小电流接地故障解决方案 — 多频导纳接地保护

　　一、研究背景及现状

　　我国10~35 kV配电网一般采用中性点不接地方式或经消弧线圈接地方式。这种接地方式接地故障残流小，故障选线较困难。当系统发生单相接地故障时，一般依靠逐条馈线拉闸停电来判断故障线路，严重影响供电的可靠性。为了提高配电自动化水平，国内外提出了一些故障选线方法，如：零序导纳法、电流注入法、零序有功分量法、5次谐波分量法等。从目前运行情况来看，不管采用以上那种选线方法，判断故障的准确率都无法满足我国新形势下对配网自动化高可靠性的要求。传统的小电流接地故障检测方法存在以下不足：

　　在配电网中80%的故障属于单相接地故障：

　　单相接地故障类型主要分三种：

　　• 永久型接地故障

　　• 弧光/间歇性接地故障

　　• 高阻抗接地故障

　　二、ABB多频导纳技术原理

　　小电流接地系统单相接地故障，故障选线困难的主要原因：

　　• 单相接地故障基频电流小，特征不显著，尤其补偿系统不易测量

　　• 单相接地故障类型变化多，尤其间歇性和燃弧接地故障，故障电流暂态变化，不易检测，故障方向信号很难识别

　　• 运行过程中，中性点接地方式可能发生变化，接地电流特征发生变化，不易处理

　　ABB开创性地应用了矢量累加(CPS)原理，将故障特征信号“放大”，大大地提高了故障判断的准确率，故障判断准确率高达99%。

　　矢量累加技术的基本原理：

　　1)频域处理：将基频导纳和各次谐波产生的导纳进行向量累加。

　　2)时域处理：将不同时刻在多频导纳向量进行累加计算，得到更显著的方向特征向量，用于故障方向评估。

　　3)计算“稳态”零序导纳。

　　4)“稳态”零序导纳与零序电压进行乘积，得到计算的 “稳态”零序电流幅值。

　　小电流接地系统单相接地故障方向判断结果：

　　• 图示向量1：多频导纳累加向量结果处于反向故障方向，显示了故障没有发生在本条线路上(导纳表明了非故障线路绝大部分属于容性电流引起的零序电流)

　　• 图示向量2：多频导纳累加向量结果处于正向故障，显示了故障发生在本条线路上，通常这个向量特征指示了本系统属于中性点不接地

　　• 图示向量3、4：多频导纳累加向量结果处于正向故障，显示了故障发生在本条线路上，通常这个向量特征指示本系统属于中性点经消弧线圈接地

　　三、ABB多频导纳技术优势

　　在馈线自动化方案中，应用多频导纳技术具有以下主要优势：

　　• 有效地解决单相接地故障，接地故障准确率99%

　　• 提高供电可靠性

　　• 保证故障线路准确动作，非故障线路可靠不动作

　　• 受过渡电阻影响小

　　• 适用于各种中性点接地方式的电网及各种接地故障

　　• 节省每条馈线的选线装置，在节约成本的同时，可以减少系统故障点

　　四、ABB多频导纳技术应用

　　多频导纳技术可以与多种智能馈线自动化方案融合，实现单相接地故障的准确检测、隔离和恢复功能。

　　• 集中式自动化方案

　　• 智能分布式自动化方案

　　• 双电源自动切换方案

　　• 电压时间型方案

　　• 电流计数型方案

　　• 用户分界开关方案

　　多频导纳算法植入ABB微机保护REF615中，它是由芬兰 ABB工厂研发和制造，同时具备电压/频率保护，可选的电能质量监测、故障测距、分布式能源互联保护，以及断路器状态监视等多种功能。

　　五、用户分界开关融合多频导纳技术方案硬件设备组成

　　用户分界开关在配电网络中应用最广泛，分界开关可以分为分界断路器和分界负荷开关两大类，主要针对配电网分支线路或用户线路，通常安装在线路的分界处，实现分支线路或用户界内出现故障时的快速隔离功能。

　　方案如下图所示：

　　主要硬件配置：