Fault location in resonant earthed medium voltage distribution systems

QC 20221123

Abstract

En stor utmaning i eldistributionssystem är att förbättra tillförlitligheten i elförsörj\-ningen på ett ekonomiskt sätt. Vid systemets lägsta mellanspännings\-nivåer, såsom 10 kV eller 20 kV, kan en ledning försörja hundratals nätkunder genom tiotals nätstationer, med många nätgrenar av ledningar och kablar där fel kan uppstå. Spoljordning används ofta för sådana nät i Sverige, vilket gör att jordfelsströmmar kan hållas på låga nivåer som 10 A. Detta medför vissa fördelar med säkerhet och med undvikande strömavbrott vid övergående fel. De låga strömmarna, mycket mindre än vanliga belastningsströmmar, gör det dock svårt att lokalisera fel. I vissa länder kan sådana system användas samtidigt som ett jordfel spåras, eller en lägre jordningimpedans kan kopplas in för att ge en tydligare felström. I Sverige finns krav av elsäkerhetsskäl att jordfel  i de flesta typer av mellanspänningsnät ska bortkopplas utan fortsatt drift, vilket innebär att ett enstaka jordfel i ett omfattande mellanspänningsnät kan orsaka avbrott för alla kunder innan felet lokaliseras och repareras. Flera tillvägagångssätt har vidtagits av nätföretag för att minska dessa avbrottstider och därmed öka leveranssäkerheten.

Fokus för detta arbete är att utveckla metoder för att fastställa var ett fel finns, för att påskynda både reparationsprocessen och eventuella nät\-omkopp\-lingar som kan återställa försörjningen till kunder utanför sektionen där elfelet inträffar. Sådana metoder inkluderar sann fellokalisering (FL), som ger ett uppskattat avstånd till ett fel, samt felpassageindikation (FPI), som ger ett ja/nej svar angående om felet detekterades nedströms om FPI-enheten. En jämförelse mellan FL och FPI görs, från vilken en nyckelresultat är att klassisk central FL behöver en noggrannhet utöver vad som finns tillgängligt för närvarande om det ska ge en bättre förbättring av leveranssäkerheten än ett fåtal välplacerade FPI-enheter. Tre algoritmer lämpliga för FPI:er föreslås, som använder endast strömmätningar från olika delar av nätverket för att identifiera den felaktiga sektionen. En av metoderna är baserad på informationen från de andra fasernas fasvinklar i förhållande till den felaktiga fasen. Den visar goda resultat för underkompenserade nät och även under höga belastningsförhållanden, fast inte vid höga laddningsströmmar som kan finnas i  kabelnät. En annan metod använder inkrementella fasströmmar och visar lovande resultat för överkompenserade nätverk men inte för underkompenserade fall. Den tredje metoden använder magnituden av nollsekvensströmmen vid mätstället. Den visar bra resultat för homogena nät i både över- och underkompenserade fall. En fellokaliseringsmetod som använder mätningar från flera ställen i nätverket presenteras och testas också. Dess största problem är dess känslighet för högre motstånd vid felet.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-321739