CN102879710B - 配电线路单相接地故障点检测系统和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种配电线路单相接地故障点检测系统和检测方法，串联构成零序电流回路中的开关、采样电阻、限流电感器和处理器组成电路连接在变压器的中性点和大地之间，获取不同电感值时的时间常数，进而根据时间常数公式得到一组时间常数求解方式，进而求出从母线到单相接地故障点的电缆的电感值,再根据电感值与电缆阻抗和电缆长度的关系，求解出电缆长度，即确定单相接地故障点的位置，方便后续快速维修，将对电网的影响降到最小。
Description
技术领域
本发明涉及到配电网故障检测技术领域，具体涉及到配电线路单相接地故障点检测系统和检测方法。
背景技术
为增加配电网供电的可靠性，配电网绝大部分采用中性点经电阻接地系统和中性点经消弧线圈接地系统，其中，中性点经电阻接地系统即在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻，该电阻与系统对地电容构成并联回路，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定的优越性；中性点经消弧线圈接地系统是在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈，在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围；大于30A应采用消弧线圈接地方式。采用这三种接地方式，在发生单相接地故障时，配电网的三相电仍然对称，配电网单相故障发生时可带电消除许多接地故障，减少接地故障对配电网的影响，据统计单相接地故障占接地故障率的80%左右；因此及时在线消除配电网单相接地故障，可在很大程度上保证配电网正常运行，而为了消除接地故障，必须首先准确确定接地故障点，才能达到快速排除接地故障的目的。
现有技术中，为快速查找接地故障，中国专利文献CN101330206A公开了一种输电线路故障测距的一种方法，利用电感、电阻、电子开关根据输电线路及输电线路故障的特点通过测量时间常数τ＝L/R而求出L、R。这样用L计算出输电线路故障距离，用R计算出输电线路故障的电阻。上述专利文献只是提出了一种愿望和设想，并未公开测量输电线路故障距离的具体电路和具体方法，本领域技术人员根据该对比文件的记载无法实施该技术方案，即无法计算出输电线路故障。
发明内容
为此，本发明所要解决的是对比文件公开的专利无法实现配电线路单相接地故障点无法测量的技术问题，提供一种可方便实施例的配电线路单相接地故障点检测系统和检测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种配电线路单相接地故障点检测系统，包括相互串联的电子开关、采样电阻和限流电感器组成的检测电路，所述检测电路的一端与配电线路中变压器的一次侧的中性点相连，所述检测电路的另一端接地，其中，
电子开关，用于根据零序电流相位控制开关导通时间，控制零序电流以获取暂态参数及稳态参数；
采样电阻，串联在零序电流回路中用于电流采样；
限流电感器，用于改变零序电流回路中的电感值，进而获得不同的零序电流；
还包括处理器，用于提取通过所述采样电阻的零序电流，并根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流的非周期分量，根据该非周期分量的最大值衰减到0.368倍时所需的时间得到时间常数。
所述限流电感器为可调限流电感器。
所述电子开关、所述采样电阻、所述限流电感器依次串联；其中所述电子开关不与所述采样电阻直接相连的一端与配电线路的变压器的一次侧的中性点相连，所述限流电感器不与所述采样电阻直接相连的一端直接接地。
同时，提供一种使用配电线路单相接地故障点检测方法，包括如下步骤：
S01,调整串联进零序电流回路中的限流电感器，此时，所述限流电感器的电感值为第一电感值L’;
S02,由处理器获取此时通过采样电阻的零序电流，并根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流的非周期分量，根据该非周期分量的最大值衰减到0.368倍时所需的时间得到第一时间常数τ1;
S03,进而得到第一组时间常数求解方程式：τ1＝（L固定＋△L+L’）/R，其中，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，且L固定为已知定值；△L为从母线到单相接地故障点的电线的电感值，且△L为未知定值；R为零序电路回路的电阻值，且R为未知定值；
S04,调整串联进零序电流回路中的限流电感器，获得所述限流电感器的电感值为第二电感值L”，且L”≠L’;
S05,由处理器获取此时通过采样电阻的零序电流，并根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流非周期分量，根据该非周期分量的最大值衰减到0.368倍时所需的时间得到第二时间常数τ2;
S06,得到第二组时间常数求解方程式：τ2＝（L固定＋△L+L”）/R，其中，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，且L固定为已知定值；△L为从母线到单相接地故障点的电线的电感值，且△L为未知定值；R为零序电路回路的电阻值，且R为未知定值；
S07，将步骤S03和步骤S06中获取的第一时间常数求解方程式和第二时间常数求解方程式联立求解，得到△L；
S08，根据电线长度＝△L/电线阻抗，其中，电线阻抗根据电线的类型获取，为已知定量；计算得到电线长度，即获得接地故障点距离母线的距离。
所述限流电感器为可调限流电感器，所述步骤S01和步骤S04通过调整可调限流电感器获取接入零序电流回路中的不同电感值。
所述检测系统中所述电子开关、所述采样电阻、所述限流电感器依次串联；其中所述电子开关不与所述采样电阻直接相连的一端与配电线路的变压器的一次侧的中性点相连，所述限流电感器不与所述采样电阻直接相连的一端直接接地。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明的检测系统和检测方法，串联构成零序电流回路中的开关、采样电阻、限流电感器和处理器组成电路连接在变压器的中性点和大地之间，获取不同电感值时的时间常数，进而根据时间常数公式得到一组时间常数求解方式，进而求出从母线到单相接地故障点的电线的电感值,再根据电感值与电线阻抗和电线长度的关系，求解出电线长度，即确定单相接地故障点的位置，方便后续快速维修，将对电网的影响降到最小。
采用一个可调限流电感器，可简化检测系统的结构，方便检测的实施；同时，可根据单相接地的不同程度均可调整出合适的电感量接入零序电流回路，保证采样需要的范围，即保证零序电流回路中的零序电流真实性，又能保证检测系统中各个设备的安全运行，也保证继电保护不能误动作。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明一个实施例的配电网单相接地故障点检测系统应用在中性点经消弧线圈接地系统中的结构示意图；
图2为图1所示系统的工作流程图；
图中附图标记表示为：1-电子开关，3－采样电阻，4－可调限流电感器，5－处理器。
具体实施方式
参见本发明一个实施例的用于中性点经消弧线圈接地系统中的一种配电线路单相接地故障点检测系统，包括：电子开关1，一端与配电线路变压器一次侧的中性点相连，用于根据零序电流相位控制开关导通时间，控制零序电流以获取暂态参数及稳态参数，保证零序电流即真实又不会损害检测系统中的设备，具体是在检测过程中，电子开关1在零序电流幅值越大时产生的非周期分量值越大，因此电子开关1避免在零序电流过零点时打开，保证获得零序电流的较大值的非周期分量，所述非周期分量即为暂态参数，零序电流过零点时的参数为稳态参数，时间常数即是由暂态向稳态的过渡过程中计算得到；同时，电子开关1在零序电流幅值越小时关断越好，而且最好在零序电流过零点时关断；采样电阻3，一端与开关不与变压器直接相连的另一端相连；可调限流电感器4，一端与采样电阻的不与开关直接相连的另一端相连，所述限流电感器的另一端接地，用于改变零序电流回路中的电感值，进而获得不同的零序电流；处理器5，与所述采样电阻3相连，用于提取通过采样电阻3的零序电流并获取时间常数，具体是根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流的非周期分量，根据该非周期分量的最大值衰减到0.368倍时所需的时间即为时间常数。其中，本发明的电子开关1、采样电阻3和可调限流电感器4组成检测电路，所述检测电路、变压器、变压器出口到母线的连接线路、母线到单相接地故障点的连接线路和大地在电子开关1打开时构成零序电流回路，图1中箭头所示为零序电流流向。
上述实施例中的检测系统使用的检测方法，具体包括如下步骤：
S01,调整串联进零序电流回路中的限流电感器，此时，所述限流电感器的电感值为第一电感值L’;
S02,由处理器获取此时通过采样电阻的零序电流，并根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流的非周期分量，根据该非周期分量的最大值衰减到0.368倍时所需的时间得到第一时间常数τ1;
S03,得到第一组时间常数求解方程式：τ1＝（L固定＋△L+L’）/R，其中，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，变压器二次侧线圈的电感值和变压器出口到母线的连接线路的电感值都是已知定量，进而L固定为已知定量；△L为从母线到单相接地故障点的电缆的电感值，是待求的未知定量；R为零序电路回路的电阻值，为未知定值；
S04,调整串联进零序电流回路中的限流电感器，获得此时所述限流电感器的电感值为第二电感值L”，且L”≠L’;
S05,由处理器获取此时通过采样电阻的零序电流，并根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流非周期分量，根据该非周期分量的最大值衰减到0.368倍时所需的时间得到第二时间常数τ2;
S06,得到第二组时间常数求解方程式：τ2＝（L固定＋△L+L”）/R，同步骤S03，其中，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，L固定为已知定量；△L为从母线到单相接地故障点的电缆的电感值，△L为待求未知定量；R为零序电路回路的电阻值且为未知定值；
S07，将步骤S03和步骤S06中获取的第一时间常数求解方程式和第二时间常数求解方程式联立求解，得到△L；
S08，根据△L＝电缆阻抗×电缆长度，进而得到电缆长度＝△L/电缆阻抗，其中，电缆阻抗根据电缆的类型获取；计算得到电缆长度，电缆长度即为母线至接地故障点的电缆的长度，即可确定接地故障点的位置，方便快速在线维修，及时在线消除配电网单相接地故障，保证配电网稳定运行。
本发明中使用限流电感器调整获取不同的零序电流，主要因为电感电流不能突变，可保证检测系统稳定可靠工作；如选用电阻调整获取不同的零序电流，则会因为电阻在合闸瞬间产生电流突变，影响检测系统正常稳定工作。
本发明中采用电子开关作为开关元器件，保证开关动作时间能控制在ms内,保证闭合时能按照零序电流的相位动作。
本发明中采集的信号是配电网中变压器一次侧的电流信号，避免中间器件（比如电流互感器或者电压互感器）带来的误差，能保证采集的信号真实可靠；通过采样电阻主动地增强有功功率信号并且可人为控制取得暂态信号及稳态信号。
本发明利用简单的零序网络构成电流回路，与配电网运行方式改变、中性点接地形式、容性电流大小、配电网节点多少、元件多少及复杂程度等均无关，能实现稳定检测。
具体检测例，已知参数：系统故障电流限定4A左右；系统电压：10.5KV；其中的系统故障电流可在获取零序电流时，保证零序电流信号真实可靠又远小于继电保护动作电流4A；第一限流电感值L’=2020Ω；第二限流电感值L”=2430Ω；采样电阻0.5Ω；L固定=326Ω；电缆阻抗=0.4Ω/Km；同时有处理器测量得到：τ1=151.8ms；τ2=178.2ms；其中，τ1为零序电流回路中接入第一限流电感值L’时测量得到的时间常数，τ2为零序电流回路中接入第二限流电感值L”时测量得到的时间常数，将相关量分别代入第一时间常数求解方程式和第二时间常数求解方程式，得到：151.8=（326＋△L+2020）/R；178.2=（326＋△L+2430）/R；联立求解，得到△L=7Ω；由△L＝电缆阻抗×电缆长度，其中电缆阻抗为0.4Ω/Km，得到电缆长度＝17.5Km；实际故障距离母线17.3公里处，误差仅为1.1％。
测量配电网单相接地故障点距离的条件是输电线路必须是有源电路，τ=L/R，其中，τ是一次回路采集零序电流非周期分量，即处理器将故障相的非周期分量采样波形从最大值衰减0.368倍时，横坐标的时间轴。
作为本发明其它实施例的配电线路单相接地故障点检测系统，所述电子开关、所述采样电阻和所述可调限流电感器的连接位置可任意变化，只要它们最终都是串联在零序电路回路中，即可实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
作为本发明上述实施例的配电线路单相接地故障点检测系统和方法的变形，所述可调限流电感器可为现有技术中不同电感值的电感器组替代，所惟一不同的是上述实施例中调整可调限流电感器获取不同接入零序电流回路中的电感值变为选用不同电感值的电感器接入零序电流回路，其它同上述实施例，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
作为本发明上述实施例的配电线路单相接地故障点检测系统和方法的变形，上述实施例中的电缆由架空线代替，其它用上述实施例，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。本发明中的电缆指配电线路中埋在地下的电线，架空线指配电线路中架在空中的电线。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种配电线路单相接地故障点检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S00，将电子开关、采样电阻、限流电感器相互串联构成的检测电路连接在配电线路中变压器的一次侧的中性点和大地之间；
S01,调整串联进零序电流回路中的限流电感器，此时，所述限流电感器的电感值为第一电感值L’；
S02,由处理器获取此时通过采样电阻的零序电流，并根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流的非周期分量，根据该非周期分量的最大值衰减到0.368倍时所需的时间得到第一时间常数τ1；
S03,进而得到第一组时间常数求解方程式：τ1＝(L固定+△L+L’)/R，其中，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，且L固定为已知定值；△L为从母线到单相接地故障点的电线的电感值，且△L为未知定值；R为零序电流回路的电阻值，且R为未知定值；
S04,调整串联进零序电流回路中的限流电感器，获得所述限流电感器的电感值为第二电感值L”，且L”≠L’；
S05,由处理器获取此时通过采样电阻的零序电流，并根据所述零序电流的波形图得到所述零序电流非周期分量，根据该非周期分量的最大值衰减到0.368倍时所需的时间得到第二时间常数τ2；
S06,得到第二组时间常数求解方程式：τ2＝(L固定+△L+L”)/R，其中，L固定为变压器二次侧线圈的电感值与变压器出口到母线的连接线路的电感值之和，且L固定为已知定值；△L为从母线到单相接地故障点的电线的电感值，且△L为未知定值；R为零序电流回路的电阻值，且R为未知定值；
S07，将步骤S03和步骤S06中获取的第一时间常数求解方程式和第二时间常数求解方程式联立求解，得到△L；
S08，根据电线长度＝△L/电线阻抗，其中，电线阻抗根据电线的类型获取，为已知定量；计算得到电线长度，即获得接地故障点距离母线的距离。
2.根据权利要求1所述的配电线路单相接地故障点检测方法，其特征在于：所述限流电感器为可调限流电感器，所述步骤S01和步骤S04通过调整可调限流电感器获取接入零序电流回路中的不同电感值。
3.根据权利要求2所述的配电线路单相接地故障点检测方法，其特征在于：所述电子开关、所述采样电阻、所述限流电感器依次串联；其中所述电子开关不与所述采样电阻直接相连的一端与配电线路的变压器的一次侧的中性点相连，所述限流电感器不与所述采样电阻直接相连的一端直接接地。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |