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摘要： 我国3～60kV电力系统广泛采用中性点不接地及中性点经消弧线圈接地等小电流接地方式。小电流接地系统单相接地故障选线与定位是一个工程难题，多年来未得到很好的解决。本文针对这一问题，利用单相接地后的负序电流实现了选线和定位。单相接地后负序电流较零序电流特征明显，本文提出用微分法和积分法移相提取负序电流，并比较不同的负序电流提取方法的优缺点，利用积分移相提取效果良好。通过计算各FTU处负序电流的相关性，实现故障区段定位。通过MATLAB仿真及动模实验验证了算法的有效性。
关键词：单相接地 负序电流 故障选线
1 引言
目前的选线装置多基于故障后的零序分量[1-2]，然而基于零序分量的方法存在误选[3-4]的情况。基于负序电流的选线方法可以弥补这一不足，这主要是因为负序电流的分布和零序电流的分布有明显的差异，本文选择负序电流作为故障特征量，分析单相接地后负序电流的特点，并阐明故障区段定位的原理，具有比采用零序电流选线的巨大优势。
2单相接地时负序电流的分布
小电流接地系统单相接地故障负序等效电流如图1所示。
图中 为系统负序阻抗； 为正常线路i的负序阻抗； 为母线到故障点间故障线路k的负序阻抗； 为故障线路其它部分的负序阻抗； 为线路i负载的负序阻抗； 为线路k负载的负序阻抗。
图1 单相接地故障负序电流分布
在配电网中，系统高压侧负序阻抗折算到低压侧的值很小。因配网绝大部分为辐射网络，每条馈线的负荷不大，负荷阻抗却较大，是系统负序阻抗的近百倍，负序网络中系统的等值负序阻抗 很小，一般为1Ω左右。负荷的等值负序阻抗 变化很大，但一般为几百欧或上千欧。因此
（1）
另外，因馈线一般较短，负荷的负序阻抗却较大，负荷的负序阻抗远大于馈线的负序阻抗
（2）
因此
（3）
即故障点产生的负序电流大部分由故障点经故障线路流向电源，非故障线路负序电流很小[24-27]。
由图1可知，故障线路负序电流等于流向电源的负序电流和流向非故障线路的负序电流之和，即故障线路负序电流幅值最大，并且故障线路负序电流和非故障线路负序电流相位差大于90°。
3 仿真验证
用MATLAB中的PSB工具箱建立仿真模型，线路模型采用Three-Phase PI Section Line模型，母线引出5条出线，电源电压为10.5kV，取每条线路长度不全相同，其中 =18km， =20km， =10km， =16km， =6km。线路参数为：正序电阻=0.01273Ω/km，正序电感= H/km，正序电容= F/km，零序电阻=0.3864Ω/km，零序电感= H/km，零序电容= F/km。系统阻抗0.3+j0.955Ω。采样率为12.8kHz，即每周波256个点。各线路负荷均为 。
线路1末端A相金属性短路时各线路和电源侧负序电流的计算结果见表1。
表1 电源侧和各线路负序电流
I21 I22 I23 I24 I25 I2s
各支路
负序电流（A） 实部虚部 0.65147
+j1.1953 0.005417
-j0.021356 0.0065026
-j0.0217724 0.0072548
-j0.021404 0.0051008
-j0.021935 -0.67575
-j1.1089
幅值相角 1.3613
∠61.409° 0.022033
∠-75.767° 0.022724
∠-73.372° 0.0226
∠-71.276° 0.022521
∠-76.909° 1.2985
∠-121.36°
表1中，I21到I25表示线路1到线路5的负序电流，I2s表示母线流向电源的负序电流。由仿真结果可见，故障线路负序电流较大，非故障线路负序电流基本为零。故障线路负序电流流向与非故障线路负序电流流向相反，相位相差大于90°。所有支路及电源的负序电流相量和为0，即负序电流由故障线路流向电源和非故障线路。利用负序电流幅值和相位上的特征可以实现单相接地故障选线。
4 结论
故障后的负序电流故障特征明显，故障线路负序电流较大，非故障线路负序电流基本为零。负序电流提取只需测量三个相电流，便于在FTU和开关柜中实现，十分适合应用于配电自动化系统以实现配电网的选线和定位。相对利用零序电流的选线方法有较大的优势。并通过仿真验证了负序电流的分布规律。
本文分析了配电网单相接地故障区段定位的原理与方法。负序电流在故障点到母线间的FTU处其幅值较大，在故障线路其他位置的FTU处幅值较小，并且故障点两侧负序电流相位相差大于90°。利用相关系数计算的方法可以区分故障区段和非故障区段，实现配电网单相接地区段定位的目的。
5 参考文献
[1] 孙波. 基于暂态信息的配电网单相接地故障定位技术研究[D]. 济南： 山东大学， 2009
[2] 孙霞. 配电网单相接地故障选线方法的研究[D]. 淮南： 安徽理工大学， 2007
[3] 牟龙华， 孟庆海. 供配电安全技术[M]. 北京： 机械工业出版社， 2003
[4] 车伟. 基于小波分析的小電流接地系统单相接地故障定位研究[D]. 南京： 河海大学， 2003
关键词：单相接地 负序电流 故障选线
1 引言
目前的选线装置多基于故障后的零序分量[1-2]，然而基于零序分量的方法存在误选[3-4]的情况。基于负序电流的选线方法可以弥补这一不足，这主要是因为负序电流的分布和零序电流的分布有明显的差异，本文选择负序电流作为故障特征量，分析单相接地后负序电流的特点，并阐明故障区段定位的原理，具有比采用零序电流选线的巨大优势。
2单相接地时负序电流的分布
小电流接地系统单相接地故障负序等效电流如图1所示。
图中 为系统负序阻抗； 为正常线路i的负序阻抗； 为母线到故障点间故障线路k的负序阻抗； 为故障线路其它部分的负序阻抗； 为线路i负载的负序阻抗； 为线路k负载的负序阻抗。
图1 单相接地故障负序电流分布
在配电网中，系统高压侧负序阻抗折算到低压侧的值很小。因配网绝大部分为辐射网络，每条馈线的负荷不大，负荷阻抗却较大，是系统负序阻抗的近百倍，负序网络中系统的等值负序阻抗 很小，一般为1Ω左右。负荷的等值负序阻抗 变化很大，但一般为几百欧或上千欧。因此
（1）
另外，因馈线一般较短，负荷的负序阻抗却较大，负荷的负序阻抗远大于馈线的负序阻抗
（2）
因此
（3）
即故障点产生的负序电流大部分由故障点经故障线路流向电源，非故障线路负序电流很小[24-27]。
由图1可知，故障线路负序电流等于流向电源的负序电流和流向非故障线路的负序电流之和，即故障线路负序电流幅值最大，并且故障线路负序电流和非故障线路负序电流相位差大于90°。
3 仿真验证
用MATLAB中的PSB工具箱建立仿真模型，线路模型采用Three-Phase PI Section Line模型，母线引出5条出线，电源电压为10.5kV，取每条线路长度不全相同，其中 =18km， =20km， =10km， =16km， =6km。线路参数为：正序电阻=0.01273Ω/km，正序电感= H/km，正序电容= F/km，零序电阻=0.3864Ω/km，零序电感= H/km，零序电容= F/km。系统阻抗0.3+j0.955Ω。采样率为12.8kHz，即每周波256个点。各线路负荷均为 。
线路1末端A相金属性短路时各线路和电源侧负序电流的计算结果见表1。
表1 电源侧和各线路负序电流
I21 I22 I23 I24 I25 I2s
各支路
负序电流（A） 实部虚部 0.65147
+j1.1953 0.005417
-j0.021356 0.0065026
-j0.0217724 0.0072548
-j0.021404 0.0051008
-j0.021935 -0.67575
-j1.1089
幅值相角 1.3613
∠61.409° 0.022033
∠-75.767° 0.022724
∠-73.372° 0.0226
∠-71.276° 0.022521
∠-76.909° 1.2985
∠-121.36°
表1中，I21到I25表示线路1到线路5的负序电流，I2s表示母线流向电源的负序电流。由仿真结果可见，故障线路负序电流较大，非故障线路负序电流基本为零。故障线路负序电流流向与非故障线路负序电流流向相反，相位相差大于90°。所有支路及电源的负序电流相量和为0，即负序电流由故障线路流向电源和非故障线路。利用负序电流幅值和相位上的特征可以实现单相接地故障选线。
4 结论
故障后的负序电流故障特征明显，故障线路负序电流较大，非故障线路负序电流基本为零。负序电流提取只需测量三个相电流，便于在FTU和开关柜中实现，十分适合应用于配电自动化系统以实现配电网的选线和定位。相对利用零序电流的选线方法有较大的优势。并通过仿真验证了负序电流的分布规律。
本文分析了配电网单相接地故障区段定位的原理与方法。负序电流在故障点到母线间的FTU处其幅值较大，在故障线路其他位置的FTU处幅值较小，并且故障点两侧负序电流相位相差大于90°。利用相关系数计算的方法可以区分故障区段和非故障区段，实现配电网单相接地区段定位的目的。
5 参考文献
[1] 孙波. 基于暂态信息的配电网单相接地故障定位技术研究[D]. 济南： 山东大学， 2009
[2] 孙霞. 配电网单相接地故障选线方法的研究[D]. 淮南： 安徽理工大学， 2007
[3] 牟龙华， 孟庆海. 供配电安全技术[M]. 北京： 机械工业出版社， 2003
[4] 车伟. 基于小波分析的小電流接地系统单相接地故障定位研究[D]. 南京： 河海大学， 2003