CN104020394A - 基于网络技术的供电系统小电流选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络技术的关于中性点小电流接地或绝缘的中压供电系统，当发生单相接地故障时的小电流选线方法。本发明以整个供配电系统为研究对象，以小电流接地的电容电流值的大小和相对于零序电压的电角度特征为判断依据，以局域网络为通讯手段，以数据库形式实现数据共享，达到对整个供、配电系统发生小电流接地故障线路的精确选线，以达到提高该电力系统自动化水平、保障系统安全稳定运行的目的。

Description

基于网络技术的供电系统小电流选线方法

技术领域

本发明涉及中压供电系统的小电流接地选线技术和基于以太网的中压供电系统的数据库及管理、中压供电系统的小电流接地选线自动化领域，尤其涉及一种基于网络技术的供电系统小电流选线方法。

背景技术

中压供电系统，一般是指3～63KV电压等级的变电系统，中压系统的中性点有绝缘、消弧线圈、大电阻、小电阻和直线接地方式。我国目前以中性电绝缘系统、消弧线圈接地或大电阻接地方式为主，也称小电流接地方式；目前西方一些国家朝小电阻接地和直接接地方式(也称大接地方式)方向发展。

大接地方式和小接地方式各有优缺点：大接地方式最大优点是当发生单相接地故障时，形成巨大的短路电流，用电流整定的方法及时切除故障线路，保障无故障线路的正常运行，缺点是单相接地故障出现时，形成的接地电流很大，影响电网质量，容易形成穿越电流，越级切除，故障扩大，进一步加重事故；还有可能因故障电流过大，形成穿越电流，造成越级跳闸，造成停电范围扩大，不利于保障电网的安全性和可靠性。小电流接地系统有效地避免了单相接地电流过大的问题，但也有当发生单相接地故障时，由于中性点电位偏移，造成不接地相电压升高，给系统绝缘器件带来考验和压力的缺陷，中心点绝缘系统在发生单相接地故障时，还会引起接地点弧光接地而导致系统过电压，给电网中绝缘元器件带来负面影响，同时，给用电设备也带来了过电压，进而影响用电设备的寿命；小电流接地系统还有个致命的弱点，也是目前使用小电流接地方式的用户难以释怀的问题，就是当发生单相接地故障时，故障线路选线判断的准确率不高，达不到100％，大部分接地故障发生时，要靠供电运行人员的经验逐路判断，会造成判断不准，造成一路一路地分闸停电判断的尴尬局面，更有甚者，当两路配出同时出现单相接地故障，因为同一相，再有经验的的运行人员也难以直接判断，有时会变得束手无策，只有靠整段甚至几段同时停电来加以判断，无意中也扩大了停电范围，延长了电网故障时间，小电流接地系统的优势荡然无存；小电流接地系统的最大优势就是当发生单相接地故障时，可以继续运行2小时，供运行人员判断，缩小停电范围，保证电网的供电可靠性；但往往事与愿违。

因此，我们有一种迫切期待，希望中压系统在供电可靠性上有小电流接地系统的优势，又希望在单相接地故障发生时，能准确及时(迅速)地选择判断出故障线路并迅速切除，同时具有大接地系统地优势，对保障供电系统的可靠性和安全性，最大限度地控制故障范围、缩小其影响，推进电力系统自动化进程有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于网络技术的供电系统小电流选线方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

基于网络技术的供电系统小电流选线方法，包括本地PC和人机交互界面，包括以下步骤：

(8)一个配电室为一个单元，若配电室内有多段，各段之间通过母线联络柜联络，取进线柜开关量信号和母线联络柜投、退信号做为该供电系统运行状态的采样信号，进入下一步骤；

(9)采集本配电室内各配出柜，包括各所在段的补偿电容柜的投退开关量信号，进入下一步骤；

(10)采集各段配出线路柜的电缆长度、架空线长度以及负荷中是否带有电容补偿和同步电机带来的电容电流值，通过人和交互界面人工录入，进入下一步骤；

(11)在零序电流互感器极性接线正确的情况下，采集各配出线路的实时零序电流值的大小和方向，进入下一步骤；

(12)在电压互感器开口极性接线正确的情况下，采集各段电压互感器给出的零序电压值及相序，进入下一步骤；

(13)以采集的每个配出线路的线路类型(电缆、架空线路或架空线路加电缆)线路长度为输入量计算出每一路的电容电流，进入下一步骤；

(14)以各配出线路的开关状态为加减依据，随时计算同网电容电流之和，及各路电容电流，并依据此为判据，找出单相接地故障线路，并同时把各路实时零序电流显示出来，实现同网数据共享，通过小电流接地系统或中性点绝缘系统的特点判断故障线路。

具体地，步骤(7)中小电流接地系统或中性点绝缘系统的特点包括以下几点：

c、故障线路的零序电流滞后零序电压90度，非故障线路零序电流超前零序电压90度；

d、配线及有电联结的同网电容电流的经验公式

$I_c=V_N\frac{L_{\mathrm{oh}}+35L_{\mathrm{cap}}}{350}$

式中：I_c——电容电流

V_N——电网电压等级

L_oh——架空线路长度

L_cap——电缆线路长度

从上式得出，其长度一旦确定，电压等级一旦确定，其电容电流就已经确定，并是个确定值。

c、单相接地线路的接地电流整定值：

I_op≥(1.5～2)I_cx

$I_{\mathrm{op}}\≤\frac{I_{2x}-I_{\mathrm{cx}}}{1.25}$

进一步地，步骤(3)中补偿电容在线路末端，即零序互感器下游时，按电容电流和电路情况计算录入；在电流互感器上游时，电容电流值按电路情况计算后记入上一级配出线的电容电流值。

本发明的有益效果在于：

本发明以整个供配电系统为研究对象，以小电流接地的电容电流值的大小和相对于零序电压的电角度特征为判断依据，以局域网络为通讯手段，以数据库形式实现数据共享，达到对整个供、配电系统发生小电流接地故障线路的精确选线，以达到提高该电力系统自动化水平、保障系统安全稳定运行的目的。

附图说明

图1是本发明中的配电室三段进线供电示意图；

图2是本发明中的工作原理示意图；

图3是本发明中的逻辑框图；

图4是本发明中的进线母线投退状态与零序电流值关系图；

其中：1表示投；0表示退。

图5是本发明中的补偿电容的Y型接法示意图；

图6是本发明中的III级配电系统示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明作进一步说明：

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例：

以一个配电室为一个单元，若配电室内有几段(一般在1～3段，个别也有4、5段的)，各段之间互有联络(即母线联络柜)，取进线柜开关量信号(比如：I段进线柜投，以后简称投，I段母线进线柜退，以下简称退)和母线联络柜投、退信号，做为该电力系统运行状态的采样信号，以三段母线方式为例，如图1所示：

某配电室三段进线供电方式，正常情况下，I、II、III段三路进线柜全部为投的状态，I、II段、II、III段、I、III段母线联络柜为退的状态。如果II段进线线路或电源侧检修，则第II段就面临停电，为使该段不停电，就要在II段进线退出前，把II段负荷全部转移到I段或III段，比如确定转移到III段，则要使II、III段母联投，然后再退II段进线柜，则实现了II段负荷往III段的转移。同样，I段负荷也可以转移到II段，还可以转移到III段，III段负荷也可以转移到I、II段。还可以把本配电室的全部负荷都转移到其中一段，其它两段进线同时退，(当然前提是有足够的电源容量和足够的系统承载能力)，因此，我们要分别取出三段进线柜的投、退状态信号和三台母线联络柜的投退信号，通过确认电力系统运行状态来确定出各段，各配出线路每路的零序电流值，每段的零序电流值，各种运行状态下的零序电流值的大小，在判断出本配电室配出线路是否有单相接地现象发生的同时，把发生单相接地故障相和非故障相的已处于稳态的零序电流值形成数据库上传，供网络共享。所以首先要采集进线、母线柜的投退开关量信号。

要采集本配电室内各配出柜，包括各所在段的补偿电容柜的投退开关量信号，做为零序电流值统计和判断故障线路的依据。采集各段配出线路柜的电缆长度、架空线长度以及负荷中是否带有电容补偿，和同步电机带来的电容电流值，这些值由人和PC交互界面人工录入；补偿电容在线路末端，即零序互感器下游，按电容电流和电路情况计算录入，在电流互感器上游，电容电流值按电路情况计算后记入上一级配出线的电容电流值。采集各配出线路的实时零序电流值的大小和方向。要求零序电流互感器极性接线正确。采集各段电压互感器给出的零序电压值及相序。要求电压互感器开口极性接线正确。第四、第五为模拟量采集信号。

图2中V01为I段零序电压信号模拟量，本段配出线路投退状态开关量，M1为I段母线进线柜投退开关量，M12、M23、M13分别为本配电室第I段母线和第II段母线联络开关投退开关量，第II段母线和第III段母线、第I段和第III段母线联络开关投退状态开关量(以后II段、III段母线上不再输入母联开关状态开关量)，该开关量信号采集后供本地PC逻辑运算及运算使用。

如图3所示为逻辑框图，图中I01j……I0nj分别为本线路零序电流计算值

该值由人工计算录入，没有的项取零。

本地PC以PLC采集处理机逻辑判断结果录入数据库，即该库中存在以下信息(如图4所示)

开关状态(投退)

I段进线

II段进线

III段进线

I、II段母联

II、III段母联

I、III段母联

若I、II、III段进线投，母线皆退，则在统计每段零序电流值时分段统计，分别显示I段零序电流值、II段零序电流值、III段零序电流值，无论退出哪段，负荷转移到哪段，零序电流自动统计到哪段中。

下面以I段为例，数据库信息如下：

由此数据库可以明确看出，小电流接地发生在哪一段的哪一路配电线路上，全部配出线路的投退状态和零序电流值，是一种小电流选线的十分准确的方法。

当然此时完全可以采用自动方法切除故障线路，实现电力系统小电流选线的自动化。

以上是一个配电室的情况，多个配电室即可以组网共享数据信息。

需要指出的是上、下级级联配电室；当上级配电室发现与下级配电室配出线路为小电流接地故障时，而下一级配电室并没有发现，则判为上下级联络线路发生小电流接地故障。

因此，形成的同级电压等级电网与通讯网的相对应分布，实现以数据采集处理为基础，以PC机为本地管理及数据库的服务器，以网络互联为纽带，以数据共享为最终目的的小电流接地故障选线与自动化及管理于一体的系统。

本发明还总结了影响小电流接地系统，单相接地故障发生时选线准确率不高的影响因素

在供、用电实践中，经常出现的是小电流选线装置本身引用判据不充分的因素，有雷电影响因素，也有因电压互感器、零序电流互感器接线极性不正确的因素，还有零序电流互感器电缆穿芯时连接地线一同穿入互感器铁芯的因素，同时还有因电网谐波和不平衡度带来的电流测量误差。也有因电流互感器负载功率因数，零序电压互感器接线及选线装置内部电路处理信号时带来的干扰和误差，这么多误差的叠加，导致了误差加大，进而导致误判；电网中的配出线路及负载随时可能加入或切除进一步增加了不确定性。

电力系统本身的补偿电容对同网零序电流的影响：

对于补偿电容，由于Y型接法，中性点接地的，则以单相电容电流的额定值地2倍计算。

如图5所示：

对补偿电容中性点不接地的线路，由于电容Y接，中性点不接地，接地即为故障，与电网同时接地为小概率事件，不予考虑；其电容电流按电容的两并一串计算。角形接法的情况，不平衡电容电流值不予考虑，不接地相按电容电流的1.732倍额定电压计算。

配出线负载为同步电机时对同网零序电流的影响：

其中同步电动机的单相接地电容电流(6-10KV)计算方法：

包括同步电动机的单相接地电容电流：

(1)隐极式同步电动机的电容电流

$I_{\mathrm{cm}}=\frac{2.5k{S}_{\mathrm{rM}}\mathrm{\ω}{U}_{\mathrm{rM}}\×{10}^{-3}}{\sqrt{3U_{\mathrm{rM}}(1+0.08U_{\mathrm{rM}})}}A$

式中S_rM——电动机的额定容量MVA

U_rM——电动机的额定电压V

ω——电动机的角速度ω＝2πf，当f＝50HZ时ω＝314

K——决定于绝缘等级的系数，当温度为15-20℃k＝0.0187

(2)凸极式同步电动机的电容电流：

$I_{\mathrm{cm}}=\frac{\mathrm{\ωk}{S}_{\mathrm{rM}}^{3/4}{U}_{\mathrm{rM}}\×{10}^{-6}}{\sqrt{3}(U_{\mathrm{rM}}+3600)n^{1/3}}A$

式中：

S_rM——电动机的额定容量kVA

U_rM——电动机的额定电压V

ω——电动机的角速度ω＝2πf，当f＝50HZ时ω＝314

n——电动机的转速r/min

K——决定于绝缘等级的系数，对于B级绝缘当温度25℃k≈40

小电流接地故障时的特点分析：

在以上诸多影响选线准确率的因素中，基本上都是从局部的，具体的线路上看问题，现在我们换一个角度，从同电压等级并可能有电的联系的同一电网来考虑问题，如果我们把同一电网中的所有架空线、电缆长度都统计出来，同时随时掌握电网中每路配出线的投(退)情况，那么，我们但从零序电流幅值一项基本就可以判断是哪一路线路发生单相接地，再加上功率方向原件和本路是否在线等三条判据，依此次作为判据即必要又充分，足以做到100％准确。所以，我们以同网视角，系统地看问题，从系统的角度以单相接地故障时接地电流公式算出电容电流，那么，凡是电容电流等于本路电容电流大小且零序电流超前零序电压90度左右的就不是故障电路，凡是零序电流大于本线路计算零序电流值且等于同网全部电容电流的线路就一定是单相接地的故障线路，故障线路的零序电流滞后零序电压90度左右。

供电系统分析：

供电系统中，总降压站总降变压器的二次电压侧由进线到该中压配电室，配电室的配出柜可直接带负载，也可作为下一线配电室的进线。同理，下一级配电室还可以有它的下一级配电室，可能会出现多级配电室相级联的情况，当发生单相接地故障时，同网的同一相电压为零，故障线路零序电流大幅上升且故障线路的零序电流滞后零序电压90度左右，非故障线路的零序电流大小等于本线路电容电流且零序电流超前零序电压90度左右，而这个电流大小是完全可以确定的，因此，以此为判据就可以判断出故障线路。举例说明：如图6所示，是一个简单的III级配电系统，当A点发生单相接地故障时，L1线路的零序电流等于此时同网电容电流之和。III级配电室内其它配出线路的零序电流等于本配出线路的电容电流，与此同时，与之有串联关系的L2、L3线路的零序电流分别为本配出线以外的电容电流之和。有这个量的关系，我们再把各配出柜的投退状态引入到系统中，就可以随时判断同网总的电容电流和各路电容电流，再用上面的判据去判断，就可以判断出具体配出线路和在哪一级电路中。

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，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于网络技术的供电系统小电流选线方法，包括本地PC和人机交互界面，其特征在于，包括以下步骤： 

(1)一个配电室为一个单元，若配电室内有多段，各段之间通过母线联络柜联络，取进线柜开关量信号和母线联络柜投、退信号做为该供电系统运行状态的采样信号，进入下一步骤； 

(2)采集本配电室内各配出柜，包括各所在段的补偿电容柜的投退开关量信号，进入下一步骤； 

(3)采集各段配出线路柜的电缆长度、架空线长度以及负荷中是否带有电容补偿和同步电机带来的电容电流值，通过人和交互界面人工录入，进入下一步骤； 

(4)在零序电流互感器极性接线正确的情况下，采集各配出线路的实时零序电流值的大小和方向，进入下一步骤； 

(5)在电压互感器开口极性接线正确的情况下，采集各段电压互感器给出的零序电压值及相序，进入下一步骤； 

(6)以采集的每个配出线路的线路类型(电缆、架空线路或架空线路加电缆)线路长度为输入量计算出每一路的电容电流，进入下一步骤； 

(7)以各配出线路的开关状态为加减依据，随时计算同网电容电流之和，及各路电容电流，并依据此为判据，找出单相接地故障线路，并同时把各路实时零序电流显示出来，实现同网数据共享，通过小电流接地系统或中性点绝缘系统的特点判断故障线路。 

2.根据权利要求1所述的基于网络技术的供电系统小电流选线方法，其特征在于：步骤(7)中小电流接地系统或中性点绝缘系统的特点包括以下几点： 

a、故障线路的零序电流滞后零序电压约90度，非故障线路零序电流超前 零序电压约90度； 

b、配线及有电联结的同网电容电流的经验公式 

式中：I_c——电容电流 

V_N——电网电压等级 

L_oh——架空线路长度 

L_cap——电缆线路长度 

从上式得出，其长度一旦确定，电压等级一旦确定，其电容电流就已经确定，并是个确定值。 

c、单相接地线路的接地电流整定值： 

I_op≥(1.5～2)I_cx

。

3.根据权利要求1所述的基于网络技术的供电系统小电流选线方法，其特征在于：步骤(3)中补偿电容在线路末端，即零序互感器下游时，按电容电流和电路情况计算录入；在电流互感器上游时，电容电流值按电路情况计算后记入上一级配出线的电容电流值。一种新型洗碗机，包括网带和驱动装置，其特征在于：还包括超声波除油除渣装置、喷淋精洗装置、喷淋漂洗装置、热风干燥装置和紫外线消毒装置，所述驱动装置驱动所述网带依次通过所述超声波除油除渣装置、所述喷淋精洗装置、所述喷淋漂洗装置、所述热风干燥装置和所述紫外线消毒装置。