CN102185290B - 单相接地故障自愈方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单相接地故障自愈方法，包括：步骤102，实时检测配电系统中是否发生单相接地故障；步骤104，当确定所述配电系统中发生所述单相接地故障时，确定发生所述单相接地故障的线路；步骤106，闭合所述线路的负荷侧的联络开关，然后，打开所述线路的负荷侧的进线开关，最后打开所述线路的电源侧的开关。根据本发明的技术方案能够将中性点非有效接地系统中的单相接地故障自动快速隔离，并且在故障隔离过程中负荷不失电。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统保护和控制技术，具体而言，涉及单相接地故障自愈方法。
背景技术
故障自愈指无需或仅需少量人为干预来实现电力网络中存在问题的元器件的隔离或使其恢复正常运行，最小化或避免用户的供电中断。智能配电网建设的核心是实现系统自愈。自愈的内容包括自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复。自愈的目标是避免负荷停电，保证用户供电可靠性。
配电线路直接与负荷相连，配电线路的安全可靠运行直接关系负荷供电的可靠性，然而配电线路故障不可避免。围绕配电线路故障处理，电力工作者进行了广泛深入的研究。围绕短路故障，提出了配电线路自动化技术；围绕不构成短路回路的单相接地故障，提出了单相接地线路判定技术。配电线路自动化技术在短路故障发生后，快速判断故障，实现故障隔离，在故障隔离后，使失电负荷恢复供电。单相接地线路判定技术，在单相接地故障发生后，选择接地线路，再由人工切除接地线路，隔离故障。以上所描述的配电线路故障处理技术，为了保护电力设备的安全，在故障发生时，首先将故障线路从系统中隔离。现有配电网普遍采用闭环结构，开环运行。当向负荷供电的配电网中的任一电力线路因故障被迫退出运行后，该电力线路所带的负荷不得不停电。现有配电线路故障处理技术不能满足智能配电网故障自愈的要求。
因此，为了能够满足自愈要求，在隔离单相接地故障过程中保证负荷不失电，需要一种新的单相接地故障处理技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种单相接地故障自愈方法，实现在隔离单相接地故障线路过程中能够保证负荷不失电，满足配电系统的自愈要求。
本发明提供了一种单相接地故障自愈方法，包括：步骤102，实时检测配电系统中是否发生单相接地故障；步骤104，当确定所述配电系统中发生所述单相接地故障时，确定发生所述单相接地故障的线路；步骤106，闭合所述线路的负荷侧的联络开关，然后，打开所述线路的负荷侧的进线开关，最后打开所述线路的电源侧的开关。
在上述技术方案中，优选地，所述步骤102可以包括：实时监测所述配电系统中母线的三相电压，将所述三相电压与整定值进行比较，以确定所述配电系统是否发生单相接地故障，其中，所述整定值包括第一整定值和第二整定值，所述第一整定值大于所述第二整定值，当所述三相电压中任意两相电压均大于所述第一整定值，所述三相电压中的剩余一相电压小于所述第二整定值时，则判定发生所述单相接地故障。
在上述技术方案中，优选地，所述第一整定值为1.2倍的相电压，所述第二整定值为0.5倍的相电压。
在上述技术方案中，优选地，所述步骤104可以包括：步骤1042，当确定所述配电系统中发生所述单相接地故障后，基于变电站的所有出线上的电流之间的幅值的相对关系和极性的相对关系确定发生所述单相接地故障的第一线路；步骤1044，基于开闭所的所有出线上的电流之间的幅值的相对关系和极性的相对关系确定发生所述单相接地故障的第二线路；以及步骤1046，确定所述第一线路和所述第二线路是否为同一线路，当确定所述第一线路和所述第二线路为同一线路时，确定所述线路为单相接地故障线路。
在上述技术方案中，优选地，所述步骤1042可以包括：采集所述变电站的所有出线上的电流行波，对所有出线上的所述电流行波分别进行小波变换以求取小波变换系数，提取所述小波变换系数的模极大值来获取所述电流行波的极性和幅值特征，比较所有出线上的所述电流行波的极性和幅值特征，以选择出发生所述单相接地故障的线路，其中，发生所述单相接地故障的线路的电流行波的幅值最大且发生所述单相接地故障的线路的电流行波的极性与非接地故障线路的电流行波的极性相反。
在上述技术方案中，优选地，所述步骤1044可以包括：采集所述开闭所的所有出线上的电流行波，对所有出线上的所述电流行波分别进行小波变换以求取小波变换系数，提取所述小波变换系数的模极大值来获取所述电流行波的极性和幅值特征，比较所有出线上的所述电流行波的极性和幅值特征，以选择出发生所述单相接地故障的线路，其中，发生所述单相接地故障的线路的电流行波的幅值最大且发生所述单相接地故障的线路的电流行波的极性与非接地故障线路的电流行波的极性相反。
在上述技术方案中，优选地，所述小波变换的小波函数为三次B样条函数的一阶导函数，所述小波变换为四层小波变换。
在上述技术方案中，优选地，所述电流行波的采样频率为1兆赫，数据窗时长度为128微秒。
通过本发明的技术方案，可以检测出单相接地故障，确定发生单相接地故障的线路，在隔离故障线路时不影响负荷的供电，实现单相接地故障自愈技术。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的单相接地故障自愈方法的流程图；
图2示出了根据本发明的实施例的配电网一次系统的示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的单相接地故障检测的流程图；
图4示出了根据本发明的实施例的确定单相接地故障线路的流程图；
图5示出了根据本发明的实施例的单相接地故障隔离的流程图；以及
图6示出了根据本发明的实施例的单相接地故障自愈方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本发明的实施例的单相接地故障自愈方法的流程图。
如图1所示，根据本发明的实施例的单相接地故障自愈方法包括：步骤102，实时检测配电系统中是否发生单相接地故障；步骤104，当确定配电系统中发生单相接地故障时，确定发生单相接地故障的线路；步骤106，闭合线路的负荷侧的联络开关，然后，打开线路的负荷侧的进线开关，最后打开线路的电源侧的开关。
在上述技术方案中，优选地，步骤102可以包括：实时监测配电系统中母线的三相电压，将三相电压与整定值进行比较，以确定配电系统是否发生单相接地故障，其中，整定值包括第一整定值和第二整定值，第一整定值大于第二整定值，当三相电压中任意两相电压均大于第一整定值，三相电压中的剩余一相电压小于第二整定值时，则判定发生单相接地故障。
在上述技术方案中，优选地，第一整定值为1.2倍的相电压，第二整定值为0.5倍的相电压。
在上述技术方案中，优选地，步骤104可以包括：步骤1042，当确定配电系统中发生单相接地故障后，基于变电站的所有出线上的电流之间的幅值的相对关系和极性的相对关系确定发生单相接地故障的第一线路；步骤1044，基于开闭所的所有出线上的电流之间的幅值的相对关系和极性的相对关系确定发生单相接地故障的第二线路；以及步骤1046，确定第一线路和第二线路是否为同一线路，当确定第一线路和第二线路为同一线路时，确定线路为单相接地故障线路。
在上述技术方案中，优选地，步骤1042可以包括：采集变电站的所有出线上的电流行波，对所有出线上的电流行波分别进行小波变换以求取小波变换系数，提取小波变换系数的模极大值来获取电流行波的极性和幅值特征，比较所有出线上的电流行波的极性和幅值特征，以选择出发生单相接地故障的线路，其中，发生单相接地故障的线路的电流行波的幅值最大且发生单相接地故障的线路的电流行波的极性与非接地故障线路的电流行波的极性相反。
在上述技术方案中，优选地，步骤1044可以包括：采集开闭所的所有出线上的电流行波，对所有出线上的电流行波分别进行小波变换以求取小波变换系数，提取小波变换系数的模极大值来获取电流行波的极性和幅值特征，比较所有出线上的电流行波的极性和幅值特征，以选择出发生单相接地故障的线路，其中，发生单相接地故障的线路的电流行波的幅值最大且发生单相接地故障的线路的电流行波的极性与非接地故障线路的电流行波的极性相反。
在上述技术方案中，优选地，小波变换的小波函数为三次B样条函数的一阶导函数，小波变换为四层小波变换。
在上述技术方案中，优选地，电流行波的采样频率为1兆赫，数据窗时长度为128微秒。
通过本发明的技术方案，可以检测出单相接地故障，选择出发生单相接地故障的线路，在隔离该故障的线路时可以保证负荷不失电，实现单相接地故障自愈技术。
由于配电线路普遍采用中性点非有效接地方式，具体包括：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高阻接地。中性点非有效接地系统在发生单相接地故障时，可不立即停止对用户供电。故本发明的技术方案以此为前提，实时检测系统中是否发生了单相接地故障；在单相接地故障发生后，依次执行单相接地故障线路的确定和单相接地故障隔离，在隔离过程中不影响负荷的供电，满足单相接地故障自愈要求。本发明的技术方案中所提及的单相接地故障检测、单相接地故障线路的确定和单相接地故障隔离的具体原理如下：
1.单相接地故障检测
在中性点非有效接地系统中，当系统正常运行时，三相电压对称，零序电压为零。当发生单相接地故障时，接地相电压降低，健全相电压升高，零序电压升高。在金属性接地时，接地相电压降低为零，健全相电压升高为线电压，出现很大的零序电压。
因此，基于配电系统中的电压电气量的这些特征，可有效判定系统中是否发生了单相接地故障，例如，可以基于系统母线上的电压互感器开口三角侧测量电压。当系统正常运行时，电压互感器开口三角侧测量电压仅为系统不平衡电压；当发生单相接地故障时，电压互感器开口三角侧测量电压升高为三倍的相电压。
2.单相接地故障线路的确定
中性点非有效接地系统单相接地故障线路的确定方法有许多种，包括零序电流比幅比相法、暂态线路确定法、谐波线路确定法、外加信号法和行波线路确定方法等等。因为行波线路确定方法不受中性点接地方式、系统运行方式和过渡电阻等的影响，所以本发明的技术方案中采用行波线路确定方法。
当配电网中发生单相接地故障时，故障点将产生故障行波。根据电磁波理论，故障点产生的故障行波将沿着故障线路向系统中传播。在故障行波到达测量点母线时，故障行波将在测量点母线处发生折反射，一部分故障行波透射进非故障线路，一部分故障行波反射回故障线路。故障线路感受到的初始行波为入射行波和反射行波的叠加；而非故障线路感受到的初始行波为折射行波。如果把测量点母线看作一个节点，则根据基尔霍夫电流定律，任一时刻流入节点的电流等于流出的电流，故障线路的电流初始行波为流入节点的电流，非故障线路的电流初始行波为流出节点的电流。因此，故障线路的电流初始行波大于非故障线路的电流初始行波；在同样的电流参考方向下，故障线路的电流初始行波与非故障线路的电流初始行波极性相反。因此，基于线路的电流初始行波的幅值和极性特征，可实现配电网单相接地故障线路的确定。
3.单相接地故障隔离
单相接地故障隔离是单相接地故障自愈方法的核心。接地线路故障隔离包括接地线路电源侧和负荷侧两端从系统中隔离。传统的配电系统接地线路的隔离是先断开电源侧的断路器，再打开负荷侧的断路器。这种隔离模式的特点是电源侧断路器打开后，负荷失电，不能满足故障自愈的要求。而本发明的单相接地故障自愈方法提出了先闭合故障线路的负荷侧的联络开关，然后再打开故障线路的负荷侧的进线开关，最后打开故障线路的电源侧的开关的隔离方案，保证接地线路隔离过程中负荷不失电，满足故障自愈的要求。
根据以上所述描述的单相接地故障检测、单相接地故障线路的确定和单相接地故障隔离的具体原理可知，首先，分别实时监测配电系统中变电站或开闭所母线上的电压，将电压与整定值进行比较，判断配电系统中是否发生了单相接地故障；在判断系统中发生了单相接地故障后，变电站或开闭所分别基于出线上的电流之间的幅值极性相对关系，选择发生单相接地线路；在变电站和开闭所分别选出了单相接地线路后，通过通信如无线通信网络交互各自的线路确定结果，最终确认配电系统中的单相接地故障线路；在确认单相接地故障线路后，变电站和开闭所分别发出开关开合指令。该开关开合指令具体为：先闭合单相接地故障线路负荷侧的联络开关，保证负荷侧短时从两端供电；然后，打开单相接地故障线路负荷侧的进线开关，实现单相接地故障线路负荷侧隔离；最后打开单相接地故障线路电源侧的开关，实现单相接地故障线路的电源侧从系统中隔离。
下面结合附图来进一步说明本发明的具体技术方案。
图2示出了根据本发明的实施例的配电网一次系统的示意图。
如图2所示，本发明的实施例的配电网一次系统，变电站202有两台主变：1#主变为35kv和2#主变为10kv，下一级为开闭所204。该配电网一次系统正常运行时，变电站202的I段母线和II段母线分列运行，母联开关B100断开；开闭所204的I段母线和II段母线也分列运行，母联开关B900断开。开闭所204线路的负荷既可由线路L113供电，也可由线路L123供电。
图3示出了根据本发明的实施例的单相接地故障检测的流程图。
在图3所示，步骤302，进行三相工频电压监测，即实时监测配电系统母线上的三相电压，接着对三相电压进行傅里叶变换，进而获取三相电压有效值。
步骤304，接着将该三相电压有效值与整定值进行比较，整定值有两个，在本实施例中，将整定值1设定为1.2倍的相电压，整定值2设定为0.5倍的相电压。判断是否满足三相电压中的任意两相电压大于整定值1，而剩余一相小于整定值2，当判断结果为是时进入步骤306，当判断结果为否时回到步骤302。
步骤306，判定系统中发生了单相接地故障。
在检测出配电系统发生单相接地故障之后，需确定哪条线路发生了单相接地故障，图4说明了如何确定单相接地故障线路。
图4示出了根据本发明的实施例的确定单相接地故障线路的流程图。
如图4所示，本实施例基于零模电流行波进行单相接地故障线路的确定。
步骤402，通过配电线路上安装的零序电流互感器采集零模电流行波，实时监测所有出线上的零序电流互感器感受到的零模电流行波，在本实施例中，零模电流行波的采样频率为1兆赫，数据窗时长度为128微秒。
步骤404，接着对采集到的零模电流行波进行小波变换，在本实施例中，小波函数取为三次B样条函数的一阶导函数，对零模电流行波进行四层小波变换。
步骤406，进而提取四层小波变换的模极大值，获取零模电流行波的极性和幅值特征。
步骤408，比较所有线路的小波变换的模极大值，即获得所有出线上的零模电流行波的幅值的相对关系和极性的相对关系特征。
步骤410，由于接地线路电流行波的幅值最大，且接地线路的电路行波的极性与非接地线路的电路行波的极性相反，故根据获得的所有出线上零模电流行波的幅值的相对关系和极性的相对关系特征可以选择出接地线路，本实施例中，可以基于变电站的出线确定发生单相接地故障的线路，基于开闭所的出线也确定发生单相接地故障的线路。
步骤412，接收相邻线路确定装置的故障路线的确定结果，例如变电站的线路确定装置接收来自开闭所的线路确定装置的故障路线的确定结果。
步骤414，最后，比较本线路确定装置的故障路线的确定结果和相邻线路确定装置的故障路线的确定结果，如果两个装置的线路确定结果一致，则最终判定该故障线路为配电系统的接地线路，例如如果变电站确定的发生单相接地故障的线路和开闭所确定的发生单相接地故障的线路为同一条线路，则可以最终判定系统中发生单相接地故障的线路。
在判断出配电系统的单相接地故障线路后，需进行单相接地故障线路的自愈，下面结合图5来说明本发明的技术方案的核心部分。
图5示出了根据本发明的实施例的单相接地故障隔离的流程图。
在图5中，在判定单相接地故障线路后，步骤502，首先，闭合单相接地故障线路负荷侧的母联开关，保证该负荷可以短时从两端供电。
步骤504，接着，打开单相接地故障线路负荷侧的进线开关，从负荷侧隔离接地。
步骤506，最后，打开单相接地故障线路的电源侧开关，从电源侧隔离接地，实现接地线路从配电系统中隔离。
以上说明了本发明的技术方案中的各部分的具体方案，下面完整地说明本发明的技术方案。
图6示出了根据本发明的实施例的单相接地故障自愈方法的流程图。
如图6所示，步骤602，分别实时监测变电站和开闭所的母线上的电压。
步骤604，判断配电系统中是否发生了接地故障，当判断结果为否时，则回到步骤602，当判断结果为是时，则进入步骤606。具体的判断方法为：当母线的电压升高超过预设的整定值时，则判定系统中发生了接地故障。
步骤606，实时监测零序电流行波。
步骤608，当判定系统中发生了接地故障后，根据监测的零序电流行波选择出发生单相接地故障的线路。
步骤610，确定接地线路后，向与其通信的自愈装置发送故障线路的确定结果，并等待接收其他自愈装置返回的故障线路的确定结果。
步骤612，在收到其他自愈装置的故障线路的确定结果后，如果两个故障线路的确定结果一致，则最终确认配电系统的接地线路。
步骤614，在接地线路确认后，首先发出闭合接地线路负荷侧母联开关指令，保证负荷短时从两端供电。
步骤616，接着在母联开关闭合后，发出打开接地线路负荷侧的进线开关指令，使负荷侧隔离接地。
步骤618，最后发出打开接地线路电源侧开关指令，实现单相接地故障自愈。
以上结合附图对本发明的技术方案进行了详细说明，本发明的技术方案基于配电系统的母线上的电压来判断是否发生接地故障，当判断发生接地故障后根据配电系统的出线上的电流行波来选择发生接地故障的线路，交换相邻线路确定装置的故障线路的确定结果来最终确定配电系统的单相接地故障线路，然后发出开关开合指令，先使接地线路负荷侧母联开关闭合，然后，使接地线路负荷侧的进线开关打开，最后使接地线路电源侧开关打开，实现在隔离接地线路时使负荷不失电，满足配电系统的故障自愈要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种单相接地故障自愈方法，其特征在于，包括：
步骤102，实时检测配电系统中是否发生单相接地故障，
所述步骤102具体包括实时监测所述配电系统中母线的三相电压，将所述三相电压与整定值进行比较，以确定所述配电系统是否发生单相接地故障，其中，所述整定值包括第一整定值和第二整定值，所述第一整定值大于所述第二整定值，当所述三相电压中任意两相电压均大于所述第一整定值，所述三相电压中的剩余一相电压小于所述第二整定值时，则判定发生所述单相接地故障；
步骤104，当确定所述配电系统中发生所述单相接地故障时，确定发生所述单相接地故障的线路；
步骤106，闭合所述线路的负荷侧的联络开关，然后，打开所述线路的负荷侧的进线开关，最后打开所述线路的电源侧的开关；
所述步骤104包括：
步骤1042，当确定所述配电系统中发生所述单相接地故障后，基于变电站的所有出线上的电流之间的幅值的相对关系和极性的相对关系确定发生所述单相接地故障的第一线路，
所述步骤1042具体包括采集所述变电站的所有出线上的电流行波，对所有出线上的所述电流行波分别进行小波变换以求取小波变换系数，提取所述小波变换系数的模极大值来获取所述电流行波的极性和幅值特征，比较所有出线上的所述电流行波的极性和幅值特征，以选择出发生所述单相接地故障的线路，其中，发生所述单相接地故障的线路的电流行波的幅值最大且发生所述单相接地故障的线路的电流行波的极性与非接地故障线路的电流行波的极性相反；
步骤1044，基于开闭所的所有出线上的电流之间的幅值的相对关系和极性的相对关系确定发生所述单相接地故障的第二线路，
所述步骤1044具体包括采集所述开闭所的所有出线上的电流行波，对所有出线上的所述电流行波分别进行小波变换以求取小波变换系数，提取所述小波变换系数的模极大值来获取所述电流行波的极性和幅值特征，比较所有出线上的所述电流行波的极性和幅值特征，以选择出发生所述单相接地故障的线路，其中，发生所述单相接地故障的线路的电流行波的幅值最大且发生所述单相接地故障的线路的电流行波的极性与非接地故障线路的电流行波的极性相反；以及
步骤1046，确定所述第一线路和所述第二线路是否为同一线路，当确定所述第一线路和所述第二线路为同一线路时，确定所述线路为单相接地故障线路。
2.根据权利要求1所述的单相接地故障自愈方法，其特征在于，所述第一整定值为1.2倍的相电压，所述第二整定值为0.5倍的相电压。
3.根据权利要求1所述的单相接地故障自愈方法，其特征在于，所述小波变换的小波函数为三次B样条函数的一阶导函数，所述小波变换为四层小波变换。
4.根据权利要求1所述的单相接地故障自愈方法，其特征在于，所述电流行波的采样频率为1兆赫，数据窗时长度为128微秒。
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