基于零序补偿的供电线路保护算法的研究摘要：针对中性点非有效接地.doc

基于零序补偿的供电线路保护算法的研究 摘要：针对中性点非有效接地配网单相接地故障时的故障线路选择问题，本文提出了一种利用零序导纳测量的新方法。通过引入补偿导纳，放大了故障线路与健全线路之间零序导纳的区别，便于在工程上形成可整定的判据。为了消除判别死区，将补偿导纳的电纳误差判据和相位角判据相结合，形成一种用来识别中性点非有效接地系统单相接地故障的新算法。系列仿真测试结果表明，该算法与网络结构和参数、故障条件和故障电阻等的变化无关，显著提高了选线的成功率。 关键词：零序补偿；供电线路；电路故障 1引言 就配电自动化和电力供应可靠性而言，自动检测和切除故障线路是非常重要的。事实上，由于中性点非有效接地系统中接地故障电流非常小，故障线路（fault line）没有必要很快切除。相反，故障线路的识别是最重要的问题。在这种情况下，在故障线路跳闸之前，可以改变配网结构，将重要的负荷可以转移到其他电源。对于因为系统原因，如线路拓扑结构而不能转移的负荷，开关设备的位置和相邻线路的容量裕度等，故障线路仍然可以在一段时间内持续运行。在故障点被找到后可以很容易消除故障。在这种情况下，负载的停电时间可以缩短。因此，供电可靠性得到了保证。 已经有许多方法被提出并应用于中性点非有效接地系统的选线。现有的故障选线方法中，基于稳态信号故障选线 [1-3]仍然得到了广泛的应用，其中，典型的一种方法就是零序导纳法[4]，电流注入法[5]，零序有功分量法[6]和五次谐波法[7]。 零序导纳法将零序电流的相位进行比较，故障线路的电流相位与健全线路相比相差180o。当系统的中性点不接地时这种方法是正确的。但是，当系统中性点经消弧线圈接地且补偿程度相对较高时，所有线路的零序电流将接近同相[8-17]。 本文的目的在于设计基于稳态信号的高灵敏度的单相接地保护，可在本地固定馈线终端设备实现。为了实现这一目标，基于零序导纳的方法是一个很好的选择。但是，鉴于现场的复杂因素，现有的基于导纳测量的方法中，正常线路与故障线路之间的区别裕度应当加大。在本文中，在对零序导纳选线思想进行讨论的基础上，一种新型的零序补偿导纳方法被提出。理论分析和仿真结果表明它是一种灵敏而且可靠的中性点非有效接地系统的单相接地保护方法。 2零序导纳选线算法原理 图1 中性点非有效接地系统图 在图1所示的典型配网系统中，假定单相对地故障发生在线路1。 健全线路i（i≠l)的零序测量导纳等于该线路本身的零序导纳，由自然电容的电纳和漏电导组成。为了简化表示，零序电纳下角标0和电导参数被忽略，如公式（1)所示: （1） 架空线的阻尼率d是残余电流的有效电流成分与网络总电容电流的比，大致在3%至10%之间，电缆的阻尼率大概在2%-4%之间，如果线路绝缘老化，也可能上升到10%。所以通常导纳角范围介于00至900。因此健全线路的导纳总是位于导纳平面的I象限。 至于故障线路，假设消弧线圈零序电导是GS，电纳是BS，零序测量导纳如公式(2)所示： （2） 故障线路零序测量导纳大小为消弧线圈和健全线路导纳之和，但符号相反。 设，其中是失协度，则有： (3) 失谐度是残余电流中的无功电流分量与网络总电容电流的比值。的符号和大小表明了谐振等效电路不同的运行方式和偏离谐振状态的程度。当系统是全补偿时，的值等于零，系统过补偿时小于零，而系统在欠补偿时大于零。当系统中性点不接地时v等于1。 无论采取何种补偿模式，零序导纳的电导conductance部分都可以表示为: 。也就是说，零序导纳向量在导纳平面的左半部分。对于中性点不接地系统，导纳向量依然位于平面的左半部分。 因此，理论上零序导纳可以用来准确地识别故障线路。然而，线路的导纳角主要受电导conductance影响。当非常小时，健全线路的导纳角接近900。在完全补偿条件下，故障线路零序测量导纳的电纳部分等于该线路的自然电纳，而电导等于余下线路电导与消弧线圈电导的总和，为负数。一般来说，电导总是远小于电纳。在这种情况下，零序测量导纳可能总是处于导纳平面的II象限并靠近正虚轴，因此导纳角接近于900。基于上述分析，在复平面上，接近虚轴附近的区域容易发生误判。通常，经消弧线圈接地的网络都实际运行在某种过补偿状态。对于正常线路或者健全线路，测量导纳一般都位于正虚轴附近。由于电导相比电纳要小而且不确定，区别故障线路与健全线路的判据角很难整定。这种判据的灵敏性还需要很大提高。 3零序补偿导纳接地保护 3.1保护原理 为了避免故障线路与健全线路零序导纳角区域重叠，有一个方案是在复平面上调整动作区与非动作区的设定，留下一定的裕度。如果采取这种做法，判断不确定的区域将扩大，选择的准确率不能得到改善。为了从根本上解决这个问题，应采取其他方法。 虽然线路的电