第４０卷第１期 ２０１３年１月 华北电力大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．４０．Ｎｏ．１ Ｊａｎ．．２Ｏ１３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ＩＳＳＮ．１００７—２６９１．２０１３．０１．００５ 基于负序电流的配电网单相接地 故障选线方法的研究 任建文 ，丁 浩 ，李 莎 ，高永强 （１．华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３；２．山西吕梁东义煤气公司，山西吕梁０３３４００） 摘要：利用故障后系统中的负序电流进行单相接地故障选线的方法相对于基于故障后零序电流的选线方法有 其优越性。提出用微分和积分移相提取负序电流，比较用移点法、微分法、积分法移相提取负序电流的优缺 点，并利用提取得到的负序电流实时曲线进行故障选线。利用实时曲线故障后波形与故障前波形对应相减可 以减小不平衡电流的影响，利用此差值电流中的暂态分量和工频分量，可以达到选取故障线路的目的。仿真 分析结果表明，该方法在系统中存在不平衡电流等情况下都能可靠选出故障线路。 关键词：负序电流；小电流接地系统；单相接地；暂态分量；不平衡电流 中图分类号：ＴＭ７７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—２６９１（２０１３）Ｏ１—００２４—０６ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｆａｕｌｔｅｄ ｆｅｅｄｅｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｇｌｅ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｆａｕｌｅ－ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｍｎｇ ｆａｕｌｔ ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｓｔｒｉＤｕｔｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｂａｓｅｄｏｎ ｎｅｔｗｏｒＲｓ ａｓｅａ ｏｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ＲＥＮ Ｊｉａｎ．ｗｅｎ ，ＤＩＮＧ Ｈａｏ ，ＬＩ Ｓｈａ。ＧＡＯ Ｙｏｎｇ．ｑｉａｎｇ ，￣（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１００３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈａｎｘｉ ｐｒｏｕｉｎｃｅ Ｌｕｌｉａｎｇ Ｃｉｔｙ ｄｏｎｇｙｉ ｃｏａｌ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｕｌｉａｎｇ ０３３４００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｆｏｒ ｆａｕｈ ｌｉｎｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｚｅｒｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｗｈｅｎ ｓｉｎｇｌｙ—ｐｈａｓｅ－ｔｏ—ｅａｒｔｈ ｆａｕｌｔ ｈａｐｐｅｎｓ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｃｑｕｉｒｉｎｇ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｕｒ— ｒｅｎｔｓ ｂｙ ｓｈｉｔｉｎｇ ｐｈａｓｅｓ ｕｓｉｆｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｉｓ ｍａｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａ— ｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ａｃ— ｑｕｉｒｅｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅ—ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｃｕｒｖｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｈｅｌｐ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｆｏｒｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｌｉｎｅ ｒｅｌｉａｂｌｙ ｅｖｅｎ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ；ｎｅｕｔｒａｌ ｐｏｉｎｔ ｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｇｒｏｕｎｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ－ｔｏ—ｅａｒｔｈ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔｓ 用这种接地方式的系统发生单相接地故障时故障 ０ 引 言 我国３～６０ ｋＶ系统广泛采用中性点不接地 及中性点经消弧线圈接地等小电流接地方式。采 电流小，电弧可自行熄灭，３个线电压仍然对称， 可以带故障继续运行１—２个ｈ，有利于提高供电 可靠性。但是，在故障持续期间，非故障相电压 升高，如果不能及时切除故障，可能引起非故障 相绝缘薄弱处绝缘击穿，形成多点接地故障，造 收稿日期：２０１２—１０—０５ 成故障的扩大。 小电流接地方式在提高供电可靠性的同时给 单相接地故障选线带来了困难，近年来，大量的 第ｌ期 任建文，等：基于负序电流的配电网单相接地故障选线方法的研究 选线算法被提出，然而大多应用效果不甚理 想¨。 。传统的故障选线多采用比较零序电流幅 值和相位的方法，这不便在馈线保护中实现及馈 线终端单元（ＦＴＵ）上安装；同时，采用故障后 零序电流进行选线故障特征不明显，在一些情况 下，非故障线路零序电流的幅值可能大于故障线 路零序电流的幅值，零序电流受不平衡电流影 响，尤其是受由线路对地电容不对称所引起的不 平衡电流的影响十分严重，极容易造成误选。 故障后的负序电流故障特征明显，故障线路 负序电流较大，非故障线路负序电流基本为零。 负序不平衡电流主要受负荷和互感器影响，受对 地电容影响较小，可以通过故障后与故障前的负 序电流对应相减消除负序不平衡电流的影响，另 外，考虑到不平衡电流主要为工频分量，故负序 电流的暂态分量受不平衡电流影响较小；负序电 流提取只需测量三个相电流，便于在ＦＴＵ和开关 柜中实现，十分适合应用于配电自动化系统以实 现配电网的选线和定位。此外，利用负序电流选 线的算法不受中性点接地方式的影响，残流大小 仅影响选线精度；基于负序电流的选线方法有较 强的抗弧光接地的能力。 本文提出用微分法和积分法移相提取系统的 负序电流，并比较移点法、微分法和积分法的优 缺点，选用效果较好的方法提取负序电流，在此 基础上，提出利用负序电流的暂态分量，综合利 用暂态算法和稳态算法的选线结果以提高选线准 确度。最后通过仿真验证算法。 １ 利用负序电流选线的原理 小电流接地系统单相接地故障的等效电路图 如图１所示。图中ｚ： 为系统负序阻抗；Ｚ 为正 常线路ｉ的负序阻抗；Ｚ： 为母线到故障点间故障 线路ｋ的负序阻抗；Ｚ： 为故障线路其它部分的负 序阻抗；ｚ： 为线路 负载的负序阻抗；ｚ 为线路ｋ 负载的负序阻抗。 在配电网中，系统高压侧负序阻抗折算到低 压侧的值很小。因配网绝大部分为辐射网络，每 条馈线的负荷不大，负荷阻抗却较大，是系统负 序阻抗的近百倍，因此： Ｚ２ｓ《Ｚ２¨Ｚ２ｓ《Ｚ２“ （１） 图１单相接地故障负序电流分布 Ｆｉｇ．１ Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｆａｕｌｔ 另外，因馈线一般较短，负荷的负序阻抗却较 大，负荷的负序阻抗，远大于馈线的负序阻抗： Ｚ２ ，１《Ｚ２ Ｚ２ ，２《Ｚ２ Ｚ２ ，《Ｚ２“ （２） 因此负序电流大部分由故障点经故障线路流向电 源，非故障线路负序电流很小。 系统负序阻抗及负荷负序阻抗一般都呈感 性，且系统负序电抗比负序电阻大数倍。由此得 故障线路负序电流幅值最大，其相位与非故障线 路负序电流相位相差大于９０。。因此可以利用负 序电流的大小及方向进行故障选线。另外，配网 中负序回路阻抗及时间常数较零序回路小很多， 负序回路振荡衰减时问较零序小，受弧光振荡影 响小，有较强的抗弧光接地能力 ’ 。由图１可 见，负序电流的流通回路中不包括消弧线圈，因 此，利用负序分量进行选线的故障特征将不受消 弧线圈影响，但因消弧线圈的使用减小了残流， 将使故障线路和非故障线路负序电流都有所减 小，影响选线精度。 ２ 负序电流的提取 负序电流提取的原理如下： Ｆ＝ｋ。（Ｆ 一Ｆ。）一 ：（Ｆｂ—Ｆ。） （３） 式中：Ｆ表示 或，，当输入正序分量时： Ｆ＝Ｆ １（ｋ 一√３后：） （４） 令ｋ ＝√３ 时，则正序输出为零，消除了正序 的影响。当输入负序分量时，输出为 Ｆ＝Ｆ ２（ｋ ＋√３ ２） （５） 可见，输出为以ａ相为基准的负序分量同相位的 量 。 采用这种方式提取负序分量主要考虑到按照 华北电力大学学报 负序分量的定义直接提取需要移相１２０。，体现在 采样点上应移动每周波采样点Ⅳ的１／３，如果Ⅳ 不能被３整除，则需要对各相分量进行插值，增 大计算量；信号分析中常用到的ＦＦＴ算法以基２－ ＦＦＴ使用较多，需要每周采样点数Ⅳ为２的整数 次幂，因此Ⅳ不能为３整除是经常遇到的。 而采用如（３）式所示方法，需要移相９０。， 移动点数为Ｎ／４，这和基２的算法对采样点数的 要求相一致。同时，对电力系统而言，信号都为 正余弦信号，正余弦信号的微分、积分和原信号 相位差刚好为９０。，可以利用微分或者积分对信 号移相９０。。采用移点、积分和微分对信号进行 移相各有不同的优缺点，在此进行比较。 利用移点法提取负序分量的原理如式（６） 所示： ㈩ ㈩）＋ （／＇’ｂｃ（ 一 ）） （６） 式中：／＇ ｂｃ（ 一 Ｎ）＝ｉｂ ｋ一 Ｎ）一ｉｃ ｋ一 ）。式 （３）中的系数ｋ。，ｋ 分别取÷，‘２ ４３ ，这样由式（５） 知，式（６）的输出等于负序电流。 对一个信号做微分后，其相位将超前原始信 号９０。，幅值扩大为原始信号幅值的 倍，对离 散信号进行微分按式（７）进行计算。 ），（ｋ）＝÷（ （ｋ）一 （ｋ一１）） （７） 对一个信号做积分后，其相位将滞后原始信 号９０。，幅值缩小为原始信号的１／ ，对离散信 号进行积分按式（８）进行计算。 Ｙ（ｋ）＝Ｙ（ｋ一１）＋（ （ｋ）＋ （ｋ一１））△ ／２ （８） 由原始电流信号，按式（７）计算后除以 ，原 始信号，按式（８）计算后乘以ｔＯ分别得到ｊ，和～ ｊ，。假设ｉ（ｋ）和 （ｋ一１）的误差分别为△ 和△ ， 按式（７）计算的误差为（△ ＋Ａｓ：）／Ａｔ，而按式 （８）计算后的误差为（Ａｓ。＋Ａｓ：）△ｃ／２，其中△ 艮 ／Ｊ、，故（Ａｓｌ＋Ａｓ２）△￡／２《（△８１＋△ ２）／Ａｔ，所以 采用积分对信号进行移相的误差要小于采用微分 对信号进行移相的误差。 （１）原始信号为加入高斯白噪声的正余弦信 号，将微分后的信号缩小∞倍，积分后的信号放 大∞倍，绘于图２中，由图２可见，积分处理效 果较微分处理的效果更好，并且积分处理后减小 了高斯白噪声对信号的影响，处理后的波形较原 始信号更为平滑。 ６００ ４００ ２００ ≤ ０ ．２００ －４００ ０ ５０ １Ｏ０ １５０ ２００ ２５０ ３００ ３５０ ４００ 采样点数 ——原始信号一一－微分处理后信号…一积分处理后信号 图２ 用微分和积分对信号处理效果 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ （２）由于对信号进行微积分处理中采用数值 法逼近的方法，采样间隔越小，处理后的精度越 高。而采样频率较低时将导致处理结果的误差较 大。 （３）采用数值法进行微分和积分时周期性的 引入了正负误差，导致系统在对称运行时出现工 频的负序电流，该负序电流的幅值随采样率的提 高而减小，采用移点法提取负序电流时不存在这 样的问题。图３和图４中给出了系统完全对称， 采样率分别为６．４ ｋＨｚ和ｌ２．８ ｋＨｚ时，分别利用 移点、微分和积分法处理后得到的负序电流。由 图可见，用微分法和积分法处理后引入的负序电 流幅值均随采样率的提高而减小，且积分法引入 的工频误差显著的小于微分法引入的工频误差， 在采样率为１２．８ ｋＨｚ时，其引入的工频误差已很 小，可忽略不计。 ２ １．５ １ ０．５ ≤０ ＼／ ＼／“＼／１ ＿０．５ ．１ －１．５ ＼／ ＼／ ＼、／ ２ ｌ ｌＩ ｌ ｌ Ｌ ● ．０ ５０ １００ ｌ５Ｏ ２００ ２５０ ３００ ３５０ ４００ 采样点数 一移点处理的负序信号…一微分处理的负序信号 …＿积分处理的负序信号 图３ 采样率为６．４ ｋＨｚ时，３种方法工频误差的对比 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｒｒｏｒｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ６．４ ｋＨｚ 第１期 １ ‘任建文，等：基于负序电流的配电网单相接地故障选线方法的研究 ２７ 行接地选线要避免不平衡电流的影响。 ０．５ ≤０ ＼ ／／。＼ ＼ ／ 零序电流的相位可能受到线路对地电容不平 衡的影响，并且这一影响不是线性的，不能通过 ＿０．５ ＼． ＼ ／ ＼／ ．１ ／ ＿＿ ● ｌｌ ● ‘ ０ ｌＵＵ ２００ ３ＵＯ ４ＯＵ ，ＵＵ ６ＵＵ ７００ ８００ 采样点数 一移点处理的负序信号……微分处理的负序信号 …积分处理的负序信号 图４采样率为１２．８ ｋＨｚ时，３种方法工频误差的对比 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｅｒｒｏｒｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ １２．８ ｋＨｚ （４）微分法和积分法相对于移点法的一个优 点是这两种方法可以基于当前数据，而采用移点 法时需要当前数据前１／４周波的数据，在计算时 人为引入了延迟，影响计算速度。 （５）移点法移动点数为Ｎ／４，其效果是相对 工频分量移相９０。，对于高频分量不适用，而微 分法和积分法对各频率分量作用效果都是移相 ９０。，仅是对不同频率分量的幅值进行了一定的 放大或缩小，但对各支路同一频率成分放大或缩 小效果是相同的，不影响各支路负序电流的相对 大小。负序回路振荡衰减时间较零序小，当暂态 强度（Ｔ／） 较大，即接地电阻较小时，短路后 短时间内暂态信号衰减很小，可以认为暂态分量 近似为正余弦量，这样，微分法和积分法适用于 负序暂态信号的提取。而 较小时暂态特征不 明显，宜仅采用工频分量选线。 由以上对比可知，移点法在３种方法中计算 量最小，缺点在于引入了时间延时，不能基于当 前数据实现，不适用于高频分量；积分法效果明 显好于微分法对信号的处理，能够减小高斯白噪 声的影响，当采样频率足够高时，完全可以满足 对提取负序电流的要求，并且积分法基于当前数 据，不引入延时，并且积分法适用于高频分量， 这些方面，积分法比移点法有优势。因此，本文 将采用使用积分法移相以提取负序电流。 ３不平衡电流影响的消除 采用负序电流进行单相接地故障选线具有不 受中性点接地方式影响，抗弧光接地能力强，便 于在配网中实现等优点。但是，利用负序电流进 故障后零序电流与故障前零序电流对应相减消除 其影响¨ 。而负序电流的流通路径不以线路 对地电容为回路，其相位受电容影响较小。假设 故障前后短时间内负荷电流没有变化，这在单相 接地故障中可以认为是合理的，在三相电流互感 器工作在线性区时，可以用故障后负序电流减去 故障前负序电流消除不平衡电流的影响。图５为 系统负荷和互感器均存在不对称情况下用故障后 负序电流减去故障前负序电流得到的波形与系统 对称时发生单相接地故障的负序电流波形的比 较，由图可见，两个波形基本重合，用这种方法 可以消除不平衡电流的影响。另外，不平衡电流 主要是工频分量，采用故障后的暂态分量也将不 受不平衡电流的影响。 采样点数 ——故障后减故障前的负序电流……·系统对称时的负序电流 图５ 故障后减故障前的波形与系统平衡时故障 波形比较 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃｕｒｖｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｕｂ－ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆａｕｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｅ．ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｙｍ— ｍｅｔｒｉｃａｌ ４ 算例分析 用ＭＡＴＬＡＢ中的ＰＳＢ工具箱建立仿真模型， 线路模型采用Ｔｈｒｅｅ－Ｐｈａｓｅ ＰＩ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｎｅ模型， 母线引出５条出线，电源电压为１０．５ ｋＶ，取每 条线路长度不全相同，其中Ｌ ＝１８ ｋｍ，Ｌ ＝２０ ｋｍ，Ｌ３＝１０ ｋｍ，Ｌ４：１６ ｋｍ，Ｌ５＝６ ｋｍ。线路参 数为：正序电阻＝０．０１２７ ３ ｆ￣／ｋｍ，正序电感＝ ０．９３３ ７×１０～Ｈ／ｋｍ，正序电容＝１２．７×１０ Ｆ／ｋｍ，零序电阻＝０．３８６ ４ １２／ｋｍ，零序电感＝ ４．１２６ ４×１０一Ｈ／ｋｍ，零序电容＝７．７５１×１０ Ｆ／ｋｍ。系统阻抗０．３＋ｊ０．９５５ ｎ。 ２８ 华北电力大学学报 线路１ 。．２０１３生 线路２ 采样率为１２．８ ｋＨｚ，即每周波采样２５６个 点。线路１三相互感器误差分别取 ＝０．Ｏ１， ｋ ＝０，ｋ ＝一０．０１，线路２三相互感器误差分别为 ，ｒ、【．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．－．．．．．．．．．．－．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．‘．．．一 卜＾▲，＼＾ ＶＶＶＶ、， 。 八＾／＼八八八八八八 ． 【．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．＾．．．．．．．．．． ．．．．．．．．． －．．．．．．．．．．．．．一一０ ５００ １０００ １５００ ２０００ ２５００ ３０００ ０ ５００ １０００ １５００ ２０００ ２５００ ３【ｘｘ】 线路３ 线路４ ｋ ＝０，ｋ ＝０．０２，ｋ ＝一０．Ｏ１，线路１负荷为 Ｓ Ａ＝０．５３＋ｊ０．２８ ＭＶＡ，Ｓ Ｂ＝０．５２＋ｊ０．２６ ＭＶＡ， ．＇Ｅ 二二二Ｌ，．．．． ．．．．．·．．．．． ．．．．． ．．．．．‘．．．一．寒 ’ Ｌ二二二． ‘Ｊ—————一一一Ｌ一一一一Ｊ ０ ５００ １０００ １５００ ２０００ ２５００ ３０００ ０ ５００ １０００ １５００ ２０００ ２５００ ３０００ Ｓ ｃ＝０．５０＋ｊ０．２３ ＭＶＡ，线路２负荷为Ｓ Ａ＝０．５＋ ｊ０．２３ ＭＶＡ，Ｓ Ｂ＝０．５０＋ｊ０．２３ ＭＶＡ，Ｓ ｃ＝０．１＋ 图６ 线路１末端Ａ相接地，接地电阻１０ ｎ各线路 ｊ０．０５ ＭＶＡ，线路２在Ａ，Ｃ两相各并有１．５５０ ２× １０ Ｆ的电容。 当线路１末端发生Ａ相接地，接地电阻为１０ ｎ时，用积分移相法录得各线路负序电流波形如 图６所示。按负序电流定义， ＝（， ＋ｎ ，ｂ＋ ｏ， ）／３，对原始信号计算结果如表１所示，由积 负序波形 Ｆｉｇ．６ Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｅｅｄｅｒ ｗｈｅｎ Ａ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｈａｐｐｅｎｓ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ １ ０ Ｑ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｆｅｅｄ １ 平衡电流影响，故障线路自由振荡信号幅值最 大，相位与非故障线路信号相位相差１８０。左右。 工频信号满足故障线路幅值最大，相位与非故障 线路相差大于９０。的特征。 当线路１末端发生Ａ相接地，接地电阻为 １．２ ｋｆｔ时，录得各线路负序电流波形如图７所 分法移相提取的负序电流，用各线路故障后负序 电流减去故障前负序电流波形，用Ｐｒｏｎｙ算法计 算结果如表２所示，由表１和表２可知，按定义 式求取的负序电流的幅值和相位都会受到不平衡 电流的影响，并且不能提取负序电流的暂态分 量。用积分移相的方法可以提取负序电流的实时 示；用各线路故障后负序电流减去故障前负序电 流波形，用Ｐｒｏｎｙ算法计算结果如表３所示，在 曲线，由计算结果可见，自由振荡频率下信号幅 值显著强于工频信号，并且自由振荡信号不受不 接地电阻为１．２ ｋ１）时， 值较小，暂态信号提 取困难，暂态算法失效，但工频信号特征依然满 足，可用以选取故障线路。 由以上算例分析可知，利用故障后的负序电 表１ 线路１末端Ａ相接地，接地电阻１０ Ｑ时定义式计算结果 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｗｈｅｎ Ａ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｈａｐｐｅｎｓ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ １０ ｎ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｆｅｅｄ １ 表２ 线路１末端Ａ相接地。接地电阻１０ Ｑ时积分法计算结果 Ｔａｂ．２ Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｈｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｅｎ Ａ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｈａｐｐｅｎｓ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ １０ Ｑ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｆｅｅｄ １ 第１期 线路１ １０ｆ 任建文，等：基于负序电流的配电网单相接地故障选线方法的研究 线路２ ５ｆ ２９ ≤。ｈ八＾八八八八八八／、， ≤。 八，＼八八八八八八八 ．电流的影响，利用信息融合技术对此差值电流的 暂态分量和工频分量的计算结果进行综合，可以 有效的选取故障线路。在实际应用中，可以以母 线零序电压越限启动算法，首先判断ＴＩ值，当 吖较大（大于２）时，采用暂态算法的结果，当 较小时，采用稳态算法的结果；当算出某支路 １ｏ【 ．．．．． ．． ．． ·．．．． ．．·．—————— —．————·—一 ．５【——————————————·————，—— ——————————————－—一 ｏ ５ｏｏ １０ｏ０ １５０ｏ ２０００ ２５００ ３０００ ０ ５００ １Ｏ０ｏ １５００ ２０００ ２５００ ３０００ 线路３ ０．５ ｒ Ｉ ｒ 线路４ ．。： ０ ５００ １０００ １５００ ２０００ ２５００ ３０００ ．线路５ ０ ５００ １０００ １５００ ２０００ ２５００ ３０００ 二二二＝＝＝． ０ ５ 冬。 ０ Ｖ 八 ５００ １０００ Ｉ５００ ２０００ ２５００ ３０００ ＿ｏ ５ Ｌ———— ———————— ———— ———— —一 的负序电流幅值最大，与其他支路负序电流差大 于９０。，可判断该支路为故障线路。此外，非故 障线路负序电流幅值微弱，易于淹没在负荷电流 中，但考虑到单相接地的特点，即故障后相电流 不发生显著变化，测量级ＴＡ不会饱和，可以考 图７ 线路１末端Ａ相接地。接地电阻１．２ ｋ０ 各线路负序波形 Ｆｉｇ．７ Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｅｅｄｅｒ ｗｈｅｎ Ａ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｈａｐｐｅｎｓ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｓｉｓｔ－ 虑用测量级ＴＡ测量的数据来提取负序电流，提 高精度。随着配电自动化的逐步实现，由ＦＴＵ提 供的数据尤为适合利用负序电流进行选线与定位 ａｎｃｅ ｏｆ １．２ ｋｌｌ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｆｅｅｄ １ 流减去故障前的负序电流，可以有效减小不平衡 的应用。 表３ 线路１末端Ａ相接地。接地电阻１．２ ｋＱ时计算结果 Ｔａｂ．３ Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｈｅｎ Ａ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｈａｐｐｅｎｓ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ １．２ ｋｆｔ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｆｅｅｄ １ 接地选线中的应用［Ｊ］．电网技术，２００８，３２ ５ 结 论 本文分析应用故障后负序电流进行故障选线 的原理及其优点，提出了３种不同的负序电流提 取方法，分析了各种方法的特点，其中采用积分 法进行移相并提取负序电流效果较好。分析了消 除不平衡电流的产生原因，并用故障后负序电流 （４）：９６—１００． ［５］程路，陈乔夫．小电流接地系统单相接地选线技术 综述［Ｊ］．电网技术，２００９，３３（１８）：２１９—２２４． ［６］曾祥君，尹项根，张哲，等．配电网接地故障负序 电流分布及接地保护原理研究［Ｊ］．中国电机工程 学报，２００ｔ，２１（６）：８４—８９． ［７］曾祥君，尹项根，陈德树，等．适应配电自动化的 馈线接地保护研究［Ｊ］．电力系统自动化，２０００， ２４（１５）：３７—４１． 与故障前负序电流对应相减的方法消除不平衡电 流的影响。通过搭建仿真模型，利用积分法移相 提取负序电流的实时波形，并利用Ｐｒｏｎｙ算法分 ［８］张保会，尹项根．电力系统继电保护［Ｍ］．北京： 中国电力出版社，２００５． ［９］任建文，孙文武，周明，等．基于数学形态学的配 电网单相接地故障暂态选线算法［Ｊ］．电力系统自 动化，２００８，３２（１）：７０—７５． 析了波形，计算结果显示，在存在不平衡电流等 情况下，可以用负序电流中的暂态分量和工频分 量相结合选取故障线路，效果良好。 ［１０］符达．消弧线圈的调谐［Ｍ］．北京：水利电力出 版社，１９６０． 参考文献： ［１］要焕年，曹梅月．电力系统谐振接地［Ｍ］．北京： 中国电力出版社，２００９． ［１１］连鸿波．谐振接地电网单相接地故障消弧及选线技 术一体化研究［Ｄ］．保定：华北电力大学，２００５． ［１２］刘奇，任建文．基于Ｐｒｏｎｙ算法的小电流接地系统 不平衡电流分析［Ｊ］．电力系统保护与控制， ２０１１，３９（１３）：１４—１９． 作者简介：任建文（１９６１一），男，教授，主要研究方向为 ［２］Ｈｏｗｅｌｌ Ｉ Ｎ，Ｉｒｖｉｎｇ Ｋ．ＩＥＥＥ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｎｄ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ 『Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，１９８２． ’－ 人工智能，电网调度自动化等；丁 浩（１９８７一），男，硕士研 究生，主要研究方向为电力系统分析，运行与控制；李 莎 （１９８７一），女，硕士研究生，主要研究方向为电力系统分析， ［３］束洪春．配电网络故障选线［Ｍ］．北京：机械工 业出版社，２００８． ［４］王伟，焦彦军．暂态信号特征分量在配电网小电流 运行与控制。
