 kΩ高阻故障時(shí)，可得電流判據(jù)特征量為0.73 A，有效增強(qiáng)了高阻接地時(shí)穩(wěn)態(tài)特征，容易被感知。表4為不同過(guò)渡電阻下電纜線路區(qū)段(E,F)發(fā)生C相接地故障時(shí)，各檢測(cè)區(qū)段的非工頻區(qū)段電流幅值情況。

表4 區(qū)段(E,F)C相接地故障各區(qū)段的區(qū)段電流幅值Tab.4 Section current amplitude of each detection section of phase C grounding fault in section (E, F)mA

從表4中可得，電纜線區(qū)段(E,F)C相接地故障時(shí)，非故障區(qū)段的判據(jù)特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|均為0，故障區(qū)段判據(jù)特征量|ΔI(n,n+1)-ΔIset(n,n+1)|大于0。因此，可得區(qū)段(E,F)在不同過(guò)渡電阻下C相接地故障的定位結(jié)果如表5所示。

由表5可知，電纜線路區(qū)段(E,F)在不同過(guò)渡電阻下發(fā)生C相接地故障時(shí)，根據(jù)區(qū)段定位判據(jù)，仍精準(zhǔn)定位區(qū)段(E,F)為故障區(qū)段。

根據(jù)表3、表5定位結(jié)果顯示，本文所提區(qū)段定位方法在高阻接地故障時(shí)，穩(wěn)態(tài)電流幅值特征明顯，仍可對(duì)故障區(qū)段準(zhǔn)確進(jìn)行定位。由此可以看出此區(qū)段定位方法有較強(qiáng)的抗過(guò)渡電阻能力，可以對(duì)故障區(qū)段實(shí)現(xiàn)寬范圍精準(zhǔn)定位。

表5 區(qū)段(E,F)不同過(guò)渡電阻下C相接地故障定位結(jié)果Tab.5 Location results of phase C grounding fault under different transition resistance in section (E, F)

當(dāng)饋線l2分支線路X2末端發(fā)生C相接地故障時(shí)，各檢測(cè)區(qū)段的非工頻區(qū)段電流幅值情況如表6所示。

由表6可以看出，當(dāng)分支線路X2末端在不同過(guò)渡電阻值情形下發(fā)生C相接地故障時(shí)，饋線l2主干線路上區(qū)段以及兩分支線路X1、X2上區(qū)段的電流特征量均為0，根據(jù)定位判據(jù)，線路上區(qū)段均為非故障區(qū)段，因此判定故障發(fā)生在線路末端。此時(shí)，柔性接地裝置可根據(jù)分支線路X2上零序電流變化量比分支線路X1零序電流變化量大的特征，從而確定故障發(fā)生在分支線路X2末端，然后對(duì)接地故障進(jìn)行處置。

考慮到高阻接地故障對(duì)傳統(tǒng)區(qū)段定位方法有較大影響，在該仿真模型下，選取基于中電阻的區(qū)段定位方法進(jìn)行仿真并與本文所提方法進(jìn)行比較，結(jié)合表2、表4仿真數(shù)據(jù)得不同區(qū)段高阻接地故障仿真結(jié)果如表7所示，K為區(qū)段上游增量系數(shù)[10]，F(xiàn)為本文所提區(qū)段判據(jù)特征量。由表7可知，中電阻法在架空線區(qū)段(H,I)經(jīng)1 kΩ接地故障時(shí)，根據(jù)故障區(qū)段下游K值小于1，上游K值大于1，尚可定位區(qū)段，但在架空線區(qū)段(H,I)經(jīng)5 kΩ高阻接地故障及電纜區(qū)段(E,F)高阻接地故障時(shí)，所得故障線路各區(qū)段上游增量系數(shù)K值均小于1，無(wú)法定位故障區(qū)段，受高阻接地故障影響大。而對(duì)于本文所提非工頻注入法，在不同區(qū)段高阻接地故障時(shí)，根據(jù)所提區(qū)段定位判據(jù)仍可準(zhǔn)確定位故障區(qū)段。

上述理論分析及仿真結(jié)果表明，當(dāng)配電網(wǎng)在不同線路、不同區(qū)段和不同過(guò)渡電阻下發(fā)生單相接地故障時(shí)，運(yùn)用本文所提故障區(qū)段定位方法均能夠準(zhǔn)確判別故障區(qū)段，并具備較強(qiáng)的抗過(guò)渡電阻能力，可對(duì)故障區(qū)段實(shí)現(xiàn)寬范圍精準(zhǔn)定位。

4 結(jié)論

為了解決現(xiàn)有配電自動(dòng)化設(shè)備高阻接地故障時(shí)穩(wěn)態(tài)特征微弱、定位困難的問(wèn)題，提高故障定位的準(zhǔn)確性和抗過(guò)渡電阻能力，本文提出了中性點(diǎn)柔性接地設(shè)備注入非工頻信號(hào)的故障檢測(cè)與區(qū)段定位方法。最后在PSCAD/EMTDC仿真環(huán)境中搭建仿真模型對(duì)所提區(qū)段定位方法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，并得到以下結(jié)論。

1)本文所提區(qū)段定位方法有效增強(qiáng)了諧振接地系統(tǒng)高阻接地故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)特征，有較強(qiáng)的抗過(guò)渡電阻能力，能夠在多分支線路諧振接地系統(tǒng)架空線路、電纜線路區(qū)段發(fā)生單相接地故障以及線路末端時(shí)，對(duì)故障區(qū)段實(shí)現(xiàn)寬范圍精準(zhǔn)定位。

2)此方法通過(guò)柔性接地裝置實(shí)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)方法，響應(yīng)速度更快、準(zhǔn)確性更高、調(diào)節(jié)靈活度更好，其次可以靈活控制輸出的波形形態(tài)，適應(yīng)配電網(wǎng)各種變化下的高檢測(cè)靈敏度。

3)故障區(qū)段定位判據(jù)無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，可有效配合柔性接地電壓消弧裝置，操作簡(jiǎn)單，便于在工程上實(shí)現(xiàn)。