配电自动化覆盖区域小电阻单相接地故障定位改造

配电自动化覆盖区域小电阻单相接地故障定位改造

杨川赵亮赵季平汤定阳王建微彭松

（1.国网江苏省电力公司扬州供电公司江苏扬州225000；2.珠海许继电气有限公司广东珠海519060）

摘要：针对扬州市电力公司运检发现的配网小电阻接地故障区段误判，需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。增加EVT零序电压传感器和零序电流互感器方式对现场小电阻零序电压（U0）与电流量（I0）精确采集。在零序电流保护中增加功率方向元件，利用故障区段与非故障区段零序功率方向的差别，来闭锁可能的误动作，保证动作的选择性。并对现场增加EVT改造必要性与遇到的困难进行了说明，提出采用替换进线间隔后插屏蔽型避雷器后绝缘堵头的方式，满足系统可靠防雷、易于更换等现场实际要求。

关键词：小电阻接地系统；零序接地故障；EVT；故障定位；零序改造

引言

近年来，随着扬州地区经济的迅速发展，城市A、B类负荷区域的10kV配电网主要采用地下电缆，使对地电容电流大大增加。如果采用消弧线圈接地，则需要较大的补偿容量，而且要配置多台。10kV配电网线路在运行中操作较多，消弧线圈的分接头及时调整有困难，容易出现谐振过电压现象。因此，诸如石塔、琼花、开发、双桥等多个变电站采用了中性点经小电阻接地方式来解决这一问题。同时能够有效避免因单相接地故障引发的相间短路事故。

传统零序定位失效原因

然而带来的问题是上述变电站的配网出线保护需要配置零序保护。随着扬州配电网的不断改造与配电自动化系统的实施，接地故障的特征检测不再局限在线路首端。变电站出线（即馈线）已被分段开关区段化，每个开关安装处对应一个线路节点，出线断路器和线路分段开关均装设自动化监控设备：馈线终端单元（FTU、DTU）。发现采用传统的零序过流保护在负荷重载的小电阻接地系统中经常出现故障区段误判的现象，下面以扬州供电公司某日康乐2#线故障跳闸为例，说明小电阻接地系统发生单相接地故障时FA可能判据有误。

图2故障电流分析

在研究电网短路故障时，由于负荷电流与故障电流相差很大，因此在计算故障电流时忽略负荷电流的存在。但对于小电阻接地配电网，尤其是重载的10kV配电线路，正常情况下负荷电流能达到150A，而安装在各负荷开关处的配电自动化终端零序过流告警值通常为60A或120A。在发生单相接地时（如B相接地），若计及负荷电流，非故障相（A、C相）的电流流经故障点下游的负荷开关，配电自动化终端监测到A相电流为零，B、C相电流幅值为150A，相差120°，即ABC三相不平衡电流为150A，超过了零序过流告警整定值，会发出告警遥信值至主站，故障点上游、下游电流如下图2所示。按照一般意义上的主站FA判断逻辑就会发生误判。

由于故障点前后零序电流方向不同，需要采集零序电压和零序电流。而现有再往运行的配电终端不具备采集零序电压和零序电流功能，需对现有在网配电终端进行升级改造。

改造方案

升级改造方案零序电流可采用常规方案加装零序电流互感器，而零序电压的采集实现比较困难。通常接入DTU的电压为2路线电压，无法合成所需的零序电压。其采集采用直采零序电压互感器和EVT电容分压型电子电压传感器两种方式，其中采用零序电压互感器的方式存在成本昂贵、改造困难、体积庞大等多方面的问题，与传统电压互感器相比，EVT体积小，动态响应好，性能稳定且便于工业化生产，很有发展前景。因此改造采用零序电压传感器的方式实现。

图3为EVT的改造后的安装效果图，可对存量进行改造，只需提供电缆头尺寸，就可完成一次侧EVT的添加，说明：1为电缆头，2电压信号采集装置，3，单芯屏蔽引线。图4为EVT采集的原理。

一次部分改造方案

对一次部分进线间隔（环进环出间隔）采集零序电压和零序电流。零序电流可采用常规方案在进线间隔电缆室加装卡装式零序电流互感器，零序电压的采集则采用先进的智能电压传感器进行采集。

A.零序电流互感器

零序电流互感器拟采用卡装式零序电流互感器直接安装于进线间隔电缆，具体技术参数如下：变比：100/5，精度：10P5级，额定容量5VA。零序电流互感器外观如下图5所示，其内径为φ120：

图6绝缘堵头型电压传感器

绝缘堵头型电压传感器安装于避雷器后，且通过单芯屏蔽线引出电压信号供采集装置采集。电压信号采集装置密封安装于金属封闭盒内，通过单芯航空接插件分别与A、B、C相绝缘堵头型电压传感器相连接，并通过多芯航空接插件输出零序电压至DTU，金属封装盒预留可靠的接地螺栓。零序电压传感器技术参数变比：10000/√3V/6.5/3V，精度：3级。

二次终端部分改造方案

存在单相接地故障处理功能要求，对公司现场2代DTU进行升级改造，增加一块单相接地检测FE板如图7，支持两路（DTU环进、环出）零序接地判断，以满足单相接地故障界内界外精确区分功能要求。

接地故障处理板主要技术参数如下：

①EVT零序电压：峰值6.5V，精度5%，测量范围0-1.2Un，1.2倍额定电压，持续工作，1.4倍额定电压，允许10s，板卡上的EVT模块最大测量峰峰值6.5V，与1次电压比为6.5/√3；

②零序电流：额定值5A，精度3%，测量范围0-1.2In，2倍额定电流，持续工作，10倍额定电流，允许10s，最小检出电流0.01A。

图8采集处理

10kV系统采用小电阻接地的变电站，10kV出线零序保护定值一般按一次值不大于60A整定。根据计算和实测数据，经10Ω小电阻接地的10kV系统，在发生架空线路单相接地或电缆外皮绝缘损坏引起单相接地时，零序电流一般在400A左右，一次整定值60A可满足灵敏度要求。

A.二次侧值整定：

①零序电压启动定值：0.1~4.5V；

②零序电流定值：0.01A~20A；（互感器变比20：1）

③零序电流时间：0s~7200s。

B.接地故障检测算法：

非故障区段短路电压与电流之间的相角为：

使用零序电压和零序电流结合判断方式，零序电流流作为保护动作的启动量，验证的稳态跳闸条件：电压、电流大于定值，且电流与电压角度为-95°~-110°工作在最灵敏的条件下，零序应正确动作，非故障相角度相反应可靠不动作。方向性零序电流保护没有电压死区，简单可靠。

总结

零序DTU增加功率方向元件改造价钱便宜，原理成熟可靠性高，可精准定位单相接地故障区段，大大减少电力公司运维排查故障的工作量，进而缩短了用户停电时间，具有较强的市场实用推广价值。

参考文献：

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作者简介：

杨川，男，硕士研究生，主要从事配电自动化专业相关工作，研究方向为智能配电网技术，配电自动化技术。

基金项目：

江苏省科技项目：《配电自动化覆盖区域小电阻接地变电站配网单相接地故障精准定位技术的研究》，项目编号：J2016073-1。