配电线路单相接地行波保护的原理与算法

配电线路单相接地行波保护的原理与算法

管新忠

广东电网有限责任公司梅州大埔供电局三河供电所   广东梅州    514265

摘要：电力的持续稳定供应，关系着人们的生产生活活动，是当今人类社会必不可少的一项能源，随着经济的不断发展，社会的不断进步，以及人们生活水平的不断提高，对于用电需求也在成倍的增长，而配电线路作为将电从电厂传输给千家万户的重要手段，其稳定运行非常重要，而电力线路一旦出现短路情况，后果将非常严重，轻则造成电力传输故障，影响供电，重则造成机器损坏，影响人们的日常活动。为保证配电线路的稳定，减少出现单线接地故障，在目前的电力行业中，普遍使用的方法是单相接地行波保护方案。本文将通过介绍配电线路单相接地行波保护，分析其保护原理和基本算法，希望可以为配电线路的稳定运行提供帮助。

关键词：配电线路、单相接地、故障、行波保护、原理、算法

引言

单相接地是一种常见的电力系统故障，具体指的是在三相系统中的其中一相与大地接触并出现了短路的现象。一旦出现单相接地的故障，会造成很多恶劣的影响，比如：对变电站的设备造成危害、对配电设备造成危害、对配电电网造成危害以及对事故周边的人或物造成危害，同时对于供电的可靠性也是一种挑战，严重影响了电力的传输效率。为了杜绝这类事故的发生，电力行业的工作人员做出了很多的努力，通过不断的实践活动，终于找到了解决单相接地故障的有效方法，那就是采用行波保护的原理。单相接地行波保护可以有效的减少故障给电网运行带来的危害，为配电线路的稳定运行提供基础。

一、配电线路的单相接地故障原因

我们知道单相接地故障带来的危害非常巨大，在日常电力系统运行过程中，一定要加以防范，在电力系统出现故障时，能够马上分析出故障的原因是什么，并提出解决的方案是非常重要的。而要想做到这一点，首先要对故障形成的原因有所了解，下面我们就来分析一下配电线路单相接地故障的形成原因：①导线发生折断，落在地面上或者搭在横担上；②没有在绝缘子中将导线固定好或者扎紧，导致导线掉落在地面上或者搭在横担上；③风力过大，导致导线与建筑物之间的距离过近；④变压器高压导致下线出现断裂；⑤配电变压器高压绕组单相绝缘击穿或着接到地面；⑥绝缘子被击穿；⑦树木茂密，通道不畅，导致树木与导线产生接触；⑧鸟害或者其他漂浮物也是造成单相接地故障的原因之一。除了上面提到的这八个故障产生的原因之外，单相接地故障还有其他的产生原因，这些原因都会造成配电线路短路的情况发生，因此在实际工作中，应该加强管理工作，做好故障分析，才能及时做好解决工作。

二、配电线路的单相接地行波保护

我们知道了造成单相接地故障的原因后，剩下的就是找到相应的对策来解决故障，并做到有效防止该类事故的再次发生。以目前的科技手段和技术水平，行波保护是有效解决单相接地故障的方法之一，它能够依据配电线路端初始的电流行波与母线端初始电压行波的极性关系形成判别故障方向的元件。通过工频电流和电压型号所形成的闭锁判据，来提高行波保护的可靠性，并做到对于单相接地故障和相间故障的有效区分。回看电力发展的这百年历史，单相接地故障的处理一直是一个难题，给国内外的科学家造成了极大的困扰，长期以来在发生单相接地故障时，都只能采用对地电容形成回路，虽然故障的电流不大，但却给保护造成了巨大的困难。虽然单相接地故障不需要马上切断发生故障的配电线路，能够保证电力的持续供应，但是作为一种故障存在，也是需要及时处理和修复的，要不然很容易小故障变成大问题。

能够成为配电线路单相接地保护的有效判据，是因为在出现故障的三相中的电压发生了突然变化，因此产生了暂态信号，而且故障行波不会因为系统中性点接地方式的变化而变化。以目前的技术应用来看，行波保护主要应用在了高压输电网上，用来保证输电线路在做出保护动作时速度能够有所提升，并将输电线路长线分布电容、系统低频振荡等问题一并解决。但是在实际保护过程中，还依然面临可靠性低的问题，这是单相接地行波保护顺利实施所面临的巨大挑战。

三、配电线路的单相接地行波保护的基本原理

行波保护的诸多原理中，比较简单的一个原理是极性比较式方向保护，它的构成相对简单些，而且实际应用的难度较低，很容易实现，因此关注的人也比较的多。它的基本原理非常容易理解，就是通过比较来进行判断，比较的是故障初始电流行波和电压行波的极性，判断的方式就是根据比较得出极性方向，一般有两种，一种是极性相反，那么故障的方向应该就是正方向，但是极性要是相同，那么故障的方向就是反方向。辐射状网络结构在配电线路中比较常见，下图为典型的辐射状配电网模型：

                 典型的辐射状配电网模型

通过图片我们可以看出，假如将母线的所有出线波阻抗设为一样的，我们可以发现任意一条配电线路发生单相接地故障，通过观察初始电流行波和非故障线路检测到的初始电流行波等数据，综合比较计算分析，可以知道一旦线路发生了单相接地的故障，故障行波是可以被检测到的，而且加上判断电压行波和电流行波极性是否相对，可以准确的找出配电线路保护有没有故障发生。

四、配电线路特殊情况总结

（一）提高可靠性

前面提到过，目前行波保护的可靠性没有想象中的高，所以提高可靠性成为下一步发展的方向。我们知道如果配电线路发生了单相接地的故障时，会在母线处出现非常明显的工频零序电压，而且这个电压不容易被消除，一直到故障解除后才能被消除。

（二）配电线路其他类型故障分析

行波保护原理同样适用于电网发生相间故障时，但因为在配电系统中，以往以工频电气量为基础的保护对相间故障已经能够做出很好的保护动作，所以为了避免行波保护对于传统的保护造成影响，在相间故障发生时，本保护将是闭锁状态。

（三）配电系统互感器行波传变特性分析

电磁式电压互感器和电磁式电流互感器在配电系统中被广泛的使用，通过不断的实验与实践分析，电磁式电流互感器在传变高频行波信号方面非常有效，而电磁式电压互感器对于高频信号的传变特性方面还有待进一步的验证，基于近期的实践活动可以发现电磁式电压互感器在传变故障行波时，静电感应现象比较明显，能够无延时的将电压行波极性传递出去。

结语

本文介绍了使用行波方向保护原理解决配电系统中的单相接地故障保护问题，在根据配电网的性能为系统提供保护程序，在配电网发生单相接地问题是，发生故障的原因是电流的两极性质是相反的。在设备检测之后，对波头的两极性能进行分析，形成保护的依据，这样能有效的解决遇到的单相接地故障。保证配电线路的安全稳定运行，是保障电力供应的基础，是关系民生的大事，电力企业应该不断的进行技术完善与创新，不断寻求新的突破，找到更稳定的故障处理方法，以此来保护电力系统的稳定运行，保障电力供应不会因为故障的发生而出现问题，为人们的生产生活稳定提供基础。

参考文献：

[1] 曾祥君，尹项根，张哲，等．配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理研究[J]．中国电机工程学报，2001，21(6)：85-90．

[2] 李嘉陵．在消弧线圈接地系统中利用五次谐波零序功率方向鉴别故障线路[J]．继电器，1975(2)：26-28．

[3] 张树文，李文毅，米增强，等．小电流接地系统单相接地保护原理和技术综述[J]．电力情报，1994，5(2)：1-4．

[4] 郝玉山，杨以涵，任元恒，等．小电流接地微机选线的群体比幅比相原理[J]．电力情报，1994，5(2)：15-19．

[5] 董新洲，耿中行，葛耀中，等．小波变换应用于电力系统故障信号分析初探[J]．中国电机工程学报，1997，

[6] 曾祥君，刘正谊，屈明志，等．互感器暂态行波传输特性仿真分析与实验测试[J]．长沙理工大学学报：自然科学版，2004，1(1)：71-75．