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中性点不接地系统单相接地故障的定位方法

文档作者：张利夏楠姜彤文档来源： 1．华北电力大学电气与电子工程学院 2．北京信息科技大学自动化学院		点击数：	更新时间： 2022年07月28日
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第22卷第4期
2010年8月
电力系统及其自动化学报
Proceedings of the CSU—EPSA
V01．22 No．4
Aug． 2010
中性点不接地系统单相接地故障的定位方法
张利 ，夏楠 ，姜彤
(1．华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206；
2．北京信息科技大学自动化学院，北京100192)
摘要：该文以不接地系统发生单相接地故障后的零序网络特征为基础，考虑到零序电流采集时受到的来自负
荷电流的影响，提出一种新的基于零序电流相量的故障定位方法。文中定量地分析了架空线路中由电流互感
器误差引起的负荷电流零序分量在二次侧输出不为零从而产生的零序不平衡电流，并推导出其数学表达式，
应用在定位判据的提出和判据可信度的分析中。最后通过仿真算例，模拟出实际线路零序电流采集时受到的
来自不平衡电流的影响，给出了基于零序电流相量故障定位方法在实验环境下的应用。
关键词：中性点不接地系统；带电故障定位；单相接地故障；零序不平衡电流；零序电流相量
中图分类号：TM7l3 文献标志码：A 文章编号：1003—8930(2010)04—0036-05
Fault Location M ethods for Single-phase Ground Faults
in Neutral Ungrounded System
ZHANG Li ，XIA Nan ，JIANG Tong
(1．School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，
Beijing 102206，China
2．School of Aotomation，Beij ing Information Science 8L Technology University，
Beijing 100192，China)
Abstract：Considering the influences of load current when measuring the zero—sequence current，a new fault-lo—
cation method for single—phase ground faults in neutral ungrounded system is presented on the basis of the zerosequence
network's characteristics in this paper．A fter analyzing the load current of overhead lines，the effect of
the zero—sequence unbalanced current on the measurement of zero—sequence current has been studied．The math—
ematic representation of zero—sequence unbalanced current caused by the error of current transformer is derived
and applied in the credibility analysis of fault—location criterion．In a case study，the effect of zero—sequence un—
balanced current on line zero—sequence current is simulated，and the application of the fault—location method
based on zero—sequence current is given．
Key words：neutral ungrounded system；fault—location without power—cut；single-phase ground faults；zero—se—
quence unbalanced current；zero—sequence current phasor
我国6～ 60 kV中低压电网一般采用中性点
不接地或经消弧线圈的接地方式(俗称小电流接地
方式)。在小接地电流系统中，8O 以上的故障是
单相接地故障，当系统发生单相接地故障后，为保
证供电可靠性，应尽快完成故障选线与定位工作，
及时把故障从系统中切除_1 ]。
故障选线问题目前已基本解决[3“]，但故障定
位问题一直没有令人满意的方案。目前主要的定位
方法有：行波法和信号注入法。前者往往受到过渡
电阻和分支数目的影响，而后者易受到过渡电阻和
分布电容的影响[5 。因此，对中性点不接地系统
的故障定位问题，本文通过对不接地系统发生单相
收稿日期：2009—08—17；修回日期：2009一10—22
基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2009AA12Z328)
第4期 张 利等：中性点不接地系统单相接地故障的定位方法 · 37 ·
接地故障后网络零序电流的电气特征进行分析，提
出基于零序电流相量的故障定位判据。
1 基于零序电流相量故障定位方法的原理
分析
当中性点不接地系统发生单相接地故障时，
负荷电流零序分量的理论值恒为零，系统的零序等
效网络主要由线路对地电容构成，如图1所示。
— — 一 非故}
圭』
圭I
A 上B三 c
、
-7-1
路径
径
图1 单相接地故障后系统的零序等效网络
Fig．1 Equivalent Zero— sequence network when the
single line-to-ground faults occur
若取关联参考方向，电容上的电流相位超前
电压9O。，系统的电容电流分布用”一”表示[1 。测
量时取线路首端至负荷终端的方向为正方向，那么
在故障路径AB(故障点前)上，零序电流相位滞后
零序电压9O。，非故障路径(非故障分支AD，故障
点后BC)上的零序电流相位超前零序电压9O。，因
此若取零序电压相位为参考相位，则有故障路径与
非故障路径的零序电流( ，j )相位相反。另外，
沿故障路径零序电流幅值逐渐增大，在故障点处达
到最大。因此，根据线路各处零序电流的相位及幅
值特征，可判断出该处在故障路径还是在非故障路
径上，逐步锁定故障点，完成故障定位工作，这就是
基于零序电流相量故障定位方法的基本思路。
2 零序电流采集时遇到的问题
2．1 负荷电流对零序电流采集的影响
对于电缆线路，由于采用特制的零序电流互感
器采集零序电流_1 ，负荷电流的零序分量在二次
侧的输出仍为零，无不平衡电流产生。而对于架空
线路，由于采用分相电流互感器测量零序电流 ，
并且互感器存在误差，负荷电流的零序分量在二次
侧的输出将不为零，成为零序不平衡电流，叠加到
线路的零序电流上，给零序电流的采集带来误差。
这个由互感器误差引起的负荷电流的零序分量在
二次侧输出不为零，从而产生的零序不平衡电流是
影响准确采集线路零序电流的主要原因ll 。
2．2 零序不平衡电流
对于架空线路，设互感器的准确级为K，测得
的电流误差限值为±K％(由于相位误差很小，故
忽略[地 )。设KA 、K 、K 分别为A、B、C三
相电流的测量误差(K ，K ，K ∈ [一K，K])，因
此可得负荷电流零序分量的二次侧输出为
j 。一j。 (1+ K 9／6)+j (1+K ％)+
JLc(1+ Kc )一 LA+ JLB+ Lc+ JI A·
K 9／6+j。 ·K +j 。·K 、％ 一j ·
KA 9／6+，。 B·K +， ·Kc 一△j
(1)
显然负荷电流零序分量的二次侧输出不再恒
为零，而是变为△j ，称这个不平衡量为零序不平
衡电流。
2．2．1 零序不平衡电流的幅值大小
由负荷电流和互感器误差在二次侧引起的零
序不平衡电流△ 其幅值大小满足：△J ≤ 2K
· f ⋯ 。K 为互感器的准确级，， ⋯ 为三相中的最
大负荷电流，即：零序不平衡电流的幅值不大于最
大单相电流误差的2倍l】引。
2．2．2 零序不平衡电流对零序电流采集的影响
考虑到零序不平衡电流△j 是以随机误差的
形式叠加到故障路径与非故障路径的零序电流之
上，因此可采用电流误差圆的形式描述该不平衡电
流对线路零序电流采集的影响。如图2所示，做出
L
，
，
一
、
、
，
， 一
、
， 、 ／
， 、
、
， 、 ， 、
，
．
、 ， ． 、
fn ' ， If ’
、
、
0 、一 一
、
、
、
、
～ 一·
，
，
图2 以电流误差圆描述的故障路径与非故障路径
零序电流采集时受到的影响
Fig．2 Effect on the measurement of zero-sequence current
described by current——error circle
半径r— r 0_一 — AI【』(⋯)的两圆0 、0z，其圆心
分别落在故障路径与非故障路径上零序电流相量
的末端。在零序不平衡电流的影响下，故障／非故
障路径上零序电流相量的测量值 ，将偏离理
论值j 、j ，分别落在0 、0。中。可以看出，在零序
· 38 · 电力系统及其自动化学报 第22卷
不平衡电流的影响下，故障路径与非故障路径上的
零序电流可能会由理论上的反相变为近似同相。因
此，基于零序电流相量的故障定位方法必须充分考
虑到零序不平衡电流的影响。
3 基于零序电流相量的故障定位判据的提
出及其可信度分析
3．1 基于零序电流相量法的故障定位判据
设线路上某处采集到的零序电流为j。，其幅值
为 ．，相角为 ，O 和O 分别为故障／非故障路径
的电流误差圆。
在每次采集零序电流前，故障路径与非故障路
径上零序电流的幅值(理论值)大小未知，所以两
圆的圆心位置无法确定。又因为接地电流大小未
知，所以两圆的圆心距也无法确定。唯一可知的是
两圆的半径r一2K · ⋯ ，与互感器的精度以及
最大负荷电流有关。因此，只能给出两圆可能出现
的区域，用包络线表示，其中圆心落在原点处的圆
O为两圆可能出现的极限位置，如图3所示。
、
、
一
～
， ： 一 ： _，
一一： 一：、 ‘ ⋯
：，， 一
ji
图3 采集到的零序电流与误差圆的关系示意
Fig．3 Relationship between current— error circle and the
measured zero-sequence current
考虑到故障路径与非故障路径上零序电流的
电气特征，可得圆0及其以左的区域为非故障路径
上零序电流误差圆()2可能的区域范围；圆0及其
以右的区域为故障路径零序电流误差圆0 可能的
区域范围。由于故障路径上的零序电流通常较大，
故可把极限圆0只归为非故障零序电流所在的区
域。因此，对于某处采集到的零序电流ji，可按如下
的定位判据进行判断：
(1)当co 。≤ 0或co ．≥ 0， 。≤ r时，该处
在非故障路径上。
(2)当cos ≥ 0，工 ≥ r且 。sin9。< r时，该处
在故障路径上。
(3)当I cos > r时，为互感器设备故障，不予
考虑。
3．2 对基于零序电流相量故障定位判据的可信
度分析
由于在3．1中的定位判据中假定极限圆0只
为非故障路径上零序电流所在的区域，所以当故障
路径上电流误差圆0 与极限圆0有相交区域时，
可能会出现误判，如图3所示的阴影区域。此时若
采集到的零序电流落在此相交区域内，则该电流既
可能为故障路径上的零序电流，也可能为非故障路
径上的零序电流。但根据定位判据，该点被判在非
故障路径上，存在判断错误的可能，因此需要对本
判据的可信度进行分析。考虑当负荷电流较大，故
障点经高阻接地，接地电流较小的情况，故障路径
上零序电流误差圆0 与极限圆0可能会相交，此
时出现误判的概率即为阴影部分的面积与圆0 的
面积之比判据的可信度可近似表示为
n 一卜 SA
一
2 (2)
7【r
⋯
其中S 为图3中斜线部分的面积，Ja为接地电流，
r为电流误差圆的半径，正比于负荷电流的大小。
接地电澍A
图4 接地电流对定位判据可信度的影响曲线
(1inel，line2，line3分别表示最大负荷电流为
50A。100A。150A)
Fig．4 Effect of grounding current on the credibility
(1ine1，line2。line3 respectively represents the
maximum load current 50A，100A，150A)
最大负荷电流，A
图5 负荷电流对定位判据可信度的影响
(1inel，line2分别表示接地电流为1A，0．5A)
Fig．5 Effect of load current on the credibility
I line1。line2 respectively represents the
grounding current 1A，0．5A)
当接地电流较大，而负荷电流较小时，故障路
径电流误差圆0 与圆0无相交区域，即采集到的
故障路径上的零序电流一定落在极限圆以右区域，
此时定位判据可信度为1。据此，可做出如图4、图5
掣
第4期 张 利等：中性点不接地系统单相接地故障的定位方法 · 39 ·
的可信度曲线(取互感器准确级为0．5)。
4 基于零序电流相量故障定位方法的网络
拓扑结构布置
如图6所示，可设计出如下的硬件布置示意
图6 系统的硬件布置设计图
Fig．6 Layout of system hardware
图，沿线路各处装设电流互感器以及无线通讯设备
如通用分组无线服务技术GPRS(general packet
radio service)来采集零序电流，并将零序电流传至
调度主控室。通过与线路首端零序电压相比得到零
序电流的相位信息。当获得线路各处的零序电流相
量以及线路的负荷电流后，就可通过在复平面上应
用故障定位判据进行判断。待所有采集点的采集工
作完成后，就可判断出故障点的位置。
5 算例
通过搭建如图7所示的12节点的配电网示例
系统(标号1～ 12为采集点，采集点的布置可视线
路的重要性及长短而定)，利用仿真软件对其进行
仿真分析，不失一般性，本算例选择故障发生在采
集点9后，系统中较长的一个分支上。
图7 10 kV电压等级的示例系统图
Fig．7 Example of 10 kV system
线路上的负荷电流和零序电流的仿真结果见
表1中① 、④ 。当获得线路的负荷电流后，根据式
△ ≤ 2K 9／6· 取互感器准确级为0．5，可计算
出零序不平衡电流的幅值范围，如表1② 所示。由
于零序不平衡电流为随机误差，故取其相位为一
180。～ 180。。根据零序不平衡电流的幅值范围，通
过生成随机数，模拟出线路上零序电流采集时的零
序不平衡电流，如表1③ 所示。根据线路零序电流
的仿真结果④ 以及模拟出的零序不平衡电流③ ，
通过叠加可得如⑤ 所示采集到的零序电流，这是
对实际工作中可能出现的采集结果的一种模拟。⑥
是应用定位判据的判断结果。
在零序不平衡电流的影响下，由于采集到的零
序电流存在误差，因此会影响判断的准确度。如表
1所示采集点1处的零序电流，由于负荷电流较大，
据其得到的判断结果与理论值相悖。但是，通过前
述的判据可知，对于判断出在故障路径上的点(”
是”)，结果一定准确，因此结合实际配网的网络结
构，仍可以正确地找到故障路径(1—7—9)，锁定
故障点，即故障点位于9、10之间。
表1 仿真结果
Tab．1 Simulation results
▲ 为判断结果与理论结果相一致的采集点
·40 · 电力系统及其自动化学报 第22卷
6 结语
由负荷电流在二次侧引起的零序不平衡电流，
其幅值不大于负荷电流最大单相误差的2倍(AI
≤ 2K％ · )，若能减小零序不平衡电流的最大
幅值，即电流误差圆的半径，根据题目3中的分析
可知零序电流采集的准确度可进一步提高，因此选
择在负荷电流较小时采集能够确保零序电流采集
的准确度。对于工业负荷，负荷电流的幅值在短时
间内(1～2 h内)的波动很大，因此在故障发生后，
有充分的时间瞬时锁定负荷电流较小时的各个采
集点的零序电流，以此保证大多数采集点能够较为
准确地采集到零序电流，从而不影响基于零序电流
相量故障定位方法的正确率。
基于零序电流相量的故障定位方法充分考虑
到了由负荷电流引起的零序不平衡电流对零序电
流采集的影响，因此定位结果准确度高，有着良好
的应用前景。
参考文献：
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
李荣明(Li Rongming)．小电流接地系统单相接地故
障选线(Single-phase-fault Line Detection for Non—
Solidly Earthed Network)I-D]．重庆：重庆大学电气工
程学院(Chongqing：College of Electrical Engineering，
Chongqing University)，2004．
王铭(Wang Ming)．小电流接地系统单相接地故障
选线新方法的研究(Research of A New Method for
Fault Line Selection in System with Non—effectively
Earthed Neutra1)I-D]．保定：华北电力大学电气与电
子工程学院(School of Electrical and Electronic Engi—
neering，North China Electric Power University)，
2001．
齐郑，杨以涵(qi Zheng，Yang Yihan)．中性点非有效
接地系统单相接地选线技术分析(Analysis of tech—
nology of fault line selection for single——phase-to—。earth
faults in neutral point non-effectively grounded sys—
tern)[J]．电力系统自动化(Automation of Electric
Power Systems)，2004，28(14)：1—5．
陈炯聪，齐郑，杨奇逊(Chen Jiongcong，Qi Zheng，
Yang Qixun)．基于模糊理论的小电流单相接地选线
装置(A fault line detection device for the non-solidly
grounded system based on fuzzy sets theory)[J]．电
力系统自动化(Automation of Electric Power Sys—
terns)，2004，28(8)：88—91．
宗剑，某龙华，李晓波(Zong Jian，Mou Longhua，Li
Xiaobo)．基于贝叶斯公式的配电网故障区段定位方
法(Fault section location of distribution network
based on Bayes formula)[J]．电力系统及其自动化学
报(Proceedings of the CSU—EPSA)，2007，19(5)：45
— 48．
[62 申双葵，黄军，周晋，等(Shen Shuangkui，Huang Jun，
Zhou Jin，et a1)．应用于小电流接地电网单相接地故
障定位的探测器节点设计(Single—phase to earth
faults location in small current neutral grounding sys—
tern by S-injection method combining with wireless
communications)[J]．电气技术(Electrical Engineer—
ing)，2009，(2)：38— 41．
[7] 吴振升，杨学昌，曹振狲，等(Wu Zhensheng，Yang
Xuechang，Cao Zhenchong，et a1)．多分支配电网接
地故障定位的特征向量法(Method of characteristic
vectors for locating ground faults in power distribu—
tion networks with branches)[J]．电力系统自动化
(Automation of Electric Power Systems)，2004，28
(16)：45— 50．
[8] 于盛楠，杨以涵，鲍海，等(Yu Shengnan，Yang Yi
han，Bao hai，et a1)．基于C型行波法的配电网故障
定位的实用研究(Study on fault location in distribu—
tion network based on C—-type traveling—。wave scheme)
I-J]．继电器(Relay)，2007，35(10)：1—4，12．
[92 张慧芬，潘贞存，桑在中(Zhang Huifen，Pan Zhen—
cun，Sang Zaizhong)．基于注入法的小电流接地系统
故障定位新方法(Injecting current based method for
fault location in neutral isolated power system)[J]．
电力系统自动化(Automation of Electric Power Sys—
tems)，2004，28(3)：64—66．
El0] 王新超，桑在中(Wang Xinchao，Sang Zaizhong)．基
于“S注入法”的一种故障定位新方法(A new ap—
proach of fault location based on“S injecting signal”)
l-J]．继电器(Relay)，2001，29(7)：9—12．
[11] 张保会，尹项根，索南加乐，等．电力系统继电保护
(第一版)[M]．北京：中国电力出版社，2009．
[12] 熊信银，朱永利，律方成，等．发电厂电气部分(第三
版)[M]．北京：中国电力出版社，2004．
作者简介：
张利(1980一)，女，博士，讲师，主要从事电力系统分析运
行与控制。Email：zzrzl@163．corn 13581916305
夏楠(1988一)，女，本科生，研究方向为电力系统及其自
动化。Email：pattyxianan@126．corn
姜彤(1970一)，男，博士，教授，主要从事电力系统分析运
行与控制、电力系统继电保护等方面的研究。Email：jiang—
tong@ ncepu．edu．cn

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