原文发表在《电力电容器与无功补偿》2024年第6期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2024.06.011
基于FTU的新型配电网单相接地故障研究
刘红政1，2，左毅1，王伦1，熊平2
(1. 国网大悟县供电公司，湖北 孝感 432800；2. 国网湖北省电力公司电力科学研究院，武汉 430015)
一 内容简介
新型配电网的10 kV线路装有大量的智能开关（FTU），当线路发生单相接地故障后，FTU可以快速监测零序电压电流电气量。分析故障线路、故障区段的零序电压电流的相位关系，与非故障线路和区段零序电压电流相位进行比较，可以快速选线和区段定位。本文针对两侧均含有FTU的故障区段进行零序网络分析，列写节点电压方程，可得出故障距离与两端零序电压电流的解析公式，该公式求出来的故障距离不受接地电阻影响，计算的故障距离较为准确。通过仿真分析，验证了新型配电网下利用零序电压电流进行单相接地故障选线、定位、测距的有效性，最后给出新型配电网单相接地故障处置流程图，可为实际单相接地故障提供参考。
二 主要内容
县域配电网电压等级低，35 kV/10 kV变压器一般采用中性点不接地的Y/Δ接线方式，10 kV/0.4 kV变压器一般采用Δ/Y11接线方式。发生单相接地故障时，10 kV母线能够检测到零序电压，但无法检测到零序电流，导致故障后的选线困难。传统选线方式是依次试拉线路，当10 kV母线零序电压消失，证明是该故障线路。理论的选线方式一般采用5次谐波法、零序功率法、暂态电流法等，这些方法均能选出故障线路，但需要投入新设备，与简单明了试拉方式相比，流程复杂，选线计算时间较长，无法应用到实际现场。
县域配电网的单相接地故障占比较高，一般会有70%，部分地区甚至会达到80%。单相接地故障的发生形式一般是耐张杆跳线与金属横担或是水泥杆短接接触、避雷器引下线短接、耐张线夹接触不良等高阻接地，不同接地点接地电阻不同，故障较为隐蔽、不易寻找。传统配电网对单相接地故障定位测距的研究，有作者零序阻抗入手，利用复杂的算法分析高频故障信息，分析高频故障特征，寻找故障位置与电气量之间的线性关系，进行故障区段定位。该方法要考虑接地电阻的影响，接地电阻的不同，可能会影响故障定位测距的准确性。有作者用行波法进行故障测距，行波法测距需要高精度测量设备和精准的时钟对时，投资较大，无法投入实际应用。
随着配电网的发展，新型配电网离我们越来越近。为了实现新型配电网的可测可遥可控可调，配电网上将会安装大量的智能开关（FTU），智能开关可实现电气量的实时观测和录波。某县域电网，110条线路，智能开关将达到650台，平均一条线路有6台智能开关。当发生单相接地故障时，可以利用FTU检测到的零序电压电流相位信息进行选线和区段定位。传统配电网单相接地故障所面临的故障选线和区段定位测距难题将迎刃而解。本文充分利用新型配电网的特点，利用两端FTU检测的零序电压电流信息进行单相接地故障选线定位和故障距离计算，此方法不依赖复杂的算法和精准的设备，不计接地电阻的影响，可快速准确测量故障位置，可以减小故障查找时间，能推广到实际应用。
1 新型配电网单相接地故障选线研究
1 新型配电网单相接地故障选线机理分析
2 仿真分析
2 新型配电网单相接地故障定位研究
2.1 新型配电网单相接地故障定位机理分析
2.2 仿真分析
3 新型配电网单相接地故障测距研究
3.1 新型配电网单相接地故障测距机理分析
3.2 新型配电网单相接地故障测距仿真分析
4 新型配电网单相接地故障处置流程图
三 结论
传统配电网单相接地故障后的选线、定区段和故障测距较为困难，考虑新型配电网的网架特点，利用智能开关检测的零序电压电流电气量信息可较为简单快速得进行选线、定区段和故障测距。以零序电压电流为切入口，分析故障选线、定区段机理，利用两端零序电压电流推导出故障测距公式。通过Matlab/Simulink仿真分析，得出故障选线判据、定区段判据的正确性；在考虑接地电阻的影响下，故障测距精度均在99%以上，验证所推导公式的准确性。最后，提出新型配电网单相接地故障处置流程图，可为实际单相接地故障提供参考。
作者简介
刘红政（1993—）男，工程师，主要从事新型电力系统运行控制工作。
左毅（1984—）男，高级工程师，主要从事配电网运行与协调控制工作。
王伦（1988—），男，高级工程师，主要从事配电网精益化生产与运行工作。
熊平（1984—），男，高级工程师，主要从事新型电力系统运行与柔性直流输电协调控制工作。
本文索引
刘红政，左毅，王伦，等. 基于FTU的新型配电网单相接地故障研究[J]. 电力电容器与无功补偿，2024，45(6)：76-82.
LIU Hongzheng，ZUO Yi，WANG Lun，et al. Research on single phase ground fault of new distribution network based on FTU[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation，2024，45(6)：76-82.
功补偿》简介
《电力电容器与无功补偿》是我国电力电容器行业唯一公开发行的科技期刊。以其技术性强、信息快、发行广，在电工行业有着广泛的知名度和影响力。2015年、2018年连续2次入编中文核心期刊。自创刊以来，先后被《中国核心期刊（遴选）数据库》、中国学术期刊综合评价数据库（CAJCED）、《中国学术期刊（光盘版）》、中国期刊全文数据库（CJFD）、知网数据库、万方数据库、重庆维普资讯数据库等收录。《中国学术期刊（光盘版）检索与评价数据规范》首届《CAJ—CD规范》执行优秀期刊奖， 2016、2017年、2018年连续三年获第四届、第五届、第六届陕西省科技期刊优秀期刊奖。2021年获西部科技期刊联盟首届“西牛奖”十佳优秀中文科技期刊奖。
《电力电容器与无功补偿》原名《电力电容器》，1980年创刊。2007年经中华人民共和国新闻出版总署批复，陕西省新闻出版局批准，更名为《电力电容器与无功补偿》。主管、主办单位为中国西电集团有限公司，双月刊，邮发代号：52-13，国际标准连续出版物号为ISSN 1674-1757，国内统一连续出版物号为CN61-1468/TM。国内外公开发行。
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