基于零序電流的單相接地故障定位系統設計

隨著經濟的快速發展，配電網的規模越來越大，鋪架的距離越來越遠，電力系統安全、可靠、穩定的運行就變得至關重要。所以當配電網發生故障時需要第一時間定位故障點并排除故障。

目前，國內對于配電網故障選線技術的研究雖取得了一定的成就，但效果不甚理想。本文從零序電流的特點出發，提出了基于零序電流的相位信息的故障定位方法。該定位方法的主要部分是零序電流互感線圈的使用和零序電流相位的計算，下面將詳細介紹。

零序電流原理
電力系統中的供電線路是三相對稱的，所以接地短路電流分量也是對稱的，在電力輸電系統發生不對稱接地故障的時候，系統的對稱性改變了，那么配電網絡中就出現了不對稱的電壓和電流分量。這樣會給接地故障中的電壓和電流分量的計算帶來麻煩，所以將不對稱電路轉換為對稱電路進行分析，在線性電路里應用疊加原理對電流分量進行獨自分析，然后進行疊加。

1 接地故障點各分量分析
在三相電力系統中，對于任意不對稱的三相相量可分解為三組對稱分量，分別為正序分量、負序分量、零序分量。設三相相量分量別為Fa、Fb、Fc，角標2、1、0分別代表正序分量、負序分量、零序分量，即：
Fa= Fa1+ Fa2+ Fa0 (1)
Fb= Fb1+ Fb2+ Fb0 (2)
Fc= Fc1+ Fc2+ Fc0 (3)

在電網正常運行時，系統中只存在正序分量，但是當電網發生接地故障時，系統中則存在正序分量、負序分量、零序分量。其中，負序分量和零序分量會對電力系統和電力設備產生不良影響。當配電網發生接地故障時，正序分量表現為三相對稱、大小相等、相位順時針方向相差120°；負序分量則呈現三相對稱、大小相等、相位逆時針方向相差120°；而零序分量三相對稱、大小相等、相位相同且只有發生接地故障時才存在。圖1為三相相量分解圖。

圖1 三相相量分解圖

由于在配電網發生接地故障的時候，系統中才存在零序電流，另外分析零序電流的相位特性，特提出基于零序分量的相位法故障定位法，在文中重點對零序電流的特性尤其是發生故障接地點前后的零序電流的特性做出分析。

2 接地故障點零序電流分量的等效電路
配電網輸電系統在D點發生單相接地故障，假設接地相為A相，則UDa=0。由于D點三相對地阻抗不等，則系統中三相電壓及電流不對稱。對于A相來說，D點接地處的零序電壓作為激勵源。圖2(a)、(b)為零序網絡等效圖。圖2中，UD0為接地點零序網絡激勵，ID0為線路零序電流，ZD0為線路零序阻抗。

3 接地故障點零序電流分量的計算
A相的D點發生接地故障時，很顯然有如下關系：
UDa=0；IDb=0；IDc=0 (4)

根據圖2所示電路短路點零序網等效電路可得電壓方程：
UDa=-ZD0ID0(5)

由圖2(a)、(b)可知，在輸電線路發生單相接地故障時，接地點前后的零序電流相位是相反的。那么當輸電線路發生單相接地故障時，只要分別采集故障點前后的零序電流的相位并加以比較得出相位相反的結果，即可判斷故障點的線路區間。

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