小电流接地系统单相接地故障畸变量分析[1]

关永刚1，赵玉林1，梁秋艳2，韩如坤3

（1．东北农业大学工程学院，哈尔滨150030；2．佳木斯大学，黑龙江佳木斯154007；3．烟台汽车工程职业学院，山东烟台265500）摘要：小电流接地系统采用行波法进行单相接地故障定位，具有准确度高、不受接地电阻影响的优点，但定位可靠性与检测量有关。利用

MATLAB 的仿真工具箱对单相接地故障进行仿真试验，结果表明：采用电流行波畸变量作为单相接地故障判据，比电压行波具有更高的敏感性。

关键词：农业工程；单相接地故障；小电流接地；MATLAB 仿真中图分类号：TM726

文献标识码：A

文章编号：1674-1161(2010)06-0061-03

我国高、中压配电网普遍采用小电流接地方式，单相接地是最常见的故障，不仅影响设备正常供电，甚至会引起相间短路而扩大事故［1］。准确、可靠的故障定位能降低因停电造成的经济损失［2］

。

目前输电线路故障定位法按其工作原理可以分为阻抗法、故障分析法和行波法［3］。阻抗法受故障点过渡电阻的影响，误差较大［4］。而行波定位法是根据故障行波特征来实现故障定位的，它不受对侧系统过渡电阻、系统运行方式等因素影响，定位精度高［5］。本

研究利用MATLAB ／SimPower 工具箱对单相接地时电压、电流波形进行仿真，进而分析行波法故障定位的有效性。

1经消弧线圈接地系统模型

某35kV 中性点经消弧线圈接地输电网络各相

分别引出3条相同的一级出线，假设A 相发生单相接地故障，故障点与母线间的距离为L dn 。模型电路如图1所示，选用ode15s 算法进行仿真。

收稿日期：2010－02－03

作者简介：关永刚（1983—），男，硕士，从事地方电力系统自动化技术方面的研究。

项

目

正序参数

零序参数

电阻／Ω0．450．74电感／H 1．2×10－35．48×10－3电容／F

12．74×10－9

7．75×10－9

表1

线路参数

Table 1

Parameters of electric line

图1系统模型

Figure 1System model

2不同条件单相接地故障的仿真

小电流接地系统发生单相接地具有随机性，而这

种随机性对故障相和非故障相的电压和电流波形都

第6期总第192期

No．6Total No．192

2010年6月

Jun．2010

农业科技与装备

Agricultural Science＆Technology and Equipment

有影响。下面对这几种情况分别进行仿真。

2．1

故障距离对电压、电流的影响

以线路L 1的A 相为研究对象，单相接地的位置

分别为L d 12＝30km ，L d 13＝10km ，L d 15＝2km 处，接地阻抗为R f ＝100Ω，故障发生时间随机为0．016s ，切除时刻为0．06s 。发生单相接地故障时线路电压、电流波形如图2所示。

由图2可知故障距离对母线电压、电流的稳态分量几乎没有影响，但对暂态分量有较大影响。在故障时刻其他参数不变时，不同的故障距离上线路电压、电流值基本相同。

1）故障距离越短，故障相电流瞬间波动越大，且

持续时间越短，波动越容易被行波定位装置检测，因而定位越可靠。

2）暂态时刻故障相电流与非故障相电流极性相

反。故障距离越小，故障相电流暂态量大于非故障相越明显。

3）不同故障距离上的线路电压值基本重合，说

明故障距离对电压影响不大。

2．2故障相电压相角对电压、电流的影响

以线路L 2中A 相为研究对象，发生单相接地的

位置为50km 处，接地阻抗为R f ＝100Ω，故障发生时间分别在A 相电压相角为第2个工频周期90°、

180°、270°时，即对应的故障时刻为正向峰值、过零

点、负向峰值。

由图3可知，故障时刻对故障特征量的幅值、相位影响明显。

1）接地在故障电压正、负向峰值附近时刻发生

，

图2

不同距离各相故障波形

Figure 2Various fault waves of different distance

30km 处波形

10km 处波形

2km

处波形

故障相角270°时波形图3

不同相角处各相故障波形

Figure 3

Various fault waves of different phase

angel

故障相角90°

时波形

故障相角180°

时波形

农业科技与装备

2010年6月

62

Analysis on the Aberration of Small Current Grounding System Single －phase

Ground Fault

GUAN Yonggang 1，ZHAO Yulin 1，LIANG Qiuyan 2，HAN Rukun 3

（1．Engineering College ，Northeast Agricultural University ，Harbin 150030，China ；2．Jiamusi University ，Jiamusi Heilongjiang

154007，China ；3．Yantai Vocational College of Automotive Engineering ，Yantai Shandong 265500，China ）

Abstract:The small current grounding system traveling wave method ，using single－phase ground fault location ，enjoys high accuracy ，without affecting the advantages of grounding resistance．However ，the reliability of positioning has something to do with the testing

amount．A simulation experiment was conducted on the single－phase ground fault using MATLAB simulation toolbox．The experiment re-sults show that adopting the distortion amount of current traveling waves as a criterion to determine single－phase ground fault is much accurate than using the voltage traveling wave．

Key words:agricultural engineering ；single phase grounding fault ；small current neutral grounding ；MATLAB simulation

故障相电流暂态值明显大于非故障相，在母线处能够轻松捕捉到故障波头。故障相电流相位与非故障相相差180°。用行波法定位在此处最灵敏。

2）接地发生在故障相电压过零点附近时刻，电

压、电流发生跃变的幅度较小，暂态时间短，此时行波法无法有效故障定位。

2．3过渡阻抗对电压、电流的影响

以线路L 3中A 相为研究对象，发生单相接地的

位置为50km ，故障时间随机为0．016s ，切除时刻为

0．06s 。接地阻抗分别为R f ＝0Ω、20Ω、100Ω时电

压、电流仿真波形如图4所示。

由图4可知，在距离相同的故障线路中，过渡电

图4

不同过度阻抗时各相故障波形

Figure 4Various fault waves of different excessive resistance

R f ＝100Ω

参考文献

［1］姜晟，舒乃秋，胡芳，等．基于小波变换的含噪声行波信号奇异点检测［J ］．电网技术，2004，28（10）：59－62．［2］潘泉，张磊，孟晋丽，等．小波滤波方法及其应用［M ］．北京：清华大学出版社，2005．

［3］徐丙垠，李京，陈平，等．现代行波测距技术及其应用［J ］．电力系统自动化，2001，25（23）：15．［4］郝治国，徐靖东，尤敏．小电流接地系统单相故障定位方法综述［J ］．陕西电力，2008，36（8）：1－5．［5］董新洲，葛耀中．小波变换在行波故障检测中的应用［J ］．继电器，1998，26（5）：

1－4．

R f ＝0

Ω

R f ＝20

Ω

阻R f 影响到母线端行波信号幅值的大小。1）发生完全接地即R f ＝0Ω时，故障相的电压降

到接近零，非故障相的电压升高到线电压。发生一相不完全接地即R f ≠0Ω时，故障相的电压降低，非故障相的电压升高且大于相电压，但达不到线电压。

2）当R f 较小时电流暂态值明显大于稳态值，突变电流波形极易捕捉。过渡电阻R f 越大，故障线路到

达母线处首半波电流的冲击值越少，无法通过跃变进行有效故障定位。

3结语

对小电流接地系统中性点经消弧线圈接地方式

进行仿真，可以帮助电力系统分析应用人员形象直观地了解线路的电压、电流在发生单相故障时的变化规律。通过仿真分析得到以下结论：

1）线路故障时，所有非故障线路的零序电流方

向相同，它们与故障线路的零序电流方向相反，且故障线路的暂态零序电流的幅值较非故障线路大；母线故障时，所有线路的零序电流的极性都相同。

2）当单相接地故障发生后，故障初期的暂态电

流的幅值和频率主要由暂态电容电流所确定，其幅值同时与初始相角有关。故障定位应以故障电流作为检测信号。故障电流暂态值中含有丰富的故障信息。由仿真波形可以看出，电流行波波头具有较大的幅值，且上升速度较快，利用其进行定位比利用电压行波具有更高的灵敏度。

2010年第6期关永刚等：小电流接地系统单相接地故障畸变量分析63