Page 22 - 电力与能源2021年第二期

1 7 0 王 磊, 等: 物联网下谐波电流差动保护在小电流接地系统中的选线及定位研究

保护有效实现故障的切除, 提高系统安全性和供
电可靠性。
目前小电流接地系统单相接地故障常用的故
障定位方法有 [ 3-5 ] : ① 行波法和阻抗法; ② 人工注
入信号法; ③ 矩阵算法和遗传算法; ④ 基于暂态零
序相关系数法。但是这些方法都有各自的缺点,
无法准确实现故障的定位。
传统配网通过建设全面的数据采集、 可靠通
信和高性能信息处理的智能结构已发生了巨大的
改变 [ 6 ] , 再利用 5G 技术传输线路两侧电气量信

息, 可以有效降低基建成本, 实现纵联差动保护。
本文研究在 5G 通信方式的基础上, 通过判
定 3 次及 5 次谐波电流实现快速差动保护的可行 图 1 配网经消弧线圈接地系统接线原理图
性, 利用仿真分析架空线路、 电缆线路以及在线路 压, 配网多采用过补偿的方式, 一般过补偿度为
首端或者末端, 过渡电阻影响下差动保护可以有 5%~10% 。在系统实际运行中, 由于对地电容电
效减小故障范围扩大, 满足供电可靠性要求, 提升 流随外界环境的变化而变化, 因此多将上级变压
配电网继电保护水平。 器容量的 20% 作为计算消弧线圈的标准 [ 7 ] 。
过补偿理论计算公式:
1 纵联差动保护基本原理
I L -I C ∑
K p = ×100% ( 1 )
纵联差动保护通常基于功率方向、 电流幅值 I C ∑
和相位比较来区分区内或区外故障, 可以根据不 式中 I L ———补 偿 的 电 感 电 流; K p ———过 补 偿
同的信息传输通道, 采用不同的信息传输技术。 度; I C∑ ———全系统对地电容电流之和。
在输电线路中通常应 用闭锁式功率方向差动保 1.1 相电流差动保护基本原理
护, 传输数据相对电流保护较少, 需要的通道带宽 相电流差动保护基本原理建立在基尔霍夫电
小。与输电网中性点直接接地不同, 配网系统通常 流定理的基础上, 外部故障或者正常运行时, 流过
采用中性点经消弧线圈接地运行, 发生单相接地故 线路两侧的电流之和等于零。中性点经消弧线圈
接地系统发生单相接地故障时, 由于不构成短路
障时无法直接应用该原理实现纵联差动保护。
传统电流保护由于配网线路分段过多, 使线 回路,接地短路电流比负荷电流小 [ 8 ] 。由于线路
路保护时限难以有效配合, 不利于满足选择性要 末端变压器通常采用 Y 接地方式, 发生单相接地
求。国网浙江嘉兴分公司研究了 5G 通信下差动 故障后如果输电线不断, 负荷电流依旧存在, 线路
保护的应用, 在不增加断路器、 利用现有线路分段 末端电流幅值在相位故障前后未发生变化, 故障
相流过两侧电流之和为故障点电流, 中性点经消
结构的情况下, 在多段重点线路两侧装设基于 5G
通信网进行信息传输的差动保护, 与电流三段保 弧线圈接地系统即使采用过补偿方式, 也会由于
护相配合, 不仅实现了故障选线, 而且可以在双重 过补偿度不大, 使得故障点稳态电流很小, 很难识
化原则下只切除故障线路故障段, 避免故障范围 别是否区内发生故障 [ 9 ] 。
扩大, 减少停电时间。配网经消弧线圈接地系统 差动保护整定公式:
接线原理图如图 1 所示。 I set = K er K st K n p I kmax ( 2 )
在图 1 中, 当中性点不接地系统发生单相接 式中 K er ———误差系数, 取 0.1 ; K st ———同型系
地故障时, 可能会产生电弧, 使非故障相电压进一 数, 取 0.5 ; K n p ———非 周 期 分 量 系 数, 取 1.5~
步升高, 从而使设备绝缘破坏, 发生永久性故障而 2.0 ; I kmax ———外部故障时最大通过短路电流。
降低供电可靠性。为了减小故障电流, 通常在变 1.2 零序电流纵联差动保护基本原理
压器中性点安装一个大电感( 产生的感性电流与 零序电流差动保护基本原理与故障相电流差
容性电流相抵消)。为了避免中性点产生谐振过 动保护相似, 区别在于采用两侧零序电流之和作