基于电子互感器的单相接地故障判断处理方法
技术领域
本发明属于智能电网领域,尤其是一种基于电子互感器的单相接地故障判断处理方法。
背景技术
我国电网110KV\10KV及35KV\10KV变压器的10KV侧都是星形接线结构,三相(A、B、C)有一共同点,该共同点被称为中性点。我国10KV电网中性点采用了“不直接接地、或经电阻接地、或经消弧线圈接地”方式,这种不接地接线方式带来的优点是:一条线路的一相发生单点接地时候,电网线电压的对称性不被破坏,电网可以继续运行2小时;其存在的问题是:非接地相的对地电压升高,对绝缘造成威胁,必须尽快确定接地线路及接地点,以保护电网设备和用电设备。在电网10KV侧存在以下一些特性作为判断单相接地故障的依据:
(1)10KV网架发生单相接地故障是非常频发的;
(2)在每条线路上会产生零序电流,但电流数值很小(小于10A);
(3)传统的电磁感应电流传感器(传统CT),对1A、3A、7A等这类很小的电流测量精度很难得到保障,其误差在20%~80%之间;
(4)一条线路发生单相接地时其零序电流分布规律如图1所示,电源母线到接地点之间都会有零序电流,但越靠近母线零序电流越小,越接近接地点零序电流则越大,从接地点到线路末端,零序电流的分布基本保持不变。
(5)如变电站10KV有10条出线,其中线路上还会设置开关5台,如图2所示。发生单相接地后,包括母线在内所有线路的接地相电压都是零,但会形成33V以上的零序电压(没有发生单相接地时候,零序电压肯定小于10V);变电站和10条出线组成的网架区域是所有技术的对象,从小于10V零序电压到产生30V零序电压是发生单相接地的标志;从30V零序电压出现到回复到10V以下零序电压是成功隔离了接地线的标志。
目前,单相接地选线技术基本上都是在图2所界定的网架区域或界定区域的部分来开展的。一种解决解决方案是:单相接地变电站局部解决技术方案,例如,中国专利文献“小电流接地电网单相接地故障选线装置(专利号:ZL200320126180.5)”和中国专利文献“小电流接地电网单相接地故障选线方法与装置(ZL200310119119.2)”均以图2所界定区域的一部分即变电站为对象。由于这类技术方案的基础都是选择专用的零序电流互感器(对于小电流10A以下其固有的物理特征导致)误差很大,该技术方案仅仅在每条线路的起点安装了检测,其固有的数据来源基础和信息量仅仅限于变电站,没有任何来自于线路上数据信息;因此,在发生接地后,当仅仅接地线路“就是具体一条确定的线路”的正确率较低(通常只能达到只有70%左右)。
另一种解决方案是单相接地集中式整体解决方案,例如,中国专利文献“一种配电网单相接地故障的判断方法(申请号为00125749.8)”和中国专利文献“小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法(申请号为02138941.1)”都是在配电自动化的基础上通过获取分布在各条线路上的监测终端的各种相关测量数据进行分析计算,依据不同的接地故障启动条件,接地故障线路选线判据来实现“接地区段”的判断,并通过主站进行遥控命令来实现接地区域隔离和其他区域恢复供电。在这类技术方案中,虽然线路上的检测装置为单相接地判断带来了丰富的数据,但由于线路上只能采用“相电流向量的和产生零序电流”,其误差依就很大。主站如何得到“有效可信”特征量并以此为基础来进行比较分析判断,此类技术方案都在回避这些基础性问题,没有给出有说服力的技术保障措施。
随着智能电网的大力推广应用,基于新型传感检测技术的电子式互感器逐渐取代了传统的专用零序电流CT或相电流CT;以电子式互感器为基础的各类智能装置广泛地应用到智能电网中,在如图2所示的单相接地对象区域的线路中,不仅仅装设了开关设备,而且还装设检测装置(电力自动化行业简称FTU),使用这种检测装置可以更加全面地获得单相接地发生后对象区域内特征量,如何充分利用单相接地发生后对象区域内特征量来进行单相接地故障判断及处理,是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种设计合理、能够准确可靠判断单相接地故障并进行恢复处理的基于电子互感器的单相接地故障判断处理方法。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种基于电子互感器的单相接地故障判断处理方法,包括以下步骤:
步骤1:变电站单相接地特征量检测装置和线路单相接地特征量检测装置采集单相接地特征量并组包上传给主站系统内的故障定位处理机;
步骤2:主站系统内的故障定位处理机进行单相接地故障定位。
而且,在步骤2后,还包括主站系统内的故障定位处理机对单相接地故障进行隔离与恢复处理步骤。
而且,所述步骤1包括如下处理步骤:
(1)正常采集过程:各个单相接地检测装置连续采集电压、电流并计算零序电压,并通过零序电压判断是否发生单相接地故障,当判断出现发生单相接地故障时,进入密集采集过程;
(2)单相接地后的密集采集过程:各个单相接地检测装置每秒采集1次单相接地特征量,连续采集60次的单向接地特征量;
(3)当各个单相接地检测装置收到主站内的故障定位处理机的召唤命令后,将采集到60次特征量组成数据包上传到主站系统中的故障定位处理机。
而且,所述单相接地特征量包括:零序电流、电流的5次谐波分量和零序电流方向。
而且,所述步骤2包括如下处理步骤:
(1)实时监视是否有单相接地故障发生,当有单相接地故障发生时向单相接地检测装置发出召唤命令;
(2)故障定位处理机对单相接地检测装置发送的单相接地特征量进行预处理形成可靠有效的数据;
(3)根据单相接地区段定位条件找出单相接地位置。
而且,所述故障定位处理机进行预处理包括如下处理步骤:
(1)对同一检测点的不同时间点的特征量进行均值处理;
(2)线路上相邻检测点的5次谐波分量的绝对差异量求和;
(3)计算线路的零序电流方向指标;
(4)计算线路选线的综合特征量。
而且,所述步骤(1)对同一检测点的不同时间点的特征量进行均值处理的计算公式为:
(公式1)
(公式2)
式中:
I0ij:第i条线路上的第j个检测点的零序电流平均值,简称为检测点零序电流;
I5ij:第i条线路上的第j个检测点的谐波分量平均值,简称为检测点谐波分量;
Fij:第i条线路上的第j个检测点的零序电流方向,简称为检测点零序电流方向;
所述步骤(2)线路上相邻检测点的5次谐波分量的绝对差异量求和公式为:
(公式4)
式中:
ΔIij=|I5ij-I5i(j+1)|;
ΔIij:线路i上的j检测点处与(j+1)检测点处的谐波分量的差异量;
ΔLi:线路i的谐波分量差异量;
Δ3I5:线路上相邻检测点的谐波分量差异量;
所述步骤(3)计算线路的零序电流方向指标的计算公式为:
(公式5)
式中:FXLi表示第i条线路的零序电流方向指标;
所述步骤(4)计算线路选线的综合特征量的计算公式为:
(公式6)
式中:
I5i0:第i条线路的第0点上传的检测点电流谐波分量;
α:线路电流谐波分量的相关比例系数;
β:线路零序电流方向的相关比例系数;
Xi:线路i的综合特征量。
而且,所述的根据单相接地区段定位条件找出单相接地位置的步骤包括如下处理步骤:
(1)从线路选线的综合特征量中选出前三个最大值,以它们所代表的线路为备选线路;
(2)从备选线路上的所有检测点谐波分量中找出最大值,该最大值所在线路即为发生单相接地线路;
(3)从发生单相接地的线路上的所有相邻检测点的谐波分量的差异量中找出最大值,该最大值所代表的相邻检测点所在区段即为发生单相接地区段。
而且,故障定位处理机进行单相接地的隔离与恢复处理的处理步骤包括如下步骤:
(1)主站系统根据故障定位处理机得到单相接地区段位置对远端开关进行遥控分闸,将故障区段从正常运行的电网中隔离;
(2)主站系统根据网络拓扑图对存在备用电源的非单相接地线路遥控相应的远端开关合闸供电;
(3)单相接地故障消除后,遥控相应远端开关分闸或合闸,恢复原来的供电模式。
本发明的优点和积极效果是:
本发明采用单相集中式整体解决技术方案,通过安装在变电站内的变电站单相接地特征量检测装置和安装在线路上的线路单相接地特征量检测装置采集单相接地特征量,然后通过主站系统内的故障定位处理机可以快速、准确地确定单相接地区段的具体位置,还可以遥控远端开关进行单相接地的隔离与恢复处理,提高了单相接地判断的准确性,保证了配电网工作的可靠性和安全性,有效保护了电网设备和用电设备。
附图说明
图1是线路发生单相接地时的零序电流分布规律图;
图2是由变电站和10条出线组成的网架区域示意图;
图3是单相接地故障判断处理系统的三层结构示意图;
图4是单相接地特征量检测装置的处理流程图;
图5是主站系统中的故障定位处理机的处理流程图;
图6是故障定位处理机进行特征量预处理的流程图;
图7是故障定位处理机进行单相接地故障处理的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种基于电子互感器的单相接地故障判断处理方法,是在如图3所示的单相接地故障判断处理系统中实现的,该处理系统采用如下三层系统结构:
第1层为采集层:包括安装在变电站内的变电站单相接地特征量检测装置(SubFTU)和安装在线路上的线路单相接地特征量检测装置(FTU),变电站单相接地特征量检测装置和线路单相接地特征量检测装置分别采集电压及电流信号并计算生成单相接地特征量并通过通讯层传输到主站内的故障定位处理机上;
第2层为通讯层:利用配电网专用光纤网或3G公共无线数据传输网将单相接地特征量检测装置采集的单相接地特征量传输给主站系统内的故障定位处理机或将故障定位处理机的故障处理命令传输给配电网中的开关设备以对单相接地进行隔离与恢复处理;
第3层位为定位判断处理层:在主站系统中设有故障定位处理机与通讯层相连接,该故障定位处理机在硬件上为一台数据服务器并运行故障定位处理软件,进行故障定位和隔离恢复处理。
一种基于电子互感器的单相接地故障判断处理方法,包括以下步骤:
步骤1:变电站单相接地特征量检测装置(SubFTU)和线路单相接地特征量检测装置(FTU)采集单相接地特征量并组包上传给主站系统内的故障定位处理机;如图4所示,本步骤包括以下处理过程:
(1)正常采集过程:各个单相接地检测装置连续采集电压、电流并计算零序电压,并通过零序电压判断是否发生单相接地故障,当判断出现发生单相接地故障时,进入密集采集过程;
其中,通过零序电压可以判断是否发生单相接地故障。
(2)单相接地后的密集采集过程:各个单相接地检测装置按一定频率采集一组单相接地特征量,例如,每秒采集1次单相接地特征量,连续采集60次的单相接地特征量,采集的单相接地特征量包括:零序电流、电流的5次谐波分量和零序电流方向;
(3)当各个单相接地检测装置收到主站内的故障定位处理机的召唤命令后,将采集到的一组单相接地特征量(即60次特征量)组成数据包上传到主站系统中的故障定位处理机;
单相接地检测装置传输给主站内的故障定位处理机的数据包包括以下项目:
①数据包中特征量采集的起始时间;
②原始零序电流:依照时间的先后顺序,连续60个零序电流;
③原始谐波分量:依照时间的先后顺序,连续60个电流的5次谐波分量;
④原始零序电流方向:依照时间的先后顺序,连续60个零序电流的方向,正方向表示为1,反方向表示为-1;
⑤数据包中特征量采集的结束时间。
步骤2:主站系统内的故障定位处理机进行单相接地故障定位;
如图5所示,该步骤包括以下处理步骤:
(1)实时监视是否有单相接地故障发生,当有单相接地故障发生时向单相接地检测装置发出召唤命令;由于在线路中发生故障时,SubFTU及FTU将主动向故障定位处理机上传故障报警信号,因此,故障定位处理机收到报警信号后召唤SubFTU及FTU的故障数据。
(2)故障定位处理机对单相接地检测装置发送的单相接地特征量进行预处理形成可靠有效的数据;如图6所示,该处理步骤包括:
①对同一检测点的不同时间点的特征量进行均值处理;
对FTU及SubFTU上传的原始零序电流、原始谐波分量、原始零序电流方向做时间轴上的均值处理,计算公式如下:
(公式1)
(公式2)
式中:
I0ij:第i条线路上的第j个检测点的零序电流平均值,简称为检测点零序电流;
I5ij:第i条线路上的第j个检测点的谐波分量平均值,简称为检测点谐波分量;
Fij:第i条线路上的第j个检测点的零序电流方向,简称为检测点零序电流方向;
②线路上相邻检测点的5次谐波分量的绝对差异量求和;
根据从采集层获得的大量原始特征量,计算单相接地发生后相邻FTU检测点的电流5次谐波分量的绝对差异量,并对对每条线路上的所有绝对差异量求和,其计算公式如下:
(公式4)
式中:
ΔIij=|I5ij-I5i(j+1)|
ΔIij:线路i上的j检测点处与(j+1)检测点处的谐波分量的差异量
ΔLi:线路i的谐波分量差异量
Δ3I5:线路上相邻检测点的谐波分量差异量
以上处理方法所依据的原理是:非单相接地线路上的相邻检测点的零序电流的差异很小。单相接地线路上,电源母线到接地点之间都会有零序电流,但越靠近母线零序电流越小,越接近接地点零序电流则越大,从接地点到线路末端,零序电流的分布基本保持不变。
③计算线路的零序电流方向指标;
根据线路上的各个FTU上传的检测点零序电流方向计算出线路零序电流方向指标,其计算公式如下:
(公式5)
式中:
FXLi表示第i条线路的零序电流方向指标。
当单相接地发生时,FXLi中值最小的线路为发生单相接地线路,其余线路为非单相接地线路。
上述公式所依据的基本原理是:假定从母线流出的零序电流方向为正,在发生单相接地时,在存在方向测量误差的前提下,非单相接地线路上的绝大部分检测点零序电流方向都是正方向。单相接地线路零序电流方向为从接地点到母线为反方向,从接地点到线路末端为正方向。单相接地线路上的反方向的检测点零序电流方向一定多于非单相接地线路。
④计算线路选线的综合特征量;
线路选线的综合特征量是用于变电站单相接地选线的一个指标,其计算公式如下:
(公式6)
式中:
I5i0:第i条线路的第0点(即SubFTU)上传的检测点电流谐波分量;
α:线路电流谐波分量的相关比例系数;
β:线路零序电流方向的相关比例系数;
Xi:线路i的综合特征量;
其中,α,β与线路的电容电流大小,线路长度及检测点数目等有关。
(3)根据单相接地区段定位条件找出单相接地位置
当主站系统内的故障定位处理机对单相接地特征量进行了预处理之后,根据得到的线路选线的综合特征量及检测点的特征量,按照如下方法对单相接地线路进行选线与选段:
①从线路选线的综合特征量中选出前三个最大值,以它们所代表的线路为备选线路;
②从备选线路上的所有检测点谐波分量中找出最大值,该最大值所在线路即为发生单相接地线路;
③从发生单相接地的线路上的所有相邻检测点的谐波分量的差异量中找出最大值,该最大值所代表的相邻检测点所在区段即为发生单相接地区段。
通过上述步骤即可准确判断发生单相接地所在的具体位置,为下一步进行隔离与恢复打下了坚实的基础。
步骤3:主站系统内的故障定位处理机对单相接地故障进行隔离与恢复处理步骤。
在确定了发生单相接地区段后,故障定位处理机进行单相接地的隔离与恢复处理,如图7所示,包括以下步骤:
(1)主站系统根据故障定位处理机得到单相接地区段位置对远端开关进行遥控分闸,将故障区段从正常运行的电网中隔离;
(2)主站系统根据网络拓扑图对存在备用电源的非单相接地线路遥控相应的远端开关合闸供电;
(3)单相接地故障消除后,遥控相应远端开关分闸或合闸,恢复原来的供电模式。
通过上述步骤即可对单相接地故障进行隔离与恢复处理,保护电网设备和用户设备。
本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此发明并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。