CN103293446A - 基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法,通过增加消弧线圈的二次绕组，将原先加装在消弧线圈一次侧的并联中电阻转移成消弧线圈的二次侧并联选线电阻，当系统发生接地故障时，投入二次侧并联选线电阻，使流经接地线路的有功增量增加1-10A，由于正常各线路有功分量很小，故障线路增加量特别明显，且接地线路的有功电流与非接地线路的有功电流方向相反。根据消弧线圈电磁等效原理，等效于消弧线圈一次侧投入选线并联中电阻，通过检测回路的有功电流增量和方向，来进行故障选线，能够实现准确选线，成功解决了现有的消弧线圈一次侧选线电阻投切所存在的问题和危险，提高了电网的安全性和可靠性。

Description

基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法

技术领域

本发明属于电力配电网谐振接地选线技术领域，具体涉及一种基于消弧线圈小电流接地故障选线方法。

背景技术

目前我国配电网中性点主要采用消弧线圈接地方式，也成小电流接地系统。小电流接地故障产生的故障电流很小，对电器设备、通讯和人身安全危害较小，三相电压之间的线电压基本保持不变，不影响对负载供电，因此，可允许电网在单相接地情况下继续运行2小时，以避免供电突然中断对用户的影响。小电流接地故障虽然不影响电网的正常运行，但由此引起的弧光过电压将危害电网绝缘，可能导致短路故障，使事故进一步扩大，故应尽快选出故障线路，及时采取措施加以处理。

由于在系统中性点引入了消弧线圈来补偿系统的电容电流，并且消弧线圈采用过补偿的方式，残流小于5A，故使故障相和非故障相的电流均成感性电流，幅值大小差异较小和方向相同，传统的“比幅比相”的选线方法已不能准确的选出故障线路，给选线准确性带来了巨大的困难。近年来，随着电子技术的发展和科技进步，国内针对中性点经消弧线圈接地的系统的特点推出了各种不同选线方法的小电流选线装置比如五次谐波法、残流增量法及一次并联中电阻法等，选线准确率得到大幅提高。但这些方法存在以下问题：（1）由于故障电流中五次谐波含量较小，且受中性点不平衡电压和过渡电阻影响，选线准确度不是很稳定。（2）残流增量法是利用自动调谐消弧线圈改变补偿度时各出线电流变化来选择故障线路，需要在系统发生接地时改变消弧线圈的电感，这样就影响了消弧线圈的补偿，高压状态下直接带负荷调谐给系统带来冲击，安全性降低。（3）一次并联中电阻法是在系统发生的单相接地时，瞬时投切消弧线圈一次侧并联的中值电阻，来改变故障线路的有功电流，通过检测线路的有功电流的增量来检测故障线路，但存在高压接地时投切高压开关，容易造成合闸涌流，进而造成电网波动的缺陷。

中国专利申请号200910304934.3公开了一种配电网小电流接地系统故障选线方法，该方法是将并联电阻接在变压器中性点与地之间，与消弧线圈并联连接，该方法相当于一次并联中电阻法，利用中性点电压和各出线的零序电流，计算各出线上的零序电流相角之差的特征值，进行故障判定，但存在高压接地时投切真空接触器，易造成合闸涌流，进而引起电网波动的问题。

“电工电气”期刊公开了一篇“消弧线圈二次侧阻尼及接地选线原理”的文件，针对调匝式消弧线圈采用阻尼电阻串接在一次回路的不足，将阻尼电阻接入消弧线圈二次辅助绕组，形成并联阻尼电阻方式，它具有阻尼电阻串接在消弧线圈一次侧同样的阻尼效果，同时提供了利用电流增量函数进行接地故障的选线方法，该装置中增设的二次绕组的电压一般较高，二次电阻值较大，回路电流较小，并且该方法应用于预调式消弧线圈系统中，提出的电流增量函数接地选线原理的参考量是零序电流对零序电压的增量函数的增量，是一个百分数，在测量时需要多次测量各线路的零序电压，同时还要计算各线路的零序电流增量函数，然后根据相应的条件进行故障线路的接地选线判断，但是由于实际零序电流和零序电压存在测量误差，故非故障线路零序电流增量函数不为0，需要考虑由于测量误差造成的非战障线路零序增量函数，因此测量计算及判断过程较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，以解决现有故障选线方法容易造成合闸涌流、电网波动及安全性低和选线过程复杂的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，在消弧线圈上增设二次绕组，并在二次线圈上并联选线电阻，该方法括如下步骤：

（1）系统正常运行时，选线电阻处于断开状态，采集计算各线路零序电流的基波有功分量大小及方向；

（2）当系统发生接地故障后，经过设定的延时时间后投入选线电阻，将其接入消弧线圈系统中，并再次采集计算各线路零序电流的基波有功分量的大小及方向；经过设定的采集时间后采样结束，切掉选线电阻；

（3）比较两次采集的各线路有功电流方向，并计算各线路零序电流基波有功分量两次采集计算值之差ΔIpi（i=1,2……N），N为母线上出线线路的总数值，i为小于等于N的正整数；

（4）比较各线路ΔIpi大小，找出ΔIpi最大的线路，设该线路ΔIpi对应的值为ΔIpimax，将ΔIpimax与设定的最大干扰增量比较，若ΔIpimax大于设定的最大干扰增量且方向与其它线路方向相反时，对应的线路便为接地线路。

所述步骤（4）中若ΔIpimax小于设定的最大干扰增量且方向与其它线路方向相同时，则表明没有线路接地。

选线电阻的投切采用真空接触器，真空接触器由控制器来控制。

所述步骤（1）和步骤（2）中采集计算各线路零序电流的基波有功分量大小及方向采用控制器。

所述步骤（2）中的设定的延时时间为0.1～1秒。

所述步骤（3）中的设定的采集时间为3～5秒。

本发明基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法通过增加消弧线圈的二次绕组，将原先加装在消弧线圈一次侧的并联中电阻转移成消弧线圈的二次侧并联选线电阻，当系统发生接地故障时，投入二次侧并联选线电阻，使流经接地线路的有功增量增加1-10A，由于正常各线路有功分量很小，故障线路增加量特别明显，且接地线路的有功电流与非接地线路的有功电流方向相反。根据消弧线圈电磁等效原理，等效于消弧线圈一次侧投入选线并联中电阻，通过检测回路的有功电流增量和方向，来进行故障选线，能够实现准确选线，成功解决了现有的消弧线圈一次侧选线电阻投切所存在的问题和危险，提高了电网的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的原理结构图；

图2为本发明的选线原理框图；

图3为系统单相接地后等效原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示，本发明基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，是在消弧线圈XH上增设一个二次绕组，并在二次线圈上并联一个或几个几欧姆的选线电阻R，选线电阻支路上串联一个真空接触器K，控制选线电阻R的投切，而真空接触器K则由控制器来控制。

如图2所示，XH为消弧线圈，RⅡ1为二次并联选线电阻，K1为真空接触器，系统正常运行时，K1断开，二次线圈开路，当系统发生单相接地选线时，微机控制器经控制电路闭合真空接触器K1，投入二次并联选线电阻RⅡ1，相当于等效的一次并联选线电阻RⅠ=n²RⅡ1，使消弧线圈的有功电流I_rL增大,保证消弧线圈二次侧的有功电流I_rL>2A,则消弧线圈一次侧的有功电流I_rL一般大于10A。由此可见，利用该选线方法增大的有功电流特别大，而且只流经接地线路，方向由线路指向母线，在判别时只需要比较各条有功电流由线路指向母线线路的有功电流增量，增量最大者为接地线路，所以选线的准确率很高。

本发明基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法包括如下步骤：

（1）系统正常运行时，选线电阻处于断开状态，控制器采集计算各线路零序电流的基波有功分量Ipi1（i=1,2……N）的大小及方向，N为母线上出线线路的总数值，i为小于等于N的正整数；

（2）当系统发生接地故障后，延时0.1～1秒后控制器命令闭合真空接触器，投切选线电阻，将其投入消弧线圈系统中，并由控制器再次采集计算各线路零序电流的基波有功分量Ipi2（i=1,2……N）的大小及方向；

（3）经过3-5S后，采样结束，控制器控制退出真空接触器，切掉选线电阻；

（4）比较两次采集的各线路有功电流方向，并计算各线路零序电流基波有功分量两次采集计算值之差ΔIpi（i=1,2……N）；

（5）比较各线路ΔIpi大小，找出ΔIpi最大的线路，设该线路ΔIpi对应的值为ΔIpimax；

（6）将ΔIpimax与设定的最大干扰增量ΔImax比较，若ΔIpimax>ΔImax且方向与其它线路方向相反时，对应的线路便为接地线路（单相接地时有功增量分量只流经接地线路）；若ΔIpimax<ΔImax且方向与其它线路方向相同时，则表明没有线路接地,实际为母线接地或产生了断线谐振。

系统单相接地后等效原理图如图3所示，本发明专利的的零序电流的基波有功分量计算方法如下：

非故障线路的零序电流为：

I₁＝I_r+jI_C(式中)非故障线路的零序电流的有功分量为：

假定A相接地，这时消弧线圈电流I_rL-jI_L和各线路总的电流I_r+jI_C均流经接地故障点，即由A相线流向母线，所以接地线路零序电流I₁为：

I₁＝(I_r1+jI_C1)-(I_r+jI_C)-(I_rL-jI_L)

＝-(I_r+I_rL-I_r1)+j(I_L-I_C+IC₁)

故障线路的零序电流的有功分量为：

显然I_P1＞＞I_ri，且方向为从线路流向母线，所以通过比较各线路中零序有功电流的大小和方向可选出接地线路。

式中：

I_ri为线路对地的泄漏电阻电流

I_Ci为线路对地的电容电流

I_i为各线路的零序电流

I_rL为消弧线圈的有功电流

I_L为消弧线圈的电感电流

I_Pi为零序电流中的有功电流。

为损耗角，

如图2所示，微机控制器控制下实现零序电流的采集、计算及转换处理过程为：

（1）系统正常运行时，微机控制器通过控制回路来控制选线电阻的真空接触器开断状态，微机控制器开通电子开关，采集装设在各出线线路的零序电流互感器的零序电流，经过隔离转换回路，进入到有功信号电路，取样零序电流中的有功电流分量，然后，有功电流分量模拟信号经过14位A/D转换将数字信号，送入控制器CPU进行数据处理及存储。

（2）当系统发生接地故障后，延时0.1～1秒后微机控制器通过控制回路来控制选线电阻的真空接触器处于闭合状态，微机控制器再次开通电子开关，再次采集装设在各出线线路的零序电流互感器的零序电流，经过隔离转换回路，进入到有功信号电路，取样零序电流中的有功电流分量，然后，有功电流分量模拟信号经过14位A/D转换将数字信号，送入控制器CPU进行数据处理及存储。

（3）微机控制器得到的数据后，通过控制回路来控制选线电阻的真空接触器处于开断状态，切掉选线电阻。然后控制器按照既定的程序进行计算、数据比较等，得出各线路的有功电流增量，进行选线，判断出线路后进行报警、跳闸以及打印等工作。

根据以上方法，并经过试验验证，选线准确率为100%，本发明选线电阻在低压状态下投切，保证了设备和人身的安全，避免对电网产生波动，提高了电网的安全性和可靠性；并且只需测量选线电阻投切前后各线路的零序电流基波有功分量，计算过程简单；另外，还具有成本低，便于控制等优点，为小电流接地系统提供了一种新的选线途径。

Claims (6)

1.一种基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，在消弧线圈上增设二次绕组，并在二次线圈上并联选线电阻，其特征在于，该方法括如下步骤：

（1）系统正常运行时，选线电阻处于断开状态，采集计算各线路零序电流的基波有功分量大小及方向；

（2）当系统发生接地故障后，经过设定的延时时间后投入选线电阻，将其接入消弧线圈系统中，并再次采集计算各线路零序电流的基波有功分量的大小及方向；经过设定的采集时间后采样结束，切掉选线电阻；

（3）比较两次采集的各线路有功电流方向，并计算各线路零序电流基波有功分量两次采集计算值之差ΔIpi（i=1,2……N），N为母线上出线线路的总数值，i为小于等于N的正整数；

（4）比较各线路ΔIpi大小，找出ΔIpi最大的线路，设该线路ΔIpi对应的值为ΔIpimax，将ΔIpimax与设定的最大干扰增量比较，若ΔIpimax大于设定的最大干扰增量且方向与其它线路方向相反时，对应的线路便为接地线路。

2.根据权利要求1所述的基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（4）中若ΔIpimax小于设定的最大干扰增量且方向与其它线路方向相同时，则表明没有线路接地。

3.根据权利要求1或2所述的基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，其特征在于：选线电阻的投切采用真空接触器，真空接触器由控制器来控制。

4.根据权利要求3所述的基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（1）和步骤（2）中采集计算各线路零序电流的基波有功分量大小及方向采用控制器。

5.根据权利要求3所述的基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（2）中的设定的延时时间为0.1～1秒。

6.根据权利要求3所述的基于消弧线圈的小电流接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（3）中的设定的采集时间为3～5秒。

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