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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1726-1736,I0005页

作者：翟国亮梁栋王玮徐丙垠高海洋尚同同山东理工大学电气与电子工程学院山东省淄博市255000

TN-C-S系统在我国应用广泛,但由于固有剩余电流大,无法区分负荷投切和故障引起的剩余电流变化,漏电总保和中保无法投运,存在安全隐患。针对该问题,提出一种基于剩余电流和不平衡电流突变量之比的漏电故障保护方法。首先,分析剩余电流回... 详细信息

TN-C-S系统在我国应用广泛,但由于固有剩余电流大,无法区分负荷投切和故障引起的剩余电流变化,漏电总保和中保无法投运,存在安全隐患。针对该问题,提出一种基于剩余电流和不平衡电流突变量之比的漏电故障保护方法。首先,分析剩余电流回路,剩余电流和不平衡电流突变量之比在单相接地故障发生时刻突变,在负荷投切时不变。其次,基于中性线阻抗和接地阻抗不会发生突变的特征,计算故障电流突变量幅值,以故障电流突变量幅值越限作为故障判别依据,实现漏电故障检测。仿真及试验证明,所提方法可有效区分负荷投切和漏电故障,实现大幅值固有剩余电流下的漏电故障检测,在单支路和多支路系统中的检测灵敏度分别为70、150 mA,满足TN-C-S系统多级漏电保护的灵敏度要求。

关键词： TN-C-S系统漏电保护剩余电流不平衡电流突变向量

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TN-C-S系统漏电故障检测方法研究

TN-C-S系统漏电故障检测方法研究

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作者：翟国亮山东理工大学

学位级别：硕士

低压配电网漏电故障检测技术,在防止电气火灾以及接地故障引起的人身伤害方面发挥了重要作用。传统漏电故障检测方法仅以剩余电流为特征量,根据剩余电流的幅值或相位判断是否发生漏电故障,在TT、TN-S系统中效果显著,但不适用于城市广泛... 详细信息

低压配电网漏电故障检测技术,在防止电气火灾以及接地故障引起的人身伤害方面发挥了重要作用。传统漏电故障检测方法仅以剩余电流为特征量,根据剩余电流的幅值或相位判断是否发生漏电故障,在TT、TN-S系统中效果显著,但不适用于城市广泛采用的TN-C-S系统。为防止断零故障引起人身触电,TN-C-S系统除变压器中性点接地外,用户侧PEN线上还设有至少一处重复接地点,使部分三相不平衡电流通过重复接地点返回中性点并体现为剩余电流,数值可达几安培,远超国家标准规定的500m A漏电保护动作定值。传统漏电故障检测方法无法区分负荷投切和单相接地故障造成的剩余电流变化,使得故障检测阈值下限高于保护动作灵敏度要求上限,以较低动作阈值保证灵敏性则保护误动率高,以高动作阈值保证可靠性则保护灵敏度不满足要求,因此大量TN-C-S系统的总保和中保无法投入运行,重复接地点前线路漏电保护缺位,存在因单相接地故障引起的人身间接触电和电气火灾隐患。本文针对TN-C-S系统总保和中保难以投运的问题,研究适用于TN-C-S系统的漏电故障检测方法,主要研究内容如下:(1)TN-C-S系统单相接地故障建模及分析。根据分支情况和重复接地点数量,对TN-C-S系统进行梳理,将TN-C-S系统分为单支路单点重复接地系统、单支路多点重复接地系统和多支路多点重复接地系统。从单支路单点重复接地系统入手,建立了TN-C-S单支路单点重复接地系统接地故障简化等效电路;通过分析单支路多点重复接地系统和多支路多点重复接地系统参数,对单支路单点重复接地系统等效电路模型进行修正,构建了TN-C-S系统单相接地故障等效电路。基于等效电路,分析了故障电流变化量、剩余电流突变量、不平衡电流突变量与N线阻抗、总接地阻抗的量化关系,分析得出漏电总保、中保无法投运的原因。(2)提出双突变向量电流分离漏电故障检测方法。基于剩余电流、不平衡电流测量,利用电流突变向量计算N线阻抗与系统总接地阻抗之比,进而计算由负荷投切产生的不平衡电流引入的剩余电流,实现故障电流的分离。以分离的故障电流幅值越限作为故障判据,不受负荷投切导致的剩余电流变化的影响,可在保证可靠性的前提下,降低保护动作阈值,提高检测灵敏度。(3)仿真及试验验证。基于MATLAB/Simulink软件搭建了TN-C-S系统单支路单点接地、多点接地以及多支路系统仿真模型,其中多支路系统中按支路总接地阻抗差异分为两种情况。仿真结果表明,所提方法在单支路和多支路系统中能分别有效检测30m A和150m A的单相接地故障,满足中保和总保的灵敏度要求。在实验室封闭试验系统及实际运行系统中进行了接地故障试验,结果表明,传统的检测方法对单相接地故障的检测成功率不足1%,本文所提方法耐过渡电阻能力达到3.3kΩ,对70m A的单相接地故障无误动检出率达100%,进一步验证了所提方法的可行性。

关键词：低压配电网 TN-C-S系统漏电保护剩余电流不平衡电流突变向量

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