CN103439634A - 一种利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用接地时刻零序电流极性特征进行故障选线的方法，该方法利用暂态互感器，通过50000次/秒的高速采样记录下接地瞬间的零序电流暂态过程，同时对于采样数据进行连续积分，获得故障支路和非故障支路的连续积分值以及积分平均值的跳变值，利用系统3U0的突变量判据确定接地时刻，通过比对发生单相接地故障时刻，各支路的积分极性以及积分值跳变情况来准确选择接地线路。
Description
技术领域
本发明属于电力系统继电保护和自动化技术领域，具体涉及一种利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法。
背景技术
由于小电流接地系统在单相接地故障时候不会产生大的短路电流，而且相与相之间的线电压仍保持对称，不必立即断开故障电路，不影响对负荷的供电等诸多优点，因此我国6～66kV配电网广泛采用小电流接地方式。但是，系统在单相接地以后长时间运行易使故障发展成两点或多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，危害系统安全运行，所以必须及时找到故障线路予以切除。由于小电流接地电网单相接地时故障电流非常小，加之配电网结构复杂，运行方式多变，使配电网的故障选线受到很多的限制，这就给故障选线保护造成困难，需采取相关措施快速、准确选线。
目前业界采用的小电流接地选线方法归纳起来有以下三种：暂态信号选线法、稳态信号选线法以及注入信号量选线法。其中目前在用暂态信号选线方法没有解决暂态信号一次传变以及暂态特征信号的处理问题，无法不失真的捕获到小于1ms时间内的完整暂态特征；稳态信号方法受系统运行方式、中心点接地方式影响严重，选线效果不怎么理想；注入信号方法不仅需要增加一次设备，并且会给系统增加了额外的故障隐患外，同时存在着注入信号的可靠传变、采集处理的问题，实际效果也不够理想，尤其在象煤矿井下这种特殊运行环境中。更重要的是以上三类方法均无法做到多级阶梯供电协同的接地点定位。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法，以快速准确确定接地支路，指导故障快速清除，防止事故扩大，保护设备以及人身安全。
本发明具体采用以下技术方案。
一种利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法，其特征在于，所述选线方法包括以下步骤：
（1）利用空心暂态零序电流互感器进行电流传变，以50000次/秒速率高速采集变电所内各支路的零序电流3I0，以2000次/秒的采样速率采集系统零序电压3U0；
（2）通过零序电压突变量启动元件，检测接地时刻：
零序电压突变量启动元件的判据为：
△3U0﹥UQD，
其中，△3U0为零序电压突变量，UQD为设定的突变量启动定值；
当零序电压突变量连续3次超过突变量启动定值时，认为突变第一点时刻为发生线路单相接地时刻；
（3）当判断出发生线路单相接地时刻以后，计算接地时刻前一周波内各支路零序电流的连续积分一周波平均值，即确认线路单相接地时刻10个采样点以前的20ms内的各支路零序电流的连续积分一周波平均值，以此为基准An；计算确认线路单相接地时刻开始后的20ms数据内的各支路零序电流的连续积分一周波平均值，记为Bn，计算Bn与基准An的差，作为支路接地特征量Cn，将Cn保存；
（4）根据支路接地特征量Cn的正负，把各支路分成两组，计算出两组支路中每一支路的支路接地特征量Cn的绝对值；
（5）在包括支路接地特征量Cn绝对值最大的那组支路中，按照以下方法挑选出接地支路组：
该接地支路组中每一支路的接地特征量Cn的绝对值都不低于该组接地特征量绝对值的最大值Cmax的一半；
（6）在步骤（5）得到的接地支路组中找出其中距离电源端最远的支路判为实际接地支路。
本发明利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法具有很高的可靠性和准确性，不受接地方式、补偿装置影响，不用额外的信号源，提高了选线的准确性以及选线速度，同时可以做到接地点定位，对于特殊用电环境（如煤矿井下供电）意义重大。
附图说明
图1为接地实验系统示意图；
图2为本发明的故障选线的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。
本发明具体采用以下技术方案。
下面以图1所示的配电网络系统为例，介绍本发明的小电流接地选线方法。按照图1建立RTDS模型，模型在每条线路出口处输出零序电流（3I0）以及母线零序电压（3U0），同时把输出的零序电压、电流接入小电流选线装置，检查接线无误后给小电流接地选线装置通电，系统即开始工作，选线流程见图2：
（1）小电流接地选线装置通电以后即以50000次/秒的采样速率采集系统内各支路（附图1中的line0～line3-3-2，一共17条支路）的零序电流3I0，同时计算各支路零序电流的连续积分值：Yn=Y(n-1)*65535/65536+x*65536（其中Yn为某支路零序电流在n时刻的连续积分结果，Y(n-1)为该支路零序电流在(n-1)时刻的连续积分结果，x是n时刻的采样值），然后对积分结果进行2000次/秒（40点/周波）的采样率进行数字采样，保存数字采样结果。同时接地选线装置以2000次/秒（40点/周波）采样率采集配电网络3U0。
（2）系统零序电压每次采集完成以后，接地选线装置通过判断零序电压突变量启动元件，检测接地时刻，其判据为：△3U0﹥UQD，
其中，△3U0为零序电压突变量，UQD为突变量启动定值；
△3U0=||3U0K-3U0(K-T)|-|3U0(K-T)–3U0(K-2T)||，3U0K是K时刻的系统零序电流3U0采样值，K指采样的当前时刻某一点，T＝40为一周采样点数，（K-T）即指K点的1周前的采用值，（K-2T）即从K点的2周前采用值，3U0K为发生零序电压突变的第一点时刻的零序电压采样值；
当突变量连续3次超过突变量启动定值时，选线装置确认系统接地，并认为突变第一点时刻为接地时刻，同时启动选线过程
（3）选线装置判断系统接地以后，开始计算接地时刻前一周波（确认接地时刻10个采样点以前的20ms数据，即40个积分值）内各支路的“连续积分一周波平均值”，以此为基准An，当前时刻（确认接地时刻开始的20ms数据，即40个积分值）连续积分值一周波平均值Bn，计算Bn与基准An的差，作为支路接地特征值Cn（支路line0～line3-3-2分别对应C0～C3-3-2），将Cn保存。
其中，支路零序电流的连续积分值优选采用以下公式计算：各支路零序电流的连续积分值：Yn=Y(n-1)*65535/65536+x*65536，其中Yn为某支路零序电流在n时刻的连续积分结果，Y(n-1)为该支路零序电流在(n-1)时刻的连续积分结果，x是支路零序电流n时刻的采样值。
（4）接地选线装置根据Cn中数据的正负把线路支路分成两组，并计算出各组Cn的绝对值最大数Cmax。
（5）在包括支路接地特征量Cn绝对值最大的那组支路中，按照以下方法挑选出接地支路组：
例：
在图1中的K5点接地时候，接地线路组应该是line0、line2、line2-2、line2-2-4；
如果K4点接地时，接地线路组应该是line0、line3、line3-3；
（6）根据系统拓扑结构，在（5）找到的接地线路组中找出其中距离电源端最远的支路判为实际接地支路：
在图1中的K5点接地的话，由于line2-2-4最靠近负荷端，距离电源最远，K5处的零序电流会流过组内其他几条线路，依据判据选线装置会选择line2-2-4作为接地线路；
如果K4点接地的话，接地线路组中line3-3最靠近负荷端，距离电源最远，K4处的零序电流会流过组内其他几条线路，依据判据选线装置会选择line3-3作为接地线路。
在本申请的具体实施例中，所述利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法还可以进一步包括以下步骤（7）：
（7）当判断出接地支路以后，选线装置根据设置会发出跳闸命令，同时记录下接地过程中系统内各支路的零序电流积分值。
以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。
Claims (3)
1.一种利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法，其特征在于，所述选线方法包括以下步骤：
（1）利用空心暂态零序电流互感器进行电流传变，以50000次/秒速率高速采集变电所内各支路的零序电流3I0，以2000次/秒的采样速率采集系统零序电压3U0；
（2）通过零序电压突变量启动元件，检测接地时刻：
零序电压突变量启动元件的判据为：
△3U0﹥UQD，
其中，△3U0为零序电压突变量，UQD为设定的突变量启动定值；
当零序电压突变量连续3次超过突变量启动定值时，认为突变第一点时刻为发生线路单相接地时刻；
（3）当判断出发生线路单相接地时刻以后，计算接地时刻前一周波内各支路零序电流的连续积分一周波平均值，即确认线路单相接地时刻10个采样点以前的20ms内的各支路零序电流的连续积分一周波平均值，以此为基准An；计算确认线路单相接地时刻开始后的20ms数据内的各支路零序电流的连续积分一周波平均值，记为Bn，计算Bn与基准An的差，作为支路接地特征量Cn，将Cn保存；
（4）根据支路接地特征量Cn的正负，把各支路分成两组，计算出两组支路中每一支路的支路接地特征量Cn的绝对值。
（5）在包括支路接地特征量Cn绝对值最大的那组支路中，按照以下方法挑选出接地支路组：
该接地支路组中每一支路的接地特征量Cn的绝对值都不低于该组接地特征量绝对值的最大值Cmax的一半。
（6）在步骤（5）得到的接地支路组中找出其中距离电源端最远的支路判为实际接地支路。
2.根据权利要求1所述的利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法，其特征在于：
在步骤（2）中，零序电压突变量△3U0采用但不限于以下方式进行计算：
△3U0=||3U0K-3U0(K-T)|-|3U0(K-T)–3U0(K-2T)||，3U0K是K时刻的系统零序电流3U0采样值，K指采样的当前时刻某一点，T＝40为一周采样点数，（K-T）即指K点的1周前的采用值，（K-2T）即从K点的2周前采用值，3U0K为发生零序电压突变的第一点时刻的零序电压采样值。
3.根据权利要求1所述的利用接地时刻零序电流暂态极性特征进行故障选线的方法，其特征在于：
在步骤（3）中，支路零序电流的连续积分值优选采用但不限于以下公式计算：
各支路零序电流的连续积分值：Yn=Y(n-1)*65535/65536+x*65536，其中Yn为某支路零序电流在n时刻的连续积分结果，Y(n-1)为该支路零序电流在(n-1)时刻的连续积分结果，x是支路零序电流n时刻的采样值。
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