CN104237738A - 配电馈线单相接地定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电馈线单相接地故障定位方法，适用于中性点非有效接地系统。该方法比较单相接地故障发生时刻馈线各区段瞬间零序电流脉冲极性来判定线路接地故障区段，称为瞬间极性判定法。配电自动化终端将各区段零序电流检测点瞬间脉冲极性的信息发送到监控中心：相邻零序电流检测点瞬间极性均指向线路（下游），判定区外接地故障；瞬间极性指向母线（上游），判定单相接地点在本线路末端；相邻上、下游瞬间零序脉冲极性相反，判定本区段单相接地。本发明经配电自动化技术性能测试台验证，判断准确、可靠。

Description

配电馈线单相接地定位系统及定位方法

技术领域

本发明属于配电自动化线路接地故障自动检测技术，具体涉及到一种10kV中性点非有效接地系统单相接地定位技术，馈线发生单相接地故障时准确判定接地故障区段。

背景技术

我国中压配网系统采用非有效接地系统（中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地方式及中性点经高电阻接地方式），而中性点经消弧线圈接地为推荐普及方式。发生单相接地故障时，接地电流很小，故障特征不明显。准确定位、尽快找出接地故障点、排除故障，是保证配网安全运行的关键技术，配电线路接地定位技术至今没有得到彻底解决，是推广的馈线自动化技术的技术难点，目前仍处于研究试阶段。

申请号201010158319.9的发明专利公开了一种单相接地定位装置，利用手持器沿线检测零序电流，通过移动通信与变电站零序电压信号对比，试图达到接地定位的目的。问题在于：1）所描述的检测专利属高压线上的带电作业，整个工作流程违反范围DL409-1991《电业安全工作规程》的规定，是违规行为；2）所描述的检测专利，是一种带测量仪表的人工巡线方式，还不如普通线路巡线人员在地面视觉巡视简单、直接；3）小电流接地系统中，绝大部分不是稳定的金属性接地，过渡电阻接地、间歇电弧接地占大多数，就是说接地电流不是稳定值，时刻都在变化，所以三相不同时刻测量到的电流，按零序电流过滤器的原理合成得到零序电流，与三相电流互感器并联得到的零序电流不能相等；即使保证上、下位机绝对同步、钳形表测量无误差，上述方法不符合零序电流过滤器的采集原则，不是实时数据。4）零序电流中的有功分量一般只有零点几安，检测困难，钳形表实际上是开口型电流互感器，测量精度更差。所述接地定位技术不能使用。

申请号201220012928.8的实用新型专利公开了小电流接地故障区段在线定位方法及其系统。该专利比较线路零序电流的方向确定线路接地的故障区段，若零序电流滞后零序电压90°，判定接地故障点在固定测点的下游；若零序电流超前零序电压90°，说明接地故障点在该检测点的上游。将馈线各固定测量点的零序电流经GPRS通信发送到监控中心，判定故障区段。仅从原理上分析，该判据在中性点不接地系统可以使用。但是不能使用在中性点经消弧线圈接地系统和经高电阻接地系统中。在消弧线圈接地系统中，由于过补偿效果，接地故障线路的零序电流不是滞后零序电压90°，而是超前零序电压接近90°。在高电阻接地系统中，中性点的阻性电流约占系统电容电流的50%~110%，流过故障线路的零序电流也不是落后零序电压90°，约在42°~64°之间。

申请号201110066090的发明专利公开了一种基于信号注入法的小电流在线定位系统。该专利从变电站专用PT的二次侧注入不包括50Hz整数倍的130~230Hz交流信号，然后测量该频率的注入电压；在线路侧多处收集该频率（以下简称变频）的电流信号，通过测量电流与电压的相位差来判定接地故障位置。存在问题：1）该定位系统需要大功率的变频信号发生器，24小时不停运转，随时等待向PT注入变频电流、升压后送向系统，所增加的注入设备一旦出问题，定位系统则瘫痪，给接地定位增加了新的瓶颈；2）维护变频升压设备的正常运行，供电企业还需要增添新专业，多有不便；3）该变频电流通过接地故障线路的大小与接地点的过渡电阻与系统容抗的比例有关，过渡电阻与系统容抗之比越大，通过接地故障点的有效电流信号越微弱，检测越困难；3）由于10kVPT是信号注入代用品，从低压侧注入电流变换到高压之后降低了100倍，再加上母线多条线路分布电容的散耗，电流互感器既要在大负荷电流下不饱和，又要检测到十几毫安的变频电流，难度太大。认定所述接地定位系统设备复杂，灵敏性、可靠性差。

发明内容

有鉴于此，本发明提出利用接地瞬间零序电流脉冲极性特征实现区段接地定位的瞬间极性判定法，不需要零序电压参与，适用于10kV不接地方式、消弧线圈接地方式及高电阻接地方式。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种配电馈线单相接地定位系统，其由多个配电自动化终端、通信系统及监控中心组成；所述多个配电自动化终端用于将检测到的瞬时脉冲极性信息通过所述通信系统发送到所述监控中心，所述监控中心用于比较多个配电自动化终端检测到的线路各区段瞬时脉冲极性的方向，并实现接地定位。

所述配电馈线单相接地定位系统的定位方法，包括以下步骤：

规定零序电流方向由母线指向线路为正，由线路指向母线为负，即零序TA一次侧的P1标志面对电源侧，二次侧S1为正极性端子，与接地定位装置中I/U变换元件的正极性端子连接，经A/D转换处理，将极性信息通过所述通信系统发送至所述监控中心，所述监控中心利用瞬间电流脉冲的极性，实现接地故障定位;

线路零序电流检测点取自线路的分段开关、终端开关或联络开关的内部，或者在线路某些检测点设置固定三相TA获取零序电流，或者在电缆头连接点使用穿缆式零序TA获取零序电流；

如果待测线路的各区段瞬间零序电流脉冲均为正极性、或者均没有采集到负极性脉冲，判定区外接地故障；

如果待测线路各区段瞬间零序电流脉冲均为负极性，判定本区段线路区内接地故障，接地故障点在末端负极性检测点下游区段，即负荷侧区段；

如果待测线路的相邻区段上游瞬间零序电流脉冲为负极性，下游为正极性，则判定接地故障点在本区段。

所述零序电流脉冲为接地故障出现的瞬间零序电流脉冲，以触发阈值时刻作为比较极性的统一时标，无需专门对时。第一个脉冲出现时刻记录单相接地的起始时间，之后的数据不再参与接地定位判据；当零序电流消失时，判定接地故障消失，记录接地故障消除时间。对于中性点不接地系统，接地点上游，即电源侧的零序电流等于所有非故障线路的接地电容电流之和；对于消弧线圈接地系统，由于采用过补方式，接地点上游的零序电流等于残流与线路自身接地电容电流的算术和；对于中性点经高电阻接地系统，接地点上游的零序电流等于全部非故障线路接地电容电流与中性点的阻性电流的向量和，这些电流较大，容易检测到，用以记录接地故障持续的时间。

所述通信系统为数字通信系统，其传输介质为光纤。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明适用范围广，其不需要零序电压参与，适用于10kV不接地方式、消弧线圈接地方式及高电阻接地方式；经配电自动化技术性能测试台验证，判断准确、可靠，克服了现有技术的弊端，适合大范围推广。

附图说明

图1是线路各监测点零序电流TA极性规定及区外接地故障时刻电流瞬间脉冲极性；

图2是区内接地故障时零序电流瞬间脉冲极性示意图；

图3是线路末端接地故障时零序电流瞬间脉冲极性示意图；

图4是接地故障点在支线上时零序电流瞬间脉冲极性示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施案例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

]图1中1TA~5TA是配电线路L的零序电流检测点，是配电自动化终端的组件之一，L是实现接地定位的馈线。接地点d不在本线路上，而在区外（其它线路或母线）。对于线路L，零序电流瞬间脉冲方向由母线指向线路，1TA~5TA正极性P1面对电源侧母线，与规定的电流正方向符合。接地时刻，1TA~5TA采集到脉冲信息传送到监控中心，均为正极性，判定接地点不在线路L区段。脉冲幅值自母线向线路方向衰减，后段4TA~5TA的脉冲幅值可能达不到阈值，由于不会出现负极性脉冲，所以不影响判定。

图2所示，接地故障点d在本线路2TA~3TA区段之间，零序电流瞬间脉冲方向如箭头所指。接地时刻，1TA~5TA采集到脉冲信息由各个配电自动化终端传送到监控中心，d点上游1TA、2TA电流瞬间脉冲的方向指向母线，与规定的正方向相反，呈负极性，判定接地故障点在区内；1TA与2TA脉冲极性相同，判定d点不在1TA~2TA之间；2TA是负极性的末端，判定d点在2TA的下游；3TA~5TA瞬间脉冲的方向与规定的正方向相同，呈正极性，判定3TA~5TA是非故障区段；d点上游2TA与d点下游3TA脉冲极性相反，判定d点在2TA~3TA之间。如果3TA下游线路较短，脉冲幅值较小，达不到阈值，但符合接地故障点在负极性TA的下游，判定接地故障点在2TA之后。

图3所示，接地故障点d在线路末端，接地时刻，1TA~5TA采集到脉冲信息传由各个配电自动化终端送到监控中心，电流瞬间脉冲的方向指向母线，与规定的正方向相反，均呈负极性，判定接地故障点在区内，且不在1TA~5TA之间；5TA是负极性的末端，判定d点在5TA的下游，即线路的末端。

图4所示，接地点d在支线上，瞬间零序电流脉冲方向如箭头所示。接地故障时刻，1TA~7TA采集到脉冲信息由各个配电自动化终端传送到监控中心，1TA、2TA、6TA及7TA的电流瞬间脉冲方向指向母线，呈负极性，判定接地故障点在7TA下游；3TA~5TA瞬间电流脉冲方向指向线路，呈正极性，判定接地故障点不在本区段；2TA和3TA是“T”接点相邻上下游检测点，极性相反，判定接地故障点在支线上

接地故障出现瞬间零序电流脉冲，以触发阈值时刻作为比较极性的统一时标，无需专门对时，同时记录接地故障发生时间。

第一个脉冲出现之后，接地定位判据结束，后续间歇性电弧接地或永久性接地使零序电流继续存在。对于中性点不接地系统，接地点上游（即电源侧）的零序电流等于所有非故障线路的接地电容电流之和；对于消弧线圈接地系统，由于采用过补方式，接地点上游的零序电流等于残流与线路自身接地电容电流的算术和；对于中性点经高电阻接地系统，接地点上游的零序电流等于全部非故障线路接地电容电流与中性点的阻性电流的向量和，这些电流较大，容易检测到，用以记录接地故障持续的时间。当零序电流消失时，判定接地故障消失，同时记录接地故障消除时间。

Claims (4)

1.一种配电馈线单相接地定位系统，其特征在于：由多个配电自动化终端、通信系统及监控中心组成；所述多个配电自动化终端用于将检测到的瞬时脉冲极性信息通过所述通信系统发送到所述监控中心，所述监控中心用于比较多个配电自动化终端检测到的线路各区段瞬时脉冲极性的方向，并实现接地定位。

2.如权利要求1所述的配电馈线单相接地定位系统的定位方法，其特征在于：

规定零序电流方向由母线指向线路为正，由线路指向母线为负，即零序TA一次侧的P1标志面对电源侧，二次侧S1为正极性端子，与接地定位装置中I/U变换元件的正极性端子连接，经A/D转换处理，将极性信息通过所述通信系统发送至所述监控中心，所述监控中心利用瞬间电流脉冲的极性，实现接地故障定位;

线路零序电流检测点取自线路的分段开关、终端开关或联络开关的内部，或者在线路某些检测点设置固定三相TA获取零序电流，或者在电缆头连接点使用穿缆式零序TA获取零序电流；

如果待测线路的各区段瞬间零序电流脉冲均为正极性、或者均没有采集到负极性脉冲，判定区外接地故障；

如果待测线路各区段瞬间零序电流脉冲均为负极性，判定本区段线路区内接地故障，接地故障点在末端负极性检测点下游区段，即负荷侧区段；

如果待测线路的相邻区段上游瞬间零序电流脉冲为负极性，下游为正极性，则判定接地故障点在本区段。

3.根据权利要求2所述的配电馈线单相接地定位方法，其特征在于： 

所述零序电流脉冲为接地故障出现的瞬间零序电流脉冲，以触发阈值时刻作为比较极性的统一时标，无需专门对时。

4.根据权利要求3所述的配电馈线单相接地定位方法，其特征在于： 

第一个脉冲出现时刻记录单相接地的起始时间，之后的数据不再参与接地定位判据；当零序电流消失时，判定接地故障消失，记录接地故障消除时间。