GB∕T 41135.2-2021 故障路徑指示用電流和電壓傳感器或探測器 第2部分：系統(tǒng)應用

?ICS29.180CCSK41

中華人民共和國國家標準

GB/T41135.2—2021

故障路徑指示用電流和電壓傳感器或

探測器第2部分：系統(tǒng)應用

Currentandvoltagesensorsordetectors,tobeusedforfaultpassage

indicationpurposes—Part2:Systemaspects

(IEC62689-2:2016,MOD)

2021-12-31發(fā)布

2022-07-01實施

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GB/T41135.2—2021

目次

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弓IW w

1翻 1

2規(guī)范性引用文件 1

3術語和定義 1

4根據(jù)電網(wǎng)運行方式和故障類型進行故障探測的FPI/DSU選型要求 2

5基于電網(wǎng)和故障類型的故障探測原理 6

附錄A（資料性）環(huán)網(wǎng)中FPI或DSU的故障探測示例 30

附錄B（資料性）FPI/DSU與中壓饋線繼電保護之間的故障探測配合技術的示例 35

鈴城 39

圖1FPI的一般結構 V

圖2中性點不接地系統(tǒng)中接地故障的三相圖 6

圖3直接接地系統(tǒng)中接地故障的三相圖 7

圖4中性點不接地系統(tǒng)——故障（故障位于FPI/DSU的下游）上游的FPI/DSU接地故障電流方向

翻 9

圖5中性點不接地系統(tǒng)——故障（故障位于FPI/DSU的上游）下游的FPI/DSU接地故障電流方向

翻 9

圖6關于圖4和圖5中性點不接地系統(tǒng)的矢量圖 10

圖7非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系（故障位于FPI/DSUA4-2

白勺W） 11

圖8非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系（故障位于FPI/DSUA4-1

的下游和FPI/DSUA4-2的上游） 12

圖9非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系（故障在中壓母線上并位于

任何FPI/DSU的上游） 13

圖10純諧振接地系統(tǒng)——由故障點上游的FPI/DSU進行接地故障電流方向的探測（故障位于

FPI/DSU的下游） 15

圖11純諧振接地系統(tǒng)——由故障點下游的FPI/DSU進行接地故障電流方向的探測（故障位于

FPI/DSU的上游） 15

圖12關于圖10和圖11純諧振接地系統(tǒng)的矢量圖 16

圖13電感永久并聯(lián)電阻的諧振接地——由故障上游的FPI/DSU進行相對地故障電流方向的探測

（故障位于FPI/DSU的下游） 18

圖14電感短時并聯(lián)電阻的諧振接地系統(tǒng)——由故障下游的FPI/DSU進行相對地故障電流方向的

探測（故障位于FPI/DSU的上游） 18

圖15關于圖13和圖14電導并聯(lián)電阻的諧振接地系統(tǒng)的矢量圖 19

圖16電阻接地系統(tǒng)——由故障上游的FPI/DSU對相對地故障電流方向的探測（故障位于

FPI/DSU的下游） 22

I

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圖17電阻接地系統(tǒng)——由故障下游的FPI/DSU對相對地故障電流方向的探測（故障位于

FPI/DSU的上游） 23

圖18 關于圖16和圖17電阻接地系統(tǒng)的矢量圖 23

圖19無分布式電源存在的輻射狀電網(wǎng)中的過電流——利用非定向FPI/DSU進行正確的電流

探測（相對于過電流探測有非常好的靈敏度） 26

圖20分布式電源可忽略的輻射狀電網(wǎng)的過電流——利用非定向FPI/DSU進行正確的故障探測

（相對于過電流探測有非常好的靈敏度） 27

圖21存在大量分布式電源的輻射狀電網(wǎng)的過電流——利用非定向FPI/DSU探測故障不可靠

（探測結果不正確或極低的靈敏度） 28

圖A.1 二端口 30

圖A.2 二端口級聯(lián) 31

圖A.3 閉環(huán)二端口 33

圖A.4 發(fā)生故障時的等效模型 33

圖B.l FPI/DSU與繼電保護之間正確配合故障選擇 36

圖B.2 FPI/DSU與繼電保護之間錯誤配合故障選擇（案例1） 37

圖B.3 FPI/DSU與繼電保護之間錯誤配合故障選擇（案例2） 38

表1根據(jù)電網(wǎng)運行模式和故障類型對故障探測FPI/DSU的要求匯總 4

本文件按照GB/T1.1—2020（（標準化工作導則第1部分:標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。

本文件為GB/T41135（（故障路徑指示用電流和電壓傳感器或探測器》的第2部分。GB/T41135已經(jīng)發(fā)布了以下部分：

——第1部分：通用原理和要求；

第2部分：系統(tǒng)應用。

本文件使用重新起草法修改采用IEC62689-2：2016?故障路徑指示用電流和電壓傳感器或探測器第2部分:系統(tǒng)應用》。

本文件與IEC62689-2：2016的技術性差異及其原因如下：

一為適應我國國情，第2章規(guī)范性引用文件中用修改采用國際標準的GB/T41135.1代替了IEC62689-1。

本文件還做了下列編輯性修改：

一對范圍進行了改寫；

為適應我國國情，刪除了3.1.1中的注2內(nèi)容；

—更正了IEC標準中的錯誤，在（本文件為5.2.5）的第1段中，將“見5.2.4”修改為“見圖3”；在（本文件為）的第1段中，刪除了“圖21”；在圖A.4和式（A.13）中，用“La”替代了IEC標準中的 在B.1的第9段中，用“A2CFPI/DSU2）”和“A3（FPI/

DSU3）”分別替代了IEC標準中的“A3（FPI/DSU3）”和“A4CFPI/DSU4），在B.1的最后一段中，用“FPI/DSU（A2或A3）”替代了IEC標準中的“FPI/DSU（A1或A2）”；

一將IEC標準的和分別調(diào)整為5.2.4和5.2.5,其他條款號依次順延；一對部分電氣圖形的符號及說明進行了完善；

——對附錄A的公式進行了統(tǒng)一編號；

對參考文獻進行了調(diào)整。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國電器工業(yè)協(xié)會提出。

本文件由全國互感器標準化技術委員會（SAC/TC222）歸口。

本文件起草單位：國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院、沈陽變壓器研究院股份有限公司、四川巨棠科技有限公司、哈爾濱工業(yè)大學、云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院、大連第一互感器有限責任公司、云南電力試驗研究院（集團）有限公司、江蘇靖江互感器股份有限公司、浙江天際互感器有限公司、大連北方互感器集團有限公司、重慶山城電器廠有限公司、國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學研究院、國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院。

本文件主要起草人：李福超、嚴平、章忠國、張顯忠、唐勇、李金嵩、艾兵、何大可、于文斌、劉紅文、沙玉洲、田慶生、熊江詠、唐福新、趙日東、徐文、陳一驚、張志華、趙世祥。

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0.1概述

GB/T41135是一套有關故障路徑指示用電流和電壓傳感器或探測器的系列標準。故障路徑指示可通過適當?shù)脑O備或功能實現(xiàn)，根據(jù)其性能的不同可以分為兩類：一類是故障路徑指示器（FPI）.另一類是配電單元（DSU）。

世界上不同地區(qū)對故障路徑指示器有不同的命名，同時也取決于其對不同種類故障的探測能力。例如：

故障探測器；

智能傳感器；

故障電路指亦器（FCI）；

短路指亦器（SCI）；

一接地故障指示器（EFI）；

試驗點故障電路指亦器；

一綜合型故障指示器。

僅用就地信息/信號和/或就地通信來實現(xiàn)故障路徑指示的簡易的版本被稱為FPI，更高級的版本被稱為DSU。后者是基于IEC60870-5和IEC61850通信協(xié)議，專為智能電網(wǎng)設計的。相較于互感器而言，數(shù)字化通信技術將隨未來發(fā)展需求的變化而持續(xù)變化。

由于這類設備還未在行業(yè)中廣泛應用，因此關于電子設備與互感器深度集成的深人經(jīng)驗尚待在更廣的基礎上積累。

DSU除具有FPI的基本功能之外，還可以選擇性地集成其他輔助功能，例如：

一中壓網(wǎng)絡自動化的電壓有/無探測功能，無論是否存在分布式能源［不用于故障確認（根據(jù)所采用的故障探測方法，故障確認可以作為基本的FPI功能），也不用于IEC61243-5所涵蓋的安全相關方面］;

一在各種實際應用（例如：中壓電網(wǎng)自動化、監(jiān)測電力潮流等）中，測量電壓、電流、有功功率、無功功率等；

一借助于就地分布式電源，以合適的接口對智能電網(wǎng)進行管理（例如：電壓控制和不期望發(fā)生的孤島運行）；

通過合適的接口就地輸出采集到的信息；

一采集信息的遠端傳輸；

一其他。

一般的FPI原理圖如圖1所示。DSU通常具有更為復雜的結構。

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標引序號說明：

A——電流傳感器（必要時還存在電壓傳感器），監(jiān)測單相或三相；

B——傳感器與電子單元之間的信號傳輸；

C 就地指不器（指不燈、LED、標記等）；

D——模擬、數(shù)字和/或通信的輸人/輸出，用于遙信/遙控（硬有線和/或無線）；

E——與現(xiàn)場裝置連接；

F——信號調(diào)理和指示單元；

G 電源。

電流傳感器可以在不與各相有任何電路連接的情況下探測故障電流路徑（例如：穿心電流傳感器、磁場傳感器）。FPI并非必須具備上述所有功能，這取決于它自身的復雜性和技術。但是至少要有C或D中的一項功能。

圖1FPI的一般結構

0.2本文件與IEC61850系列的關系

IEC61850是一套用于支撐電力自動化的通信和系統(tǒng)的系列國際標準。

GB/T41135系列標準同樣介紹了一套專用命名空間，用于支撐FPI/DSU與電力自動化的集成。此外，該系列標準還定義了適當?shù)臄?shù)據(jù)模型和不同的通信接口配置文件，以支撐FPI/DSU的不同應用場景。

對于最復雜版本的FPI（例如：通常應用于智能電網(wǎng)的DSU），一些應用場景依賴于延伸變電站的概念，這種延伸變電站的概念用于實現(xiàn)分布于中壓饋線上的智能電子設備（IED）與位于主變電站內(nèi)的智能電子設備（IED）之間，采用IEC61850進行通信。這種配置模式不會受限于FPI/DSU設備，但會包含主變電站延伸到其中壓出線上的子變電站所需的特性。

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故障路徑指示用電流和電壓傳感器或

探測器第2部分：系統(tǒng)應用

1范圍

本文件根據(jù)應用最廣泛的配電系統(tǒng)架構和故障拓撲，描述了故障期間的電氣現(xiàn)象和電力系統(tǒng)反應，以此定義了故障路徑指示器（FPI）和配電單元（DSU）（包括FPI.DSU的電流和/或電壓傳感器）的功能性要求。FPI和DSU是單一設備或多種設備/功能的合體，能夠用于探測故障并且指示故障所在位置。本文件用于指導用戶根據(jù)所采用的方案和運行規(guī)則（該規(guī)則依照慣例，和/或取決于國家法令對供電連續(xù)性和電源質(zhì)量的約束），在同吋考慮所采用裝置的復雜程度和相應成本的情況下，選擇合適的FPI/DSU及恰當?shù)倪\行方案。

注1：故障定位是指相對于電網(wǎng)中FPI/DSU安裝點的位置（FPI/DSU位置的上游或下游）或故障電流通過FPI/DSU的方向。考慮到裝有FPI/DSU的電力系統(tǒng)特點和工作條件，故障位置可以：一直接來源于FPI/DSU.或；

——來源于使用更多FH或DSU信息的集中系統(tǒng)。

注2:本文件主要關注故障期間的系統(tǒng)反應，該反應是GB/T41135.1所述的FP1/DSU故障探測能力等級劃分的“核心依據(jù)”，在GB/T41135.1中所有的要求都有詳細規(guī)定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T41135.1故障路徑指示用電流和電壓傳感器或探測器第1部分：通用原理和要求（GB/T41135.1—2021.IEC62689-1：2016.MOD）3術語和定義

GB/T41135.1界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1與中性點接地方式有關的術語和定義

3.1.1

消弧線圈arc-suppressioncoil

接到電力系統(tǒng)中性點與地之間，用以補償單相接地故障（諧振-接地系統(tǒng)）時的相對地電容電流的電抗器。

注：為了讓接地故障探測和/或故障切除更簡單，通常使用呈阻性-抗性的阻抗取代高品質(zhì)因數(shù)Q的純電抗器。[來源:GB/T2900.95—2015,3.4.10]

3.2縮略語和符號

GB/T41135.1界定的縮略語和符號適用于本文件。

GB/T41135.#—2021

4根據(jù)電網(wǎng)運行方式和故障類型進行故障探測的FPI/DSU選型要求

4.1概述

本章主要關注應用最廣泛的運行方式——輻射狀配電網(wǎng)，該類電網(wǎng)上的故障（或故障電流路徑）探測十分依賴于中壓側中性點的接地方式。

而對于環(huán)形配電網(wǎng)，則需要有不同的考慮。

基于電壓電流的矢量關系，用于接地故障和過電流故障的定向型故障探測，會受到饋線阻抗的影響，應根據(jù)實際案例評估，可能要求FPI具備互相之間通信的能力。

一種簡易的解決方案為：打開環(huán)形配電網(wǎng)使其變回輻射狀配電網(wǎng)，和/或采用具備互相之間通信能力的FPI。

一個可行方案的示例見附錄A。

4.2用于中性點不接地系統(tǒng)的FPI/DSU

4.2.1接地故障探測

電網(wǎng)結構、拓撲和故障電阻同時對接地故障電流產(chǎn)生影響。

通常，來自中壓電網(wǎng)饋線健全區(qū)段的容性接地故障電流分量在總接地故障電流中占有相當比例。注：中壓地下電纜引起的接地故障電流是同等長度架空線路的50倍左右。

因此，如果故障發(fā)生在未配備帶故障電流方向探測功能的FPI/DSU上游時，則FPI/DSU的電流定值設定應大于來自FPI/DSU下游正常饋線上的最大故障電流分量，以避免錯誤指示故障位置。FPI/DSU的非定向探測可以通過故障電阻以較低的靈敏度獲取故障電流。

FPI/DSU的定向接地故障探測，是一種通過故障電阻以較高的靈敏度來辨別故障電流的方法。如果FPI/DSU下游電網(wǎng)引起的容性接地故障電流分量可忽略不計，則可使用非定向接地故障探測，且不會明顯削弱FPI/DSU的性能。

可能存在的分布式電源不會對故障電流的方向造成影響。

4.2.2多相故障探測

本文件中術語“多相”包含下列故障：

三相故障;

——相間故障；

一跨線故障。

上述三者主要涉及過電流。

對于多相故障，如果電網(wǎng)中沒有分布式電源（或數(shù)量不顯著），則故障電流來自高壓/中壓變壓器。通常，在分布式電源對多相故障電流造成的影響不可忽略，或在采用環(huán)形配電網(wǎng)的情況下，需要采用定向型FPI/DSU。

4.3用于諧振接地系統(tǒng)（中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)）中的FPI/DSU

4.3.1接地故障探測

概述

影響故障電流的因素有：電網(wǎng)結構、消弧線圈設計（純感性、帶有阻性的感性或帶有短時阻性的感性等）、中壓中性點接地方式、諧振線圈的調(diào)諧、零序損耗和故障電阻。

2

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兩種主流解決方案是可行的：一是采用“純”消弧線圈（一個僅有內(nèi)部損耗且電阻分量可忽略的固定或可調(diào)的電感器），二是將一個電阻器與電感并聯(lián)，以增加由線圈產(chǎn)生的阻性電流分量。

“純”消弧線圈

對于“純”消弧線圈，將線圈調(diào)諧到電網(wǎng)容性電流和電網(wǎng)元件固有損耗值接近100%補償時，中壓電網(wǎng)中引起的容性接地故障電流被消弧線圈的感性分量所補償，故其接地故障電流極小，且主要呈阻性。此吋，當接地故障發(fā)生在同一個高壓/中壓變電站母線電網(wǎng)中的任一位置時，接地故障電流的大小接近于0。

此外，通過所有FPI/DSU的接地故障電流，無論他們在電網(wǎng)中的位置如何（故障位置的上游或下游），都主要是無功分量（任何FPI/DSU中的剩余電流和剩余電壓的矢量關系都是相同的，剩余電流超前剩余電壓90°），有功分量可忽略不計（該分量是唯一可以修改故障饋線上關于正常饋線的剩余電流和剩余電壓間的矢量關系的分量）。

因此，為探測相對地故障，中性點經(jīng)“純”消弧線圈接地系統(tǒng)中的FPI/DSU應為定向型。注：不采用阻性-感性消弧線圈（見）.用非定向型FP1/DSU配合臨時改變電網(wǎng)架構來探測一個接地故障是可能的。例如：用一個與線圈并聯(lián)的電容和以不同形式投退該電容造成消弧線圈的失諧。

阻性-感性消弧線圈

如果一個高阻值電阻與消弧線圈并聯(lián)，將中性點暫時或永久性接地，則此時：

一如果有功分量可忽略不計，那么安裝在正常饋線或故障下游FPI/DSU上通過的接地故障電流主要是無功電流分量（矢量關系約為剩余電流超前剩余電壓90°）;

一如果有功分量不可忽略不計，那么安裝在故障饋線故障上游FPI/DSU上通過的接地故障電流為阻性-無功電流（矢量關系通常為剩余電流超前剩余電壓90°?180°）。

當接地故障發(fā)生在同一變電站母線電網(wǎng)中任一位置時，接地故障電流的值接近接地電阻的有功電流。

因此，中性點經(jīng)阻性-感性消弧線圈接地系統(tǒng)中的FPI/DSU應有定向或非定向接地故障探測能力，以實現(xiàn)相對地故障探測。

即使電網(wǎng)中存在分布式電源，也不會對故障電流的方向造成影響。

注：可能會需要FPI/DSU探測間歇性接地故障。

4.3.2多相故障探測

見4.2.2。

4.4中性點直接接地系統(tǒng)（中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)）中的FPI/DSU

過電流探測既能用來探測接地故障，又能用來探測多相故障。

如果電網(wǎng)中沒有分布式電源（或分布式電源數(shù)量不顯著），則故障電流來自高壓/中壓變壓器。如果電網(wǎng)存在顯著數(shù)量的分布式電源，則需要采用定向型FPI/DSU。

此外，根據(jù)分布式電源中性點和分布式電源變壓器組的情況，要求采用接地定向型FPI/DSU探測來自分布式電源的相對地電流。

4.5中性點阻抗接地系統(tǒng)（中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)）中的FPI/DSU

4.5.1接地故障探測

在高壓/中壓變電站中，如果中壓系統(tǒng)中性點經(jīng)電阻接地，則可假設為故障電流來自高壓/中壓變壓器。

3

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選擇定向型或非定向型FPI/DSU,取決于中性點接地電阻的阻值（阻值越低，則中性點電流越大，因此在一些情況中，不需要定向探測）、電網(wǎng)結構、電網(wǎng)容性電流和探測故障阻抗值所需的靈敏度。

發(fā)生接地故障時，在中性點接地電阻流過少量或中等的中性點電流的情況下，推薦使用定向型FPI/DSU探測接地故障。這是為了在高阻接地故障時獲得適當?shù)撵`敏度。由此得到的接地故障電流不會比純電容式接地故障電流分量高許多。

發(fā)生接地故障時，在中性點接地電阻流過中等或大量的中性點電流的情況下，可使用非定向型FPI/DSU。采用此方法，接地故障電流大于電網(wǎng)容性電流。

4.5.2多相故障

見4.2.2。

4.6分布式電源數(shù)量顯著系統(tǒng)中的FPI/DSU

當FPI/DSU安裝位置上游（或在同一母線的另一條中壓饋線上）發(fā)生故障，其下游的分布式電源提供的故障電流分量與FPI/DSU的過電流定值相當時，可以認為此時電網(wǎng)中的分布式電源是顯著存在的。

此時，如果分布式電源對短路電流影響明顯（見5.2.6和5.2.7）,貝I]FPI/DSU應有針對相故障的定向探測功能。有關相對地故障探測，見4.2.1,4.3.1,4.4和4.5.1。如果FPI/DSU有多相過電流定向探測功能，則也應有相對地電流探測功能。

注：該版本的FPI/DSU也可以：

——進行多項智能電網(wǎng)配置管理（如果智能電網(wǎng)是分布式電源滲透率高的配電網(wǎng)）；

一即使在分布式電源存在時提供附加功能（例如：包含自愈和自動電源恢復功能的先進電網(wǎng)自動化）；——支持便捷的電網(wǎng)重構，支持用于電壓調(diào)節(jié)的分布式電源有功功率和無功功率控制。

FPI/DSU也適用于除輻射狀配電網(wǎng)之外的其他配電網(wǎng)結構（例如：中壓饋線的閉環(huán)運行模式）。

4.7根據(jù)電網(wǎng)運行模式和故障類型對故障探測FPI/DSU的要求匯總

4.1?4.6所描述的FPI/DSU要求匯總見表lo

表1只涉及是否在FPI上采用定向故障探測原理，例如：流過FPI自身故障電流的探測原理。故障電流方向可由多種不同的方法獲取：

——通過測量剩余電壓/相電壓與剩余電流/相電流之間的夾角；

——通過對故障發(fā)生后首個毫秒的電流（和/或電壓）進行暫態(tài)分析等。

完整的FPI/DSU分類見GB/T41135.1。

第4章內(nèi)容的技術合理性在第5章中進行了證明。

表1根據(jù)電網(wǎng)運行模式和故障類型對故障探測FPI/DSU的要求匯總

故障類型

中壓電網(wǎng)中性點運行模式

接地故障

中性點不接地系統(tǒng)中的FP1/DSU

諧振接地系統(tǒng)一中

性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的FPI/DSU

諧振接地系統(tǒng)一中

性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的FPI/DSU

直接接地系統(tǒng)

（低阻抗接地中

性點）的FPI/DSU

阻抗接地系統(tǒng)（阻性阻抗接地中性

點）的FPI/DSU

純感性消弧線圈

純阻性-感性消弧

線圈

表1根據(jù)電網(wǎng)運行模式和故障類型對故障探測FPI/DSU的要求匯總（續(xù)）

故障類型

中壓電網(wǎng)中性點運行模式

接地故障

接地故障電流等于中壓電網(wǎng)容性電流

與電網(wǎng)容性電流相比，接地故障電流

可忽略不計（如果可完美調(diào)諧）

接地故障電流等于電阻有功電流（通常遠遠小于電網(wǎng)容性電流，如果可完美調(diào)諧）

接地故障電流振幅與多相故障電

流相似

接地故障電流大于電網(wǎng)容性電流

FPI/DSU中的故

障電流：

值取決于電網(wǎng)中

FPI/DSU下游的

容性電流。

剩余電流相對于剩余電壓的矢量

相位偏移：

在中壓非故障饋線或故障下游的

FPI/DSU上超前

90°，在中壓故

障饋線或故障上

游為滯后90°

FPI/DSU中的故障

電流：

值取決于電網(wǎng)中

FPI/DSU下游的容

性電流。

剩余電流相對于剩余電壓的矢量相位

偏移：

在中壓非故障饋線或故障下游與中壓故障饋線或故障上

游的FPI/DSU上均為超前90°

FPI/DSU中的故障

電流：

值取決于電網(wǎng)中

FPI/DSU下游的容

性電流。

剩余電流相對于剩余電壓的矢量相位

偏移：

在中壓非故障饋線

或故障下游的

FPI/DSU上超前90°，在中壓故障

饋線或故障上游為

超前90°?180°

FPI/DSU中的故障電流：

值和剩余電流相對于剩余電壓的矢量相位偏移均取決于電網(wǎng)中

R/X的比值

FPI/DSU中的故障

電流：

值取決于電網(wǎng)中

FPI/DSU下游的容

性電流和接地電阻

的阻性電流。

剩余電流相對于剩余電壓的矢量相位偏移：在中壓非故障饋線或故障下游的FPI/

DSU上超前90°，在中壓故障饋線或故障上游為滯后90°~180°

FPI/DSU：傾向于定向（對故障電阻有更高的靈敏度）

也可能是非定向（靈敏度取決于

FPI位置下游的中壓饋線部分引起的接地故障容性電流）

FPI/DSU：

定向

（鑒于電網(wǎng)運行結構的短暫變換，非定向也是可能的）

FPI/DSU：傾向于定向（對故障電阻有更高的靈

敏度）

也可能是非定向

（靈敏度取決于

FPI位置下游的中壓饋線部分引起的接地故障容性電流和附加電阻阻性

電流）

FPI/DSU：

非定向

只有當中壓非故障饋線或故障下游的接地故障電流在可接受范圍內(nèi)時，可能是

定向

FPI/DSU：

如果在接地電阻的值為中-低的情況下（接地故障電流的阻性分量與容性分量相當或大于容性分量），則為

非定向

只有在接地電阻值很大時（接地故障電流的阻性分量小于容性分

量），為定向

多相故障

多相故障探測不受中性系統(tǒng)運行影響

存在分布

式電源

只對多相故障

有影響

只對多相故障

有影響

只對多相故障

有影響

故障電流的幅值和方向取決于分布式電源特性和

位置

對接地故障和多相故障都有影響

只對多相故障有

影響

5基于電網(wǎng)和故障類型的故障探測原理

5.1概述

故障探測應獨立于電網(wǎng)中性點接地方式，且在配電饋線上連接有大量分布式電源時能夠正確地運行。如果不能，則需制造商在“應用領域”中清晰說明。

為保障故障探測的準確無誤，F(xiàn)PI/DSU應集成在電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)的故障定位中，至少能與繼電保護系統(tǒng)配合。

無論故障定位是由現(xiàn)場人員還是自動化系統(tǒng)來執(zhí)行,FPI/DSU需要與電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)有相同的故障探測能力和靈敏度，是為了避免由于FPI/DSU的靈敏度低于中壓饋線保護而導致故障定位中可能存在的問題。當需要探測和切除一個高阻值接地故障時可能會發(fā)生這些問題。

另一方面,FPI/DSU的靈敏度高于中壓饋線保護時，可能發(fā)生不準確的接地故障探測，并對現(xiàn)場工作人員或自動化系統(tǒng)起到負面作用。如果FPI/DSU需進行故障存在的確認（例如：與FPI/DSU的同時性故障探測有關的中壓饋線繼電保護跳閘導致的電壓或電流缺失），則后者可以避免。

附錄B中描述了兩種不同的探測、定位和切除故障的例子。二者都能解決故障，但是對終端用戶造成的供電中斷的次數(shù)和拓撲有不同的表現(xiàn)。

圖2和圖3展示了不同運行電網(wǎng)中不同種類故障的故障電流路徑和矢量圖。對于FPI/DSU制造商和用戶來說，這是FPI/DSU設計和選型時最基本的原則。

注：圖2、圖3和5.2中所示的矢量圖僅出于對上述描述的考慮。因此由于受編輯限制，矢量的比例可能是不對的。中壓系統(tǒng)可分為兩大類：中性點直接接地類型和其他類型（中性點不接地、經(jīng)補償接地等）。這兩類系統(tǒng)的接地故障可能會有完全不同的表現(xiàn)（見中性點不接地系統(tǒng)的相關例子）。

a）電路圖

17

庫七七標準下載

圖2中性點不接地系統(tǒng)中接地故障的三相圖

標引序號說明：

Cra,SA、TA=Crb.SB.TB=C 每條中壓饋線上的相對地電容，電容量相等；

A ——故障中壓饋線上探測接地故障剩余電流的穿心式電流互感器。更多細節(jié)和其他中

壓中性點工作模式（除直接接地系統(tǒng)）見4.2；

B ——非故障中壓饋線上探測接地故障剩余電流的穿心式電流互感器。在除直接接地系

統(tǒng)外的所有系統(tǒng)中，其運行狀況相近；

EIsd ——標量值為一3X\E\的剩余電壓，等于三相相對地電壓的矢量和?！晔瞧胶庀到y(tǒng)中的相

對地電壓；

IRA~ICSA+ICTA=J+（2?-y-? ?C?V3~?E=JC/3"?<l>?C?-s/3~?E）=3?M?C?E?e1<3°相對于（一Ersd）;

Trb=Jcsb+1ctb=—j（2? ?a>?C?-JS?E）=—j0/3?a>?C?^3?E）=3?a>?C?E?e~j9u相對于（一Ersd）。

圖2中性點不接地系統(tǒng)中接地故障的三相圖（續(xù)）

a）電路圖

圖3直接接地系統(tǒng)中接地故障的三相圖

b）矢量圖

標引序號說明：

Cra.SA.TA=Crb.SB.TB=C 每條中壓饋線上的相對地電容，電容量相等；

A ——故障中壓饋線上探測接地故障剩余電流IR的穿心式電流互感器。更多細節(jié)和其他中

壓中性點工作模式（除直接接地系統(tǒng)）見4.2；

B ——非故障中壓饋線上探測接地故障剩余電流IR的穿心式電流互感器。在除直接接地系

統(tǒng)外的所有系統(tǒng)中，其運行狀況相近。

Icsa&b=<0?C?E?ei3°"=（夸4）? ?C?E；

Icta&b=co?c?E?e>150'=（—j ?C?E；

I ICSA+ICTA+,SC=/RB十JSCI

IRB=/csb+1CTA=j（2?-y?CO.C?E=j.C?E=o>?C?E? 相對于Er。

非故障和故障饋線上的容性電流分量在上述系統(tǒng)中占1/3。因此,1sc?1ra.Irb等（ZRA、JRB等可忽略不計）。

圖3直接接地系統(tǒng)中接地故障的三相圖（續(xù)）

5.2接地故障探測和中性點接地方式

5.2.1 _般要求

接地故障電流取決于中性點接地方式和故障阻抗。

應根據(jù)FPI/DSU所安裝的中壓電網(wǎng)中每個中性點接地方式，對FPI/DSU進行設計和試驗。

5.2.2中性點不接地系統(tǒng)中的接地故障探測

相對于剩余電流傳感器方向的電流流向見圖4和圖5O

矢量圖和符號說明見圖6。

L4:Zc4

Ll:Zci

L2:Zc2

L3:/c3

圖4中性點不接地系統(tǒng)——故障（故障位于FPI/DSU的下游）上游的FPI/DSU接地故障電流方向探測

LI:7ci

L2:/c2

L3:/c3

L4:/c4

圖5中性點不接地系統(tǒng)——故障（故障位于FPI/DSU的上游）下游的FPI/DSU接地故障電流方向探測

^rsd

J*

-V

V

案例A

Al=/ci+/c2+^C3=A：一,C4

=4：1+/C2+^C3+A：4_l+

a)

下游故障A1探測電流

b）容性剩余電流

^■rsd

廠rsd

，C1

^C3 ,C4

^C1ic2』C3

』C2 】C3

一?

-?

V

' v

V-

Ir2=I。一2

厶2—人：4_2 厶2—人？1+人：2+人：3=人?一人

案例B

案例C

/ci?C2 ?C3

下游故障A2探測電流

d）上游故障A3探測電流

c)

人?1 人?3 人：4_1 人?4_2

人?1lc2Jc3

標引序號說明:

A

3

e）各電流矢量關系

——下游故障；

上游故障；

Irl ——由中壓饋線保護A1測量;

Ir2 由中壓饋線保護A2測量；

Ia ——由中壓饋線保護A3測量;

注：對于其他非故障饋線上的電流，其特性相同。

0

ICl、IC2、JC3、IC4

If

In

IC4_lIC4_2=JC4;

IC4_lIC4_upstream

T=T'

1C4_2iC4_downstream

——剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）所在位置；

一饋線1、2、3、4的容性剩余電流（等于連接在同一中壓母線上的每個中壓饋線的三相容性電流之和）；

故障電流=Ic=所有連接到同一中壓母線的中壓饋線容性剩余電流（3X<oXCe）XE之和（￡=系統(tǒng)中的相對地電壓）；

—饋線4始端，由剩余電流互感器或電流傳感器測得的剩余電流;Irl=Ic-Ic4；

一饋線4上.FPI/DSU上游的容性剩余電流;一饋線4上，F(xiàn)PI/DSU下游的容性剩余電流;

圖6關于圖4和圖5中性點不接地系統(tǒng)的矢量圖

Ir2 ——饋線4上，F(xiàn)PI/DSU下游的接地故障，由FPI/DSU測得的剩余電流（等于Ic—Jc4_d_s_m）;

Ir3 ——饋線4上,FPI/DSU上游的接地故障，由FPI/DSU測得的剩余電流（等于JC4_d_s?_）;

Ersi ——標量值為一3X|E|剩余電壓，等于相對地電壓的三相矢量和。E是平衡系統(tǒng)中的相對地

電壓；

案例A ——A1下游的接地故障；

案例B ——A2下游的接地故障；

案例C ——A3上游的接地故障。

圖6關于圖4和圖5中性點不接地系統(tǒng)的矢量圖（續(xù)）

如果FPI/DSU是非定向型的，則其電流定值設定應高于饋線下游部分（相對于FPI/DSU位置）的容性電流，以避免上游接地故障發(fā)生時出現(xiàn)錯誤指示。

這可能極大地削弱其靈敏度。例如當下游容性電流約等于或高于上游容性電流時（在下游電網(wǎng)是地下電纜網(wǎng)情況下），可能無法實現(xiàn)探測功能。

圖7、圖8和圖9簡要說明了三種情況。為了更好的闡述，按各種現(xiàn)象依次進行描述。

當A4-2的下游發(fā)生接地故障（見圖7），且沒有定向接地故障電流探測功能時，用于探測故障的最大電流定值為Ic-Ic4_2（故障電阻為0且不考慮電流互感器和傳感器的準確度）。電流定值越小，F(xiàn)PI/DSU靈敏度越高。

1

（C1+C2+C3） C4_l C4_2

4l=A?l+ + = —^C4 42=A?—A?4_2

一剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）所在位置；一剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）的常規(guī)方向；

標引序號說明:

圖7非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系

（故障位于FPI/DSUA4-2的下游）

Zd ——正序阻抗（即正序電壓與正序電流之比）；

Zi ——負序阻抗（即負序電壓與負序電流之比）；

/ci.Ic2Uc3,Ic4——饋線1、2、3、4的容性剩余電流（等于連接在同一中壓母線上的每個中壓饋線的三相容性電流之和）；

Ic 剩余電流之和,ICl+C2+C3+04=E=接地故障電流；

Re ——接地故障電阻；

In ——饋線4始端，由剩余電流互感器或電流傳感器測得的剩余電流；當故障發(fā)生在FPI/DSU下游

時'Irl=IC—IC4；

IC4_l+fC4_2=ICti

Ic4_i ——饋線4上,A4-2上游及A4-1下游的容性剩余電流；

Ic4_2 ——饋線4上,A4-2下游的容性剩余電流；

Ir2 ——接地故障發(fā)生在A4-2下游時，由A4-2剩余電流互感器或傳感器測得的剩余電流（等于Ic-

IC4_2）；

A1、A2、A3 ——位于饋線1、2、3出口處的FPI/DSU,發(fā)生接地故障且接地電阻值RE可忽略不計時，分別被

ICl、JC2、JC3影響。

圖7非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系

（故障位于FPI/DSUA4-2的下游）（續(xù)）

當接地故障發(fā)生在A4-1下游、A4-2上游（見圖8），且沒有定向接地故障電流探測功能時，其最大電流定值為Zc-Ic4（故障電阻為0且不考慮電流互感器和傳感器的準確度）。電流定值越小，F(xiàn)H/DSU靈敏度越高。

然而，A4-2的最小電流定值應大于Joo?以避免錯誤的故障電流路徑探測。

cs

X

ro

（C1+C2+C3） C4_l C4_2

4l=:A?l+4：2+/c3=/c—/c4

圖8非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系

（故障位于FPI/DSUA4-1的下游和FPI/DSUA4-2的上游）

標引序號說明：

0 ——剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）所在位置；

——剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）的常規(guī)方向；

zA ——正序阻抗（即正序電壓與正序電流之比）；

Zi ——負序阻抗（即負序電壓與負序電流之比）；

Ici、/c2Jadct——饋線1、2、3、4的容性剩余電流（等于連接在同一中壓母線上的每個中壓饋線的三相容性電流之

和）；

Ic 剩余電流之和，Jci十C2+C3+C4=E=接地故障電流；

RE ——接地故障電阻；

Irl ——饋線4始端，由A4-1剩余電流互感器或電流傳感器測得的剩余電流；當故障發(fā)生在A4-1下游

時'Jrl=Ic—IC4;

IC4_lIC4_2=ICti

IC4?1 ——饋線4上,A4-1下游及A4-2上游的容性剩余電流；

Ia_2 ——饋線4上,A4-2下游的容性剩余電流；

A1、A2、A3 ——位于饋線1、2、3出口處的FPI/DSU,發(fā)生接地故障且接地電阻值RE可忽略不計時，分別被

ICl、IC2、■?C3影響。

圖8非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系

（故障位于FPI/DSUA4-1的下游和FPI/DSUA4-2的上游）（續(xù)）

X

CQ

C4—2

C4?l

O

Al、A2、A3

A?4_2

^C4_l

標引序號說明：

0 ——剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）所在位置；

——剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）的常規(guī)方向；

圖9非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系

（故障在中壓母線上并位于任何FPI/DSU的上游）

zd ——正序阻抗（即正序電壓與正序電流之比）；

Z. ——負序阻抗（即負序電壓與負序電流之比）；

IdJu:Jo./u!——饋線1、2、3、4的容性剩余電流（等于連接在同一中壓母線上的每個中壓饋線的三相容性電流之和）；

I（' 剩余電流之和-IC1+IC2+IC3+C1=Ip.=接地故障電流；

re ——接地故障電阻；

I +八'1_2=I（.'I?

Icj ——饋線4上，A4-1下游及A4-2上游的容性剩余電流；

——饋線4上，A4-2下游的容性剩余電流；

A1.A2.A3 ——位于饋線1、2、3出口處的FPI/DSU.發(fā)生接地故障且接地電阻阻值7?E可忽略不計時，分別被

/（'IJc2影響。

圖9非定向故障探測中FPI/DSU電流定值與接地故障電流間的關系

（故障在中壓母線上并位于任何FPI/DSU的上游）（續(xù)）

無論是A2還是A1下游發(fā)生接地故障情況，在沒有定向接地故障電流探測功能的情況下，A1、A2和A3的最小電流定值分別是、込和八、3故障電阻為0且不考慮電流互感器和傳感器的準確度）。此外，中壓母線上發(fā)生接地故障時，A4-1和A4-2的電流定值應分別大于心4和八.4_2。

電流定值越大，正常饋線或故障饋線故障下游的FPI/DSU探測出錯的可能性就越小。這意味著，在FPI/DSU的非定向故障探測中：

一正確的故障探測是由下游饋線特征和上游電網(wǎng)特征共同決定的。

一FPI/DSU電流定值應大于其下游電網(wǎng)的接地故障電流分量，且小于其上游的整個電網(wǎng)的接地故障電流分量。這可能導致FPI/DSU的靈敏度降低。

—每個FPI/DSU應有不同的電流定值，因此在不同的安裝位置應設定不同的靈敏度?！潆娋W(wǎng)結構的變化可能改變故障電流分量，導致故障探測失準。

因此，推薦采用FPI/DSU的定向探測：不同算法可用于故障方向的探測（無功探測原則、故障發(fā)生后首個毫秒的暫態(tài)分析等）。

5.2.3諧振接地系統(tǒng)中接地故障探測

純諧振接地（只有電感）

相對于剩余電流傳感器方向的電流流向示意圖見圖10和圖11。

矢量圖和符號說明見圖12。

Ll:Zci

L2:/c2

L3:7c3

L4:7c4

圖10純諧振接地系統(tǒng)——由故障點上游的FPI/DSU進行接地故障電流方向的探測

（故障位于FPI/DSU的下游）

Ll:7ci

L2:7c2

L3:7c3

L4:/c4

圖11純諧振接地系統(tǒng)——由故障點下游的FPI/DSU進行接地故障電流方向的探測

（故障位于FPI/DSU的上游）

e）各電流矢量關系

標引序號說明：

A

B

In

Ir2

Ir3

——下游故障；

——上游故障；

——由中壓饋線保護A1測量；——由中壓饋線保護A2測量；——由中壓饋線保護A3測量；

注：故障饋線上同一FPI的上游或下游故障，相對于剩余電壓，故障電流的大小和角度都是相同的。

0

L1、L2、L3、L4

ICl、IC2、/C3、IC4

——剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）所在位置；

中壓饋線1、中壓饋線2、中壓饋線3、中壓饋線4；

一饋線1、2、3、4的容性剩余電流（等于連接在同一中壓母線上的每個中壓饋線的三相容性電流之和）；

A?1人、2A?3

/ci

,C2

/C3

Aj4_1 A：4_2

_J

Al=/ci+-/c2+介3__/c4=7c4_1H~/c4_2=^C4案例A

V

A,=—/ci=一(/ci+/c2+/c3+,C4_l+/c4_2)

b）容性剩余電流與線圈感性電流

E

/ci/c2,C3

/ci

/c2

fa

A：4_l

a）下游故障Al探測電流

/ciA22 ^C3

案例B

案例C

A.3=,C4_2

人2=人?1+lc2+人?3+?C4_1 =—人：4_2=?C4_2

Yrl=/ci+Yc2+JC3一氏=—7c4=^C4_1I^C4_2

c）下游故障A2探測電流

d）上游故障A3探測電流

A

Al=/ci+A：2+A：3+^C4

圖12關于圖10和圖11純諧振接地系統(tǒng)的矢量圖

Ie ——故障電流=［電網(wǎng)中的容性剩余電流（3\^\6\：）\￡之和一線圈中的感性電流（IL）］一零值

（相位相同，不用算矢量和）。電網(wǎng)分量中的零序損耗（有功電流分量）可忽略不計（E是系統(tǒng)中的相對地電壓）；

11. 線圈中的感性電流=一;

Li 饋線4始端，由剩余電流互感器或電流傳感器測得的剩余電流:Ir］=（Ic— ）—Il=十

Ic2+In=與L方向相同）（相位相同，不用算矢和）。電網(wǎng)分中的零序損耗（有功電流分M）可忽略不計；

I（：1_1十ICL2=ICI;

/cci=ZcLupS.rram——饋線4上.FP1/DSU上游的容性剩余電流；

Ic4_2=Ic4.do?_——饋線4上.FP1/DSU下游的容性剩余電流；

Ir2 饋線4上，由FPI/DSU測得的下游接地故障的剩余電流-,Ir2=Ici十/c2+Ici十ICl_ —11.=

IC1_dow?s（r?m（與Il.方向相同）（相位相同，不用計算矢和）；

L.3 ——饋線4上，由FP1/DSU測得的上游接地故障的剩余電流（等于J

Ersil ——標量值為一3X|E|剩余電壓，等于相對地電壓的三相矢量和。E是平衡系統(tǒng)中的相對地

電壓；

案例A ——A1下游的接地故障；

案例B A2下游的接地故障；

案例C ——A3上游的接地故障。

圖12關于圖10和圖11純諧振接地系統(tǒng)的矢量圖（續(xù)）

在下游故障和線圈中100%為容性電流的情況下，通過FPI/DSU的電流是下游中壓饋線的容性電流和最小中性有功電流的矢量和（由于線圈內(nèi)部損耗和所有電網(wǎng)中其他的零序阻性分量，最小中性有功電流并未在圖10或圖11中標示出來，通常非常小，可忽略）。

如果線圈中不完全為容性電流，則通過FPI/DSU的電流是由于過補償或欠補償產(chǎn)生的容性/感性電流（該電流是線圈感性電流有意或無意未完全補償中壓電網(wǎng)容性總電流產(chǎn)生的FPI/DSU下游中壓饋線的容性電流和中性點有功電流的矢量和。

對于以上兩種情況，該電流（通過FPI/DSU的）與下游容性電流相當，或者比其小，并且與正常饋線（以及相對FPI/DSU）上的故障電流有相同的方向。因此，即使是當系統(tǒng)處于百分之百的電網(wǎng)總容性電流時，用純中性阻抗來判斷接地故障電流的方向非常困難，F(xiàn)PI/DSU應有定向探測功能：可以使用不同的算法（例如：無功探測原理、假設線圈內(nèi)部損耗足夠大、暫態(tài)分析等）。

電感并聯(lián)電阻的諧振接地（阻抗接地）

相對于剩余電流傳感器方向的電流流向示意圖見圖13和圖14。

矢量圖和符號說明見圖15。

GB/T41135.2—2021

GB/T41135.2—2021

Ll:7ci

L2:?c2

L4:7c4

L3:/c3

25

庫七七標準下載

圖13

LI:/ci

L2:Zc2

L3:7c3

L4:/c4

電感永久并聯(lián)電阻的諧振接地——由故障上游的FPI/DSU進行相對地故障電流方向的探測（故障位于FPI/DSU的下游）

圖14電感短時并聯(lián)電阻的諧振接地系統(tǒng)——由故障下游的FPI/DSU進行相對地

故障電流方向的探測（故障位于FPI/DSU的上游）

厶1=九1+/c2+^C3—h+^R=—人：4+^R=(Aj4_1+A：4一2)+

Zcl fc2 /c3 Aj41 Zc42

/c

/l=—A?=—(A?1+A?2+A?3+/c4_1+/c4_2)

a）下游故障A1探測電流

b）容性剩余電流與線圈感性電流

圖15關于圖13和圖14電導并聯(lián)電阻的諧振接地系統(tǒng)的矢量圖

GB/T41135.2—2021

0

L1、L2、L3、L4

ICl、IC2、IC3、JC4

If

標引序號說明:

一下游故障;

一上游故障;

——由中壓饋線保護A1測量;

Ir2 由中壓饋線保護A2測量;

Ir3 由中壓饋線保護A3測量；

注：A3無法測量上游故障的阻性故障電流（IR），所以通常來說，故障電流相角取決于故障相對于FPI的位置（上游

或下游）。

——剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）所在位置；

中壓饋線1、中壓饋線2、中壓饋線3、中壓饋線4；

一饋線1、2、3、4的容性剩余電流（等于連接在同一中壓母線上的每個中壓饋線的三相容性電流之和）；

一故障電流=電網(wǎng)中容性剩余電流（3X?jXCe）XEa線圈感性電流k、電網(wǎng)損耗引起的線圈及

附加阻性電流的三者矢量和ZR。當線圈調(diào)諧到WO%JC時約等于IR，

（E=電力系統(tǒng)中的相對地電壓）;

線圈的感性電流=—Ic>

在饋線4始端，由剩余電流互感器或傳感器測得的剩余電流，對應容性電流（Jc—fC4）=：（3XaJXCE）XE-IC4],線圈感性電流込和電網(wǎng)零序損耗引起的線圈及附加阻性電流的矢

量和，約等于與h方向相同的（-Ic4）與心的矢量和，即IR1=：（Ic-Tc4）+Tl]+Tr（E是系統(tǒng)中的相對地電壓）；

Ic4_l=Ic4_?p5trem——饋線4上,FPI/DSU上游的容性剩余電流;Ic4_2=Ic4_downStream——饋線4上,FPI/DSU下游的容性剩余電流;

圖15關于圖13和圖14電導并聯(lián)電阻的諧振接地系統(tǒng)的矢量圖（續(xù)）

Ir2 ——饋線4上，由FPI/DSU測得的下游接地故障的剩余電流，對應容性電流（IC（'Idownslrcam）

［（3Xw\CE）\E—JC1_d?nslrc?.im］、線圈感性電流和電網(wǎng)損耗引起的線圈及附加阻性電流的矢量和，約等于與k方向相同的（IC IC4_downstream）與IK的矢量和。Ia-2=

［（丁C C4_downstream）ZL］Ir（E是系統(tǒng)中的相對地電壓）；

/r3 ——饋線4上，由FP1/DSU測得的上游接地故障的剩余電流（等于/cLdo?s,r?m）:

Ir ——通過（等效）并聯(lián)電阻的電流；

E.,d ——標M值為一3X|E剩余電壓，等于相對地電壓的三相矢M和。E是平衡系統(tǒng)中的相對地

電壓；

案例A ——A1下游的接地故障；

案例B ——A2下游的接地故障；

案例C ——A3上游的接地故障。

圖15關于圖13和圖14電導并聯(lián)電阻的諧振接地系統(tǒng)的矢量圖（續(xù)）

在非定向故障探測中，判斷故障電流的方向是非常困難的。FPI/DSU的靈敏度（最小定值）與通過（等效）并聯(lián)電阻的電流有功分量和FPI/DSU下游饋線部分的容性電流有關。

如果FPI/DSU下游電網(wǎng)對接地故障電流的影響大于或約等于上游電網(wǎng)（對接地故障電流的影響），則只有利用（等效）并聯(lián)電阻產(chǎn)生的電流有功分量才能正確判斷故障方向。

電流的有功分量提高了FPI/DSU的電流靈敏度，使其可以探測到下游的故障，因此能避免有損害的運行，也為高阻值故障探測提供了足夠的靈敏度。

FPI/DSU應有定向探測功能。如果無定向故障探測功能，則其靈敏度可能被大幅削弱，這取決于與故障電路串聯(lián)的阻性元件的總阻值。

在一條中壓饋線含有更大分量（根據(jù)容性電流，與其他所有中壓饋線有關）的電網(wǎng)中，電網(wǎng)結構的變化會導致FPI/DSU故障探測失準。

為探測故障電流方向，可以采用不同的算法（例如：有功度量探測原則、故障后首個毫秒暫態(tài)分析等）。

如果發(fā)生下游故障且線圈中完全為容性電流時，則通過FPI/DSU的電流是其下游中壓饋線的容性電流和中性有功電流的矢量和。

如果線圈中不完全為容性電流，則通過FPI/DSU的電流是由于過補償或欠補償產(chǎn)生的容性/感性電流（該電流是線圈感性電流有意或無意未完全補償中壓電網(wǎng)容性總電流產(chǎn)生的FPI/DSU下游中壓饋線的容性電流和中性點有功電流的矢量和。

對于有功電流，可考察以下兩種情況：

一永久并聯(lián)電阻：中性有功電流值相對較低（數(shù)安培或數(shù)十安培），使得總接地故障電流較小。此時，F(xiàn)PI/DSU中的電流約等于或小于下游容性電流，且與非故障饋線（及相應FPI/DSU）上的故障電流方向相同（相對無功分量而言）。由于線圈的失諧可以忽略，且總電流很小，所以需要定向型FPI/DSU。

一短時并聯(lián)電阻：當電阻處于使用狀態(tài)時，接地故障電流增大到一定程度以進行定向探測。此方案中，中性有功電流相對較大（見5.2.4）。

為探測故障電流方向，可能采用不同的算法（有功度量或無功度量探測原則、暫態(tài)分析等）。

5.2.4中性點阻抗接地系統(tǒng)（電阻接地）的接地故障探測

相對于剩余電流傳感器方向的電流流向示意圖見圖16和圖17。

矢量圖和符號說明見圖18。

GB/T41135.2—2021

Ll:Zci

L2:Zc2

L3:7c3

L4:7(j4

圖16電阻接地系統(tǒng)——由故障上游的FPI/DSU對相對地故障電流

方向的探測（故障位于FPI/DSU的下游）

Ll:7ci

L2:Zc2

L3:ZCS

L4:7c4

圖17電阻接地系統(tǒng)——由故障下游的FPI/DSU對相對地故障電流

方向的探測（故障位于FPI/DSU的上游）

AllAl'24：3

A?1 /c2 A?3

1+,C2+A?3

A、2+/c3+/k=

案例A

-?

/ci+Zc2+/c3+/|<

a）下游故障A1探測電流

d）上游故障A3探測電流

c）下游故障A2探測電流

圖18關于圖16和圖17電阻接地系統(tǒng)的矢量圖

GB/T41135.2—2021

標引序號說明：

A

B

Li

Ir2

——下游故障；

——上游故障；

——由中壓饋線保護A1測量；——由中壓饋線保護A2測量；

Ir3

——由中壓饋線保護A3測量；

注：A3無法測量上游故障的阻性故障電流（IR），所以通常來說，故障電流相角取決于故障相對于FPI的位置（上游

或下游）。

0

L1、I.2、L3、L4

ICl、Ic2、IC3、IC4

——剩余電流互感器（或測量剩余電流的電流傳感器）所在位置；

一中壓饋線1、中壓饋線2、中壓饋線3、中壓饋線4；

一饋線1、2、3、4的容性剩余電流（等于連接在同一中壓母線上的每個中壓饋線的三相容性電流之和）；

Ir

——接地電阻上通過的電流；

If ——故障電流=電網(wǎng)中容性電流（3Xo>XCe）XE和接地電阻阻性電流的矢量和，g[JIF=Ic+Ir

（E是電力系統(tǒng)中的相對地電壓）；

Irl 饋線4始端，由剩余電流互感器或傳感器測得的剩余電流，對應于容性電流（IC—IC4）=

：（3XcoXCe）XE-IC4]和接地電阻阻性電流的矢量和，BPIR1=（Ic-Ic4）+Ir（E是電力系統(tǒng)中的相對地電壓）；

圖18關于圖16和圖17電阻接地系統(tǒng)的矢量圖（續(xù)）

ICl_l+八'1_2=I（.'I;

八.=ZcL-pM^n.——饋線4上.FPI/DSU上游的容性剩余電流；

——饋線4上,FP1/DSU下游的容性剩余電流;

1,2

—饋線4上，由FPI/DSU測得的下游接地故障的剩余電流，對應于容性電流（IC_ICLdownsIrcam）=［（3\tt>XCE）\E—CLdownslrcam］和接地電阻阻性電流的矢 和，即IR2=

（11■一ICl_clowns<rc?m>+1R（E是電力系統(tǒng)中的相對地電壓）；

113

rscl

—饋線4上，由FP1/DSU測得的上游接地故障的剩余電流（等于）；一標M值為-3X|E剩余電壓，等于相對地電壓的三相矢M和。E是平衡系統(tǒng)中的相對地電壓；

案例A

案例B

案例c

—A1下游的接地故障；

—A2下游的接地故障；

—A3上游的接地故障。

圖18關于圖16和圖17電阻接地系統(tǒng)的矢量圖（續(xù)）

由于IR通常遠大于Jc（也遠大于/C4_tkns_ni）.FPI/DSU可以是非定向的，故障電流的方向由電網(wǎng)特征決定。FPI/DSU的靈敏度（最小定值設置）只與相關。

5.2.5中性點直接接地系統(tǒng)的接地故障探測

在中性點直接接地系統(tǒng)中，接地故障與多相故障類似，矢量圖見圖3。

FPI/DSU可以是非定向的，因為故障電流的方向由電網(wǎng)特征決定（除非電網(wǎng)中存在大量分布式電源）。

接地故障電流的相位取決于相序回路的功率因數(shù)。

因此，故障位置的不同（靠近高壓/中壓變壓器或分布于饋線上），以及下文描述的案例——故障位置上游的導線類型的不同（架空線、地下電纜等），均會產(chǎn)生各種差異較大的情況。

5.2.6無分布式電源或可忽略情況的過電流探測

無分布式電源

所考慮的電路見圖19。

標引序號說明：

Isc ——從中壓電網(wǎng)中FIP/DSU上游高壓/中壓變壓器流經(jīng)中壓饋線的故障電流分量；

lSco=Isc——對于任何相間或三相故障上游的FPI/DSU；

lsco=0——對于任何相間或三相故障下游的FPI/DSU。

圖19無分布式電源存在的輻射狀電網(wǎng)中的過電流——利用非定向FPI/DSU進行

正確的電流探測（相對于過電流探測有非常好的靈敏度）

分布式電源可忽略

所考慮的電路見圖20。

標引序號說明：

Isc ——從中壓電網(wǎng)中FIP/DSU上游高壓/中壓變壓器流經(jīng)中壓饋線的故障電流分量；

Jscm=Isc+1SC_1+Isc_2——對于任何相間或三相故障上游的FPI/DSU;

Isc4_2=O ——對于任何相間或三相故障下游的FPI/DSU；

lsc?i ——由非故障中壓饋線上的中小功率發(fā)電機流向故障中壓饋線的短路電流分量（低于繼電

保護和FPI/DSU最大電流的定值）;

ISC_2 ——由非故障中壓饋線上的中小功率發(fā)電機流向故障中壓饋線的短路電流分量（比繼電保

護和FPI/DSU兩者最大電流的定值都低）。

圖20分布式電源可忽略的輻射狀電網(wǎng)的過電流——利用非定向FPI/DSU進行

正確的故障探測（相對于過電流探測有非常好的靈敏度）

對于相間故障來說，故障電流的方向由無分布式電源或分布式電源可忽略的輻射電網(wǎng)結構中的高壓/中壓變壓器決定。定向型FPI/DSU不是必要的。

5.2.7存在大量分布式電源情況的過電流探測（短路電流值顯著增大）

所考慮的電路見圖21。

29

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he

Acj

/SC_DER_1.1

Ll:7sc_iA

L2:Zsc_2A

L3:Zsc_3A

a）故障位置上游的FPI/DSU

L4

Ac_der_i.i

/sc

,sc」

LI:/sc_iA

/scDER2.1

/SCJ)HR_3.1

L2:Zsc_2A

L3:7sc_3A

J)F：R4.3

ISC4_2一,SC_1+,SC_2+1SC_3+/sc+/SCJ)KR4.4+,SC_

b）故障位置下游的FPI/DSU

標引序號說明：

0

Ise

ISC_1、ISC_2、ISC_3

ISC4_1=JsCH-ISC_1+ISC_2+ISC_3

一相電流互感器（或測量過電流的傳感器）；

一位于中壓饋線保護和/或FPI/DSU安裝位置上游的高壓/中壓變壓器提供的短路故障電流分量；

——位于連接在非故障中壓饋線1、2和3上的中小功率發(fā)電機給饋線4提供的短路故障電流分量（它們比繼電保護和FPI/DSU兩者最大電流的定值低或高都有可能）；

一相間或三相故障時由中壓饋線保護探測得到的電流（可能大于也可能小于繼電保護裝置最大電流整定值）。

圖21存在大量分布式電源的輻射狀電網(wǎng)的過電流——利用非定向FPI/DSU探測

故障不可靠（探測結果不正確或極低的靈敏度）

28

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ISC4_2=Isr+ISC_1+ISC_2+ISC_3+（ISC_DER4.4+ISC_DER4.3） 位于中壓饋線上FPI/DSU下游位置的相間或二相故

障的電流分量（沿饋線4來自FP1/DSU上游分布式電源，可能大于或小于FP1/DSU最大電流整定值）:

I ~ISC_DP：R1.2+ISC_DER1.1 位于中壓饋線上FPI/DSU上游位置的相間或二相故

障的電流分量（沿饋線4來自FPI/DSU下游分布式電源，可能大于或小于FPI/DSU最大電流整定值）。

圖21存在大量分布式電源的輻射狀電網(wǎng)的過電流——利用非定向FPI/DSU探測

故障不可靠（探測結果不正確或極低的靈敏度）（續(xù)）

該情況下，在由同一變電站母線供電的配電網(wǎng)中任何位置上，短路電流都含有來自分布式電源的電流分量。

電流分量尚不明確，因為它與發(fā)電機的類型和特性，以及系統(tǒng)接地方式密切相關，典型理論值為：——同步機，范圍大約在6p.u.?8p.u.標稱電流之間（次暫態(tài)電抗）；

異步機（無自勵系統(tǒng)），范圍大約在8p.u.?10p.u.標稱電流之間，數(shù)10ms；

一逆變器，范圍大約在1.1p.u.?1.3p.u.標稱電流之間等。

在一些情況下，一次能源的類型影響較小：

——水能；

化石能；

風會旨;

一太陽能等。

并且，發(fā)電機的使用方式（與發(fā)電周期、熱電聯(lián)產(chǎn)、純發(fā)電等相關）影響也較小。

由圖21所示，由于大量分布式電源的影響，無論是中壓饋線繼電保護裝置還是FPI/DSU.通過非定向指示探測過電流，也許不可能得到正確的探測結果。

對于存在大量分布式電源的配電網(wǎng)，分布式電源與高壓/中壓變壓器提供的故障電流相似，因此應有定向型FPI/DSU.以探測過電流故障。

如果故障點在FPI/DSU位置附近，則可采用電壓記憶原理，即記錄故障發(fā)生前至少一組健全相的電壓（線電壓或相電壓）。

29

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附錄A

（資料性）

環(huán)網(wǎng)中FPI或DSU的故障探測示例

A.1概述

本附錄給出了一個環(huán)網(wǎng)中FPI或DSU的故障探測示例，介紹了一種基于二端口網(wǎng)絡數(shù)學思想的環(huán)網(wǎng)建模方法。下述研究的電網(wǎng)拓撲是由來自于變電站同一條一次母線的兩條輻射狀出線閉合構成的環(huán)路。

A.2二端口模型

一個中壓線路可以由一個集中參數(shù)模型來表示。不依賴于所用的模型，每條線路分支（例如：單相）與所采用的模型無關，均可假設為二端口模型。

圖A.1所示模型為線性無源型。

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圖A.1二端口

輸人值與輸出值之間的關系可由式（A.1）線性方程得出:

Ji]LcdJ2_

式中：

r——縱向線路分支上每千米的電阻，單位為歐姆每千米（fl/km）；I 縱向線路分支上每千米的電感，單位為亨每千米（H/km）;

c——縱向線路分支上每千米的電容，單位為法每千米（F/km）；a 線路長度，單位為千米（km）;

z=rj;

3^=jcoc（在絕緣良好的線路中，電導可忽略）；

k=\/zy;

A=cosh（々a）;

B=zosinh（々a）;

C=——sinh（々a）o

在單線路分支的情況下（例如以均質(zhì)材料制造時），D=A。上述2X2矩陣中的各元素可通過傳輸線方程得到。

A.3閉環(huán)線路外的線路發(fā)生故障時對零序值的分析

當輻射狀中壓電網(wǎng)上發(fā)生故障時，故障線路所在母線上的正常區(qū)段的零序電壓均剛好超前于零序電流90°，且與中性點是否接地無關。

在一個閉環(huán)線路中，當故障發(fā)生在同一母線上的另一條線路上時，零序電壓與零序電流之間的夾角從90°開始變化，這個變化取決于測量點的位置和線路的物理特性。

如果上述的變化未知，則FPI或DSU的設置就可能會導致意外跳閘。下面介紹一種評估此類變化的方法。

當零阻抗接地故障發(fā)生在一條母線上（母線上還連接著回路上的其他分支線路）的其中一條線路上時，零序回路的零序電壓和滿額相電壓相近。

零序回路由一系列環(huán)節(jié)（二端口）級聯(lián)而成，從中壓母線到同一母線上的最后一個環(huán)節(jié)（見圖A.2）。這種情況時，零序縱向阻抗和橫向阻抗都應加以考慮。

母線

二端口

r2 二端口

圖A.2二端口級聯(lián)

因此，將H,?定義為z因子二端口的復矩陣，回路等效矩陣見式（A.2）：

（A.2）

i=l

式中：

N 支路數(shù)量。

首先可以得出的是，由于矩陣H,支路具備非齊次性，故可得A^D。

31

計算回路中不同區(qū)段的零序電壓和零序電流。首先，分解帶兩個零序電流^^和J2，Isd的系統(tǒng)，這兩個零序電流流經(jīng)回路上兩個支線的中壓母線。

因為這兩個分支連接在同一中壓一次母線上，所以有Vl.rsd^^z.rsd^Vrsd。見式（A.3）:

Vrsd

11，rsdj

hi,i

^2,1

"1，2

"2,2」

rsd

M2,rsd

(A.3)

式中：，因此用于解這個系統(tǒng)的電流和不相等。系統(tǒng)的解見式（A.4）和式（A.5）:

?A

zk

rsd

tvr-

rsd

?A

-

Tx

\l7

(A.4)

(A.5)

(A.6)

如果回路的初始電流和最終電流已知，則可以反向計算出每個區(qū)段的電流。當計算出支路7下游的零序電壓和零序電流后，可通過式（A.6）得到回路中不同區(qū)段的零序電壓和零序電流：

j，rsd

^=>-1?

=立^7-1

vIsA

_Zj，rsd_

i=Q

1，rsd_

式中:

Vprsd和Vj，rsd——二端口7的零序電壓和零序電流。

A.4閉環(huán)上發(fā)生故障時