基于配网零序保护改进研究与应用

李正哲

李正哲

（国网河北省电力公司电力科学研究院客户服务中心河北石家庄050000）

摘要：本文提出了利用负序电压判据作为配电网单相断线故障的判断及定值整定方法，较好的地解决以往保护很难反应配网断线故障的缺陷。

关键词：配电网；断线故障；整定

1引言

配网线路只配有相间以及零序过流保护，并不能很好的反应线路断线造成用户用电设备烧毁的事故，调度部门只能根据用户的反映发现故障，这对于用户的设备安全运行将造成很大的威胁。本文提出了利用负序电压判据作为配电网单相断线故障的判断及定值整定方法，以期指导实际工作。

2典型单相断线故障分量的分析

对于典型系统线路断线故障如图1所示：

图3架空线断线故障一次系统图

10kV侧经Z型变小电阻接地，参数如下：

主变容量：50MVA

主变阻抗：XI*=2.13，XII*=1.5

接地变阻抗：正序阻抗XZ1*=85.2，零序阻抗XZ0*=81.18

接地电阻：3R0*=272.113

大方式下系统电抗：0.6443

架空线路设为20km，电气参数如表1所示：

表1架空线路电气参数

电气参数电阻（Ω/km）电感（mH/km）电容（μF/km）

正序0.451.29.49e-3

零序0.64.155.2e-3

电缆线路设为10km，电气参数如表2所示：

表2电缆线路电气参数

电气参数电阻（Ω/km）电感（mH/km）电容（μF/km）

正序0.1030.2190.329

零序0.9270.9880.163

线路的断线故障情况多样，分别有线路断线、断线后电源端线路接地、断线后负荷端线路接地以及两端同时接地情况，而且随着接地电阻的不同，故障特征量也不尽相同。本文将对各种断线情况进行仿真以找出故障特征量的规律。对于断线后线路两端同时接地的情况与单相接地故障相同，本文不再赘述。

4断线故障仿真及判据的确定

4.1架空线断线的故障量分析及判据的初步确定

仿真1：对在架空线2首端发生断线的情况进行仿真（电压单位为V，电流单位为A），采集数据如表3：

表3架空线断线故障分量数据表

根据以上三种情况，对故障分量进行分析发现，对于发生断线以及断线后负荷侧接地情况，故障电流量变化很小，充其量与负荷不平衡电流大小相当，虽然在断线后电源侧接地情况线路2的电流量很大，但由于小电阻接地系统普遍配有零序过流保护，此种情况下，线路保护已经动作，因此采用电流量判据不能很好的判断断线故障。通过对比故障电压量发现，三种情况下故障线路下一级的故障电压量有非常明显的变化，最小的情况下有2700V左右的变化量。对于断线后电源侧接地情况，线路1以及负荷2的零序电压也有很大的变化量，因此不能通过零序电压作为判据对断线故障进行判断，虽然负序电压量也有增加，但是变化量在1000V以下，因此可以初步根据负序电压的变化量为判据重点进行分析。

3.2断线故障判据定值的整定

在各支路负荷不变的情况下，不同接地情况进行仿真，并对各级负序电压的变化进行分析（单位V）。仿真结果如表6所示：

表6架空线各种断线情况负序电压分量数据表

可以看出，各种断线接地情况下，下一级的负序电压最小的情况是断线后负荷侧接地时电压2700V，并且随着接地电阻的增大负序电压不断增大，对于利用负序电压为判据进行判断是有利的，电源侧接地时负序电压都在4000V以上。断线以及断线后负荷侧接地其他非故障支路的负序电压幅值很小而且没有变化。断线后电源侧接地情况，其他非故障支路负序电压随着接地电阻的增大而减小。本地区，小电阻接地系统线路零序电流定值为60A，通过仿真此时接地过度电阻的阻值在30Ω左右，也就是说当线路断线电源侧经过渡电阻接地，而线路零序过流不能可靠动作的情况下，其他非故障支路的负序电压最高为400V左右，因此通过负序电压可以明显区分故障支路与非故障支路。

通过以上数据分析发现，线路断线后负荷侧直接接地的情况下，下一级负序电压的幅值最小。因此，以此情况为研究重点，分析在不同负荷状况时负序电压的变化规律，以找出负序电压判据的下限值。

通过仿真可知，断线下一级的负序电压随着故障支路以及非故障支路负荷的增大而减小。因此可以推出，当故障支路与非故障支路都为最大的情况下，断线下一级负序电压值最小。所以根据实际负荷限制，设定非故障线路总负荷为40000kVA，故障支路负荷为800kVA，通过仿真此时的断线下一级的负序电压为1050V，除以1.3的灵敏度，等于808V，此电压即可作为线路断线故障，下一级负序电压为判据的电压定值。

3.3判据对电缆断线故障的适用性分析通过仿真发现，电缆断线下一级的负序电压大小规律与架空线路断线各种情况相同，而且由于城市配网电缆线路一般小于15km，因此电缆首端断线与尾端断线，于下一级负序电压值影响不大。因此同样设置极端情况：非故障线路总负荷40000kVA，故障线路负荷800kVA情况下，电缆断线后负荷侧直接接地情况，下一级负序电压的最低值为1070V，同样满足判据要求。