CN104113050A - 单相接地故障自愈方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单相接地故障自愈方法，包括：单相接地故障检测步骤，实时监测配电系统中的工频零序电压，判断配电系统中是否发生了单相接地故障，并实时检测配电线路上的零模电压行波和零模电流行波，判断配电线路上是否发生了单相接地故障；合环运行步骤，在判断所述配电线路上发生单相接地故障后，发出闭合线路末端的联络开关的指令；接地线路隔离步骤，在所述联络开关闭合后，发出打开接地区段的负荷侧开关的指令，并在所述负荷侧开关打开后，发出打开所述接地区段的电源侧开关的指令，使所述接地区段从所述配电系统中隔离。通过本发明的技术方案，实现了中性点非有效接地系统单相接地故障的自动快速隔离，且在故障隔离过程中负荷不会失电。

Description

单相接地故障自愈方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制技术领域，具体而言，涉及一种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，就能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，避免用户的供电中断或使供电中断的时间最小化。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，以保证对用户供电的可靠性。

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着负荷供电的可靠性，然而配电线路故障不可避免。围绕配电线路故障的处理，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，提出了单相接地选线技术。其中，配电线路自动化技术是在短路故障发生后，快速判断出故障，实现故障隔离，在故障隔离后，恢复失电负荷；而单相接地选线技术是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。以上的配电线路故障处理技术，都是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。然而，现有的配电网普遍采用闭环结构，开环运行，当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，给用户造成了诸多不便。

因此，如何使配电网在不影响负荷供电的基础上进行故障自愈，成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，可以使配电网在不影响负荷供电的基础上进行故障自愈。

有鉴于此，本发明提出了一种单相接地故障自愈方法，包括：单相接地故障检测步骤，实时监测配电系统中的工频零序电压，判断所述配电系统中是否发生了单相接地故障，并实时检测配电线路上的零模电压行波和零模电流行波，判断所述配电线路上是否发生了单相接地故障；合环运行步骤，在判断所述配电线路上发生单相接地故障后，发出闭合线路末端的联络开关的指令；接地线路隔离步骤，在所述线路末端的联络开关闭合后，发出打开接地区段的负荷侧开关的指令，并在所述接地区段的负荷侧开关打开后，发出打开所述接地区段的电源侧开关的指令，使所述接地区段从所述配电系统中隔离。

在现有技术中，配电线路普遍采用中性点非有效接地的方式，具体包括：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地或者中性点经高阻接地。中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，可不立即停止对用户供电。本发明正是在此基础上，实现了实时检测系统中是否发生了单相接地故障，并在单相接地故障发生后，依次执行单相接地故障检测步骤、闭环运行步骤和单相接地故障隔离步骤，实现单相接地故障自愈。

在该技术方案中，在中性点非有效接地系统中，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，系统中出现很大的零序电压。因此，在单相接地故障检测步骤中，基于配电系统中的电压电气量，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，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，而系统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。另外，当配电网中发生单相接地时，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。

接地线路故障隔离包括接地区段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。而在本发明的合环运行步骤中，先闭合线路末端联络开关，实现短时闭环运行，保证负荷不失电。

接地线路隔离步骤是自愈过程的核心。在线路末端联络开关闭合后，打开单相接地故障区段负荷侧的开关，并在在接地区段负荷侧开关打开后，打开接地区段电源侧的开关。这样就保证了接地线路在隔离过程中负荷不失电，满足了故障自愈的要求。

在上述技术方案中，优选地，在所述单相接地故障检测步骤中，根据所述配电线路上的所述零模电压行波和所述零模电流行波的极性是否相反来判断所述配电线路上是否发生了单相接地故障。

在该技术方案中，在区外故障时，配电线路上检测到的行波为正向行波，电压行波与电流行波的极性相同；在区内故障时，线路上检测到的行波反向行波与正向行波的叠加，电压行波与电流行波的极性相反。因此，基于线路零模电压行波与零模电流行波的极性特征，可实现配电线路单相接地故障检测。

通过本发明的技术方案，可以使配电网在不影响负荷供电的基础上进行故障自愈，保证了供电系统的可靠性。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的单相接地故障自愈方法的示意流程图；

图2示出了根据本发明实施例的单相接地故障自愈方法的系统单相接地故障判断流程图；

图3示出了根据本发明实施例的单相接地故障自愈方法的线路单相接地故障判断流程图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的单相接地故障自愈方法的单相接地故障隔离流程图；

图5示出了根据本发明的另一个实施例的单相接地故障自愈方法的示意流程图。

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示出了根据本发明实施例的单相接地故障自愈方法的示意流程图。

如图1所示，本发明实施例的单相接地故障自愈方法包括以下步骤：

步骤102，单相接地故障检测：实时监测配电系统中的工频零序电压，判断配电系统中是否发生了单相接地故障，并实时检测配电线路上的零模电压行波和零模电流行波，判断配电线路上是否发生了单相接地故障。

步骤104，合环运行：在判断配电线路上发生单相接地故障后，发出闭合线路末端的联络开关的指令。

步骤106，接地线路隔离：在线路末端的联络开关闭合后，发出打开接地区段的负荷侧开关的指令，并在接地区段的负荷侧开关打开后，发出打开接地区段的电源侧开关的指令，使接地区段从配电系统中隔离。

在现有技术中，配电线路普遍采用中性点非有效接地的方式，具体包括：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地或者中性点经高阻接地。中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，可不立即停止对用户供电。本发明正是在此基础上，实现了实时检测系统中是否发生了单相接地故障，并在单相接地故障发生后，依次执行单相接地故障检测步骤、闭环运行步骤和单相接地故障隔离步骤，实现单相接地故障自愈。

在该技术方案中，在中性点非有效接地系统中，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，系统中出现很大的零序电压。因此，在步骤102中，基于配电系统中的电压电气量，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，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，而系统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。另外，当配电网中发生单相接地时，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。

接地线路故障隔离包括接地区段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。而在步骤104中，先闭合线路末端联络开关，实现短时闭环运行，保证负荷不失电。

步骤106是自愈过程的核心。在线路末端联络开关闭合后，打开单相接地故障区段负荷侧的开关，并在在接地区段负荷侧开关打开后，打开接地区段电源侧的开关。这样就保证了接地线路在隔离过程中负荷不失电，满足了故障自愈的要求。

在上述技术方案中，优选地，在步骤102中，根据配电线路上的零模电压行波和零模电流行波的极性是否相反来判断配电线路上是否发生了单相接地故障。

在该技术方案中，在区外故障时，配电线路上检测到的行波为正向行波，电压行波与电流行波的极性相同；在区内故障时，线路上检测到的行波反向行波与正向行波的叠加，电压行波与电流行波的极性相反。因此，基于线路零模电压行波与零模电流行波的极性特征，可实现配电线路单相接地故障检测。

图2示出了根据本发明实施例的单相接地故障自愈方法的系统单相接地故障判断流程图。

如图2所示，根据本发明实施例的单相接地故障自愈方法，判断系统是否发生单相接地故障包括以下步骤：

步骤202，工频电压监测，即实时监测配电系统母线上的工频零序电压。

步骤204，判断零序电压是否大于整定值，当判断结果为是时，进入步骤206，当判断结果为否时，返回步骤202。对零序电压进行傅里叶变换，可以获取零序电压的有效值，以将零序电压的有效值与整定值进行比较，这里，零序电压的整定值可以设定为30V。

步骤206，判定系统发生了单向接地故障，即当零序电压的有效值大于整定值时，可以判定系统发生了单相接地故障。

图3示出了根据本发明实施例的单相接地故障自愈方法的线路单相接地故障判断流程图。

如图3所示，根据本发明实施例的单相接地故障自愈方法，判断线路是否发生单相接地故障包括以下步骤：

步骤302，监测配电线路上的零模电流行波和零模电压行波。其中，零模电流行波采自配电线路上安装的零序电流互感器，零模电压行波采自电压互感器，行波的采样频率为1Mhz，数据窗时长度为128μs。

步骤304，对行波进行小波变换。其中，共对行波进行四层小波变换，小波函数取为三次B样条函数的一阶导函数。

步骤306，提取四层小波变换的模极大值。

步骤308，获取行波的极性特征，比较配电线路上的零模电流行波和零模电压行波的极性关系。

步骤310，当零模电流行波和零模电压行波的极性相反时，判定配电线路发生接地故障。

图4示出了根据本发明的一个实施例的单相接地故障自愈方法的单相接地故障隔离流程图。

如图4所示，根据本发明的一个实施例的单相接地故障自愈方法，隔离单向相接地故障包括以下步骤：

步骤402，闭合接地线路末端联络开关。在判定配电线路发生单相接地故障后，需要对单相接地故障进行隔离，发出指令闭合接地线路末端联络开关，以实现配电系统闭环运行，保证负荷短时从两端供电。

步骤404，打开配电线路接地区段负荷侧开关，从负荷侧隔离接地。

步骤406，打开配电线路接地区段电源侧开关，从电源侧隔离接地，以实现配电线路接地区段从配电系统中隔离。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的单相接地故障自愈方法的示意流程图。

如图5所示，本发明的另一个实施例的单相接地故障自愈方法包括以下步骤：

步骤502，进行工频电压监测，即实时监测母线电压。

步骤504，判断系统中是否发生了接地故障，当判断结果为是时，进入步骤506，当判断结果为否时，返回步骤502，继续进行工频电压监测。当母线电压升高超过整定值时，就可以判定系统中发生了接地故障。

步骤506，进行行波监测，即实时监测零模电流行波和零模电压行波。

步骤508，判断配电线路是否发生单相接地故障。当判定系统中发生了接地故障后，基于配电线路零模电流行波和零模电压行波极性，判断配电线路是否发生了单相接地故障。

步骤510，闭合线路末端的联络开关。判定配电线路发生单相接地故障后，向配电线路末端的联络开关发出闭合指令。

步骤512，打开接地区段的负荷侧开关。在联络开关闭合后，发出打开配电线路接地区段的负荷侧开关的指令，打开负荷侧开关。

步骤514，打开接地区段的电源侧开关。发出打开配电线路接地区段的电源侧开关的指令，打开电源侧开关，以实现单相接地故障的自愈。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，可以使配电网在不影响负荷供电的基础上进行故障自愈，保证了供电系统的可靠性。

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 (2)

1.一种单相接地故障自愈方法，其特征在于，包括：

单相接地故障检测步骤，实时监测配电系统中的工频零序电压，判断所述配电系统中是否发生了单相接地故障，并实时检测配电线路上的零模电压行波和零模电流行波，判断所述配电线路上是否发生了单相接地故障；

合环运行步骤，在判断所述配电线路上发生单相接地故障后，发出闭合线路末端的联络开关的指令；

接地线路隔离步骤，在所述线路末端的联络开关闭合后，发出打开接地区段的负荷侧开关的指令，并在所述接地区段的负荷侧开关打开后，发出打开所述接地区段的电源侧开关的指令，使所述接地区段从所述配电系统中隔离。

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，在所述单相接地故障检测步骤中，根据所述配电线路上的所述零模电压行波和所述零模电流行波的极性是否相反来判断所述配电线路上是否发生了单相接地故障。