1、基于录波信息的双侧电源输电线路故障接地电阻计算李 辉，宋斌 ，许捷（国电南瑞科技股份有限公司 江苏 南京 211106）摘要：针对由山火、雷 电、覆冰、 污闪等自然因素引起输电线路故障是单相或相间经过渡电阻接地这一现象，首先用对称分量法分别对单相故障接地和相间故障接地进行分析，得出两种情况下故障点接地故障电流都等于故障点的总零序电流。利用故障点接地故障 电流都等于故障点的总零序电流和从流入保护装置的零序电流中扣除本线路相对地的分布电容决定的零序电容电流，来计算故障点的总零序电流即接地故障电流。利用各序对称分量之间的电压关系是相互独立特性，首先把保 护装置的录波数据电压量计算出线路始端三序电压分
2、量，分别计 算故障点故障相的各序 电压，然后叠加成故障点处故障相实际电压，最后利用欧姆定律计算出接地电阻。关键词：双侧电源；对称分量法；接地电阻；零序电容电流Calculation of Earth Resistance of Bilateral Power Supply Transmission Line Based on Fault InformationLI Hui, SONG Bin , XU Jie (NARI Technology Development Limited Company, Nanjing 211106 China)Abstract：Due to the existe
3、nce of earth resistance caused by fire, lightning, ice, pollution flashover natural factors, single-phase grounding fault and interphase earth fault ground is analyzed with symmetrical component method, and it is concluded that in both cases failure point grounding fault current is equal to the tota
4、l zero sequence current of fault point. Using fault point grounding fault current is equal to the point of zero sequence current and deducted from flowing into protection of zero sequence current of this circuit is relatively distributed capacitance of zero sequence capacitive current decision, to c
5、alculate the fault point total of zero sequence current as grounding fault current. Using the relationship between the voltage sequence symmetrical component are mutually independent features, first of all, the protection device of voltage wave record data to calculate the line between three sequenc
6、e voltage component, each sequence voltage of fault phase are calculated respectively, and then into a actual voltage fault point, finally using ohms law to calculate the earth resistance.Keywords： bilateral power supply; method of symmetrical components; earth resistance; zero sequence Capacitive c
7、urrent0 引言电力系统输电线路大多暴露于旷野之中，周边环境复杂，引起线路跳闸的因素很多，主要包括：山火、雷电、覆冰、雾闪、树障等，而这些因素导致输电线路故障绝大多数表现为接地故障1。不同因素引起的接地故障，其接地电阻值的大小上是有差异的，计算出故障接地电阻也为分析故障起因提供了必要的依据。在现代电网保护和控制系统中，都包含有保护装置、录波装置和故障测距装置等，这也为我们为计算故障接地电阻提供了充分条件。1 双侧电源高压输电线路故障接地电阻计算基本原理计算接地电阻最直接最有效的方法就是获得故障点电压和对地故障电流，通过欧姆定律计算故障接地电阻。对于单相和相间短路接地故障，都属于不对称故障。
8、对于不对称短路故障，参考文献2，采用对称分量法来进行分析计算。双侧电源线路单相接地故障电流分析计算。为简化分析计算，假设 A 相为单相故障接地相，如图 1 所示。A B C C B AM 侧 N 侧系统 电源I A NI B NI C NI B MI C MI A MI gU A MU B MU C MU A NU B NU C N图 1 双侧电源线路 A相单相接地故障根据文献电力系统暂态分析分析可知，单相 A 相接地短路故障处的电流边界条件为：0CNMBII式（1）将此式转换为用 A 相的对称分量表示，则： 0f()Nf(2)f(1)Nf(0)Mf(2)f(1) f()f()f()f()f(
9、)f() III22式（2）= ej120 ，下同。推算得：f(0)Nf()Mf(2)Nf()Mf(1)Nf()MIIII 式（3）故障 A 相接地短路电流为： )I(3 IIIf(0Nf)Mf(0)Nf(2)f(1)Nf()f(2)f(1)Ng式（4）双侧电源线路两相接地故障电流分析计算。为简化分析计算，假设 BC 相为相间故障接地相，如图 2 所示。A B C C B AM 侧 N 侧系统 电源I A NI B NI C NI B MI C MI A MI gU A MU B MU C MU A NU B NU C N图 2 双侧电源线路 BC两相接地故障根据文献电力系统暂态分析分析可知，
10、BC两相接地短路故障处的电流边界条件为：0IIANM式（5）将此式转换为用 A 相的对称分量表示，则：0III f()Nf(2)f(1)Nf(0)Mf(2)f(1)式（6）将 B、C 两故障相电流转换为用 A 相的对称分量表示： f(0)Nf(2)f(1)Nf(0)Mf(2)f(1)MCN f()f()f()f()f()f()B IIIII 22式（7）两相接地故障短路电流为：式（8）)II(3)I( IIIIII IIII IIf(0Nf0)Mf(0Nf)M2 f(0)Nf(2)f(1)f()f(2)f(1) f()f()f()Nf(0)f()f()2 f(0)Nf(2)f(1)f()Mf(
11、2)f(1)M f()f()Nf()N2f(0)f()f()2CBg 由式（4）和式（8）分析计算可知，无论是单相接地故障或是两相接地故障，其故障点接地故障电流都等于故障点的总零序电流。这也说明了在 110kv 及以上电压系统的变压器中性点直接接地，零序电流是单相和两相短路接地故障最明显的特征3。由于线路之间存在互感与相间电容以及线路对地电容，直接利用保护装置处电气量计算接地故障电流，不仅计算量大，而且误差也大。由于线路零序电流不受相间电容的影响，线路零序电容就是相对地电容，可知故障点的总零序电流是由线路相对地的分布电容和中性点接地的变压器产生的零序电流共同产生的。采取从流入保护装置的零序电流
12、中扣除本线路相对地的分布电容决定的零序电容电流的方法，来计算故障点的总零序电流即接地故障电流来计算克服了上述困难。由于保护装置设在线路始端，在分析零序电流时可以将线路的分布电容用集中电容代替4，零序电容电流可以通过母线零序电压计算出来。利用对称分量法可计算短路故障点电压。在三相结构对称、参数相同的电力系统发生不对称短路时，短路处的三相电压将是不对称的，运用对称分量法，在故障处将一组不对称电压向量分解为三组对称的电压分量，且可以证明各序对称分量之间的电压关系是相互独立的，其三序电压平衡方程为：L(0)M()(0)f(0) 222L(1)()(1)f(1) ZIUI式（9）这样就可以对故障点电压的
13、正序、负序和零序分量分别计算，在叠加起来，计算得到故障处三相不对称的电压相量，即故障处电压5。2 基于故障录波数据的接地电阻计算过程本文采用 220kv 双侧电源 A 相单相高阻接地故障为例（两相接地故障与此计算过程类似） ，利用故障录波报告信息和故障向量分析方法，来阐明接地电阻的计算过程。系统等效电路图如图 3 所示。M 侧UM AN 侧3 UN A 03 IN A 0R gUM BUM CIM AIM BIM CUM A 1UM A 23 UM A 0相电压 ：序分量电压 ：相电流 ：IM A 1IM A 23 IM A 0序分量电流 ：UK M AUK M BUK M C故障点相电压 ：
14、UK M A 1UK M A 23 UK M A 0故障点序分量电压 ：电容电流 IM 0 C电容电流 IN 0 C3 I0 g故障点到 M 侧母线的距离 ： LM LNZM L 1ZM L 2ZM L 0图 3 系统等效电路故障发生后，通过电网故障录波器联网系统读取线路两侧变电站端 M、N 的故障录波数据。根据录波文件，以故障电流消失为基准，向前推一个周波，作为录波数据的计算点，采用付氏计算，计算出各向量，M 侧母线电压： UMA、 UMB、U MC ；N 侧母线电压：U NA、U NB、U NC ；M 侧线路电流：I MA、I MB、I MC ；N 侧线路电流：INA、I NB、I NC
15、；每公里正序阻抗：Z L1 ；每公里负序阻抗：Z L2 ；每公里零序阻抗：Z L0 ；每公里零序分布容抗：Z C0 ；M 侧母线距离故障点的距离：L M 公里 ；N 侧母线距离故障点的距离：L N 公里。注意：故障点数据必须精确，最好通过故障杆塔号推算获得，否则将严重影响计算精度。故障点 A 相电压计算过程：首先根据 M 侧母线电压： UMA、U MB、U MC ，计算 M 侧序电压：MCBAM022CBA1U3U3)(式（10）同样办法可计算获得 N侧零序电压 。NA03M 侧正、负、零序阻抗 ZML1Z L1LM 、Z ML2 ZL2LM 、Z ML0Z L0LM 故障点电压序分量计算3)
16、ZI3U(IML010L2211式（11）故障点 A 相电压计算021UU式（12）利用故障点的总零序电流作为接地故障电流来计算接地故障电流。根据上述分析，采取从流入保护装置的零序电流中扣除本线路相对地的分布电容决定的零序电容电流来计算故障点的总零序电流。首先根据 M 侧线路电流：IMA、I MB、I MC ，计算 M 侧零序电流：CBA0III3式（13）同样办法可计算获得 N侧零序电压 、NA03U零序电流 。A03I参考文献6计算 M 侧零序电容电流IM0C 。由于保护装置设在线路始端，在分析零序电流时可以将线路的分布电容用集中电容代替。零序电容电流可以通过母线零序电压计算出来，每公里线
17、路 M 侧零序电压的变化值为： L0A0Z3IU以每公里为一段，进行计算 M 侧零序电容电流 IM0C 为：C0M0MA00C Z21)(L3ULI 式（14）同样办法可计算获得 N 侧零序电容电流IN0C 为：C0N0NA0N0C Z21)(L3ULI 式（15）接地电阻计算接地电阻中的电流N0CMNA0M00g3III式（16）接地电阻 Rg 为：0gKMAI3U式（17）3 基于故障录波数据的接地电阻计算的实现基于故障录波信息的双侧电源高压输电线路故障接地电阻计算方法应用到南方电网故障综合分析系统。南方电网故障综合分析系统一项重点工作是实现多系统数据综合利用，涉及的系统主要有水情系统、雷
18、电 GIS 系统、保信系统、通信资源管理系统、DMIS 系统、EMS 系统。系统间通信规约遵守南网 OSB 接口规范。接口采用南瑞信通公司 PX2005 数据交换平台实现。数据发布通过 DMIS 数据发布平台实现。故障影响范围信息在全景图行展示平台上进行展示。保信系统在故障时会搜集保护装置的保护动作信息和故障录波器的录波等信息，通过网络实时传送到主站端。主站端故障综合分析系统利用保信系统的动作信息和录波文件数据，确定故障相和故障时间，找出对应故障时刻的线路两端录波文件，提取两端保护装置处电压电流录波数据，同时根据线路名称调用线路“继电保护在线实时系统”提供的线路参数和故障位置，完成接地电阻计算
19、。在实现故障接地点计算时，没有使用保护背后的系统参数，提高了效率。4 结语高压输电线路接地故障的接地电阻，其产生的原因较多，导致数值差异较大，同时分析手段匮乏，缺少获得准确数据的方法，但其本身对各种保护原理的判别均有影响。本文提出的基于故障录波信息的双侧电源高压输电线路故障接地电阻计算方法，为精确计算输电线路接地电阻，分析分析后得出系统故障产生的原因，了解各种自然灾害对故障产生机理提供科学的数据支撑。同时通过南方电网故障综合分析系统实现基于故障录波信息的双侧电源高压输电线路故障接地电阻的计算，使调度运行人员能够根据故障实际情况快速进行事故处理，快速安排检修，快速恢复供电，是提高系统稳定运行水平
20、的重要方面；并且通过该系统能够对接地电阻做初步的统计，为今后的分析、考核建立基础。参考文献1 尤飞。木垛火导致高压输电线路跳闸的模拟实验研究。中国电机工程学报，2011，31（34）：192-196。You FeiExperimental Study on Flashover of High-voltage Transmission Lines Induced by Wood Crib FireProceedings of the CSEE，2013，31(34) ：92-97 (in Chinese)2 李光琦。电力系统暂态分析（第二版） 。西安交通大学：中国电力出版社，1993。Li Gu
21、angQi. Power system transient analysis. Xi an jiaotong university : J China electric power press,1993.3 朱声石。高压电网继电保护原理与技术(M)。第三版。北京：中国电力出版社，2005，120-122。Zhu Shengshi. Relay protection theory and technology M. Beijing: China Electric Power Press. 2005. 120-122(in Chinese).4 黄晖，钟建伟。超高压输电线路考虑分布电容时阻抗测距算
22、法的实现(J)。湖北民族学院学报（自然科学版） ，2004，22（1）：36-38。Huang Hui, Zhong Jianwei. Realization of Fault Location Algorithm about EHV Transmission Lines When Distribution Capacity is Considered(J). Journal of Hubei Institute for Nationalities(Natural Science Edition),2004,22(1):36-38(in Chinese).5 赵镇、欧居勇。分析零序电流与电容电
23、流(J)。四川电力技术，2007，30（3）：12-14。Zhao Zhen, Ou Juyong. The analysis of zero-sequence current and capacitive current. Sichuan Electric Power Technology, 2007, 30(3): 12-14(in Chinese).6 崔金豹。电容电流对线路差动保护影响及其补偿方法的研究(D)。河北：华北电力大学，2007。Cui Jinbao. Capacitive current impact on line differential protection and its compensation method of research(D). Hebei: North China electric power university , 2007.作者简介：李 辉（1978-），男，高 级工程师，从事电力系统自动化及继电保护的研究与开发; E-mail: li-宋 斌 （1968-），男，高级工程师 ，主要研究方向：电力系统继电保护；许 捷 （1962-），男，高级工程师，主要研究方向：电力系统继电保护；
