CN104280663A - 一种小电流接地系统单相接地故障在线监视与选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小电流接地系统单相接地故障在线监视与选线方法，通过在线监测电网零序电压，测量并记录电网发生单相接地故障前后所有馈线的零序电流，根据测量的零序电压和馈线零序电流数据计算各馈线的零序“绝缘导纳”，利用馈线的零序“绝缘导纳”的特征实现故障线的精确判断。本方法不受接地方式的影响，消除电网参数不对称度和过渡电阻的影响，解决了不对称度较大电网发生高阻接地故障选线的难题。实现方式简单，不影响系统正常运行，可提高判断电网是否单相接地故障的灵敏度。

Description

一种小电流接地系统单相接地故障在线监视与选线方法

技术领域

    本发明涉及的是一种电气技术的测量和控制方法，具体是小电流接地系统单相接地故障在线监视与故障线路识别的技术。

背景技术

我国配电网以小电流接地方式为主，发生单相接地故障后电网线电压对称仍可持续供电。小电流接地系统（非有效接地系统）包括中性点不接地、经高阻接地和经消弧线圈接地，而配电网故障的80%为单相接地故障，实现故障线路地精确判断是国内外长期关注的难题。

中性点不接地系统故障选线的传统方法是通过比较馈线零序工频电流或功率来实现的；谐振接地系统中由于消弧线圈的引入导致故障线零序电流特征变得复杂，因而有学者提出了零序有功分量的选线方法。然而，以上选线方法均建立在电网线路参数严格对称的基础上，而现实中电网线路对地参数不对称度普遍存在，线路参数严格对称的电网几乎不存在；且过渡电阻的大小也是随机的，特别是当电网发生高阻接地时以上选线方法的精度将大大降低。因此，迫切需要找到一种可实现电网单相接地故障监测的选线方法，该方法需消除电网线路参数不对称、过渡电阻和中性点接地方式的影响，实现故障线路的精确判断。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种小电流接地系统单相接地故障在线监视与选线方法，该方法不受接地方式的影响，可消除电网线路参数不对称和过渡电阻对选线精度的影响，实现电网单相接地故障的在线监测。

技术方案：为解决以上述技术问题，本发明提出一种小电流接地系统单相接地故障在线监视与选线方法，通过在线监测电网零序电压，测量并记录电网发生单相接地故障前后所有馈线的零序电流，根据测量的零序电压和馈线零序电流数据计算各馈线的零序“绝缘导纳”，利用馈线的零序“绝缘导纳”的特征实现故障线的精确判断，具体步骤如下。

步骤a：电网正常运行时，测量电网中性点电压                                                和各馈线上的零序电流，对于有n条馈线的电网（i=1.2…n），保存测量数据。

步骤b：在线监测电网中性点电压，当其发生改变，再次测量电网中性点电压记为，再次测量各馈线上的零序电流记为。

 步骤c：根据以上测量数据计算各馈线零序“绝缘导纳”，如下：

                               式1

若第i条馈线未发生接地故障则：

                                式2

式2中C _i为电网第i条馈线对地分布总电容，G _i为电网第i条馈线对地分布总电导。由式2可知，未发生接地故障馈线的零序“绝缘导纳”为该馈线的对地绝缘导纳；

若第i条馈线发生接地故障则：

                    式3

式3中C _Σ为电网所有（n条）馈线对地分布总电容的和，即电网对地分布总电容；G _Σ电网所有（n条）馈线对地分布总电导的和，即电网对地分布总电导；式3中jY ₀+G ₀为中性点接地导纳，G ₀、Y ₀是已知量：当中性点不接地，则式3中G ₀=Y ₀=0；当中性点经高（中）阻接地则Y ₀=0、G ₀为接地电导；当中性点经随调式经消弧线圈接地则G ₀=0、Y ₀=-1/ωL其中L消弧线圈等效电感；当中性点经预调式经消弧线圈接地则G ₀=G _L、Y ₀=-1/ωL且1/ωL=ωC _Σ其中G _L为等效并联电导、L为等效并联电感。由式3可知，发生单相接地故障馈线的零序“绝缘导纳”为该馈线的对地绝缘导纳与电网总对地绝缘导纳的差。

步骤d：根据馈线的零序“绝缘导纳”值实现接地故障线的判断：若某条馈线的零序“绝缘导纳”与该电网中性点对地等效导纳jY ₀+G ₀的和等于其他馈线“绝缘导纳”之和的相反数，则该馈线为故障线。

步骤e：故障消除后，从步骤a开始重复执行。

有益效果：本发明提出的一种小电流接地系统单相接地故障在线监视与选线方法，该方法有效实现小电流接地系统单相接地故障选线。本方法不受接地方式的影响，消除电网参数不对称度和过渡电阻的影响，解决了不对称度较大电网发生高阻接地故障选线的难题。实现方式简单，不影响系统正常运行，可提高判断电网是否单相接地故障的灵敏度。

附图说明：

图1 小电流接地系统单相接地故障等效原理图；

图2 馈线零序电压关系图。

具体实施方式

为使本发明实施的技术手段、创作特征、技术方案和优点与功效更加清楚明了，下面结合本发明实施例中的附图，给出了详细的实施方式和具体操作过程。图1为小电流接地系统单相接地故障等效原理图，该电网有n条馈线，第i条馈线发生单相经电导G _E的接地故障，该电网中性点非有效接地，记中性点接地导纳为jY ₀+G ₀，记该电网线路对地参数不对称。本发明的实施可直接从PT二次侧取得电网母线零序电压信号，从各馈线的零序电流互感器取得馈线零序电流信号，具体实施步骤如下。

步骤1：电网正常运行时，测量电网中性点电压和各馈线上的零序电流，对于有n条馈线的电网(i=1.2…n)，保存测量数据；

               式4

式中： =jωC _A+G _A+a ²(jωC _B+G _B)+a(jωC _C+G _C)为电网线路参数不对称矢量和，其中a=e^120°，C _A、C _B和C _C为电网三相对地分布总电容；G _A、G _B和G _C为电网三相对地分布总电导；C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统总分布电容；G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导；jY ₀+G ₀为中性点接地导纳，G ₀、Y ₀是已知量：当中性点不接地，则式中G ₀=Y ₀=0；当中性点经高（中）阻接地则Y ₀=0、G ₀为接地电导，当中性点经随调式经消弧线圈接地则G ₀=0、Y ₀=-1/ωL其中L消弧线圈等效电感，当中性点经预调式经消弧线圈接地则G ₀=G _L、Y ₀=-1/ωL且1/ωL=ωC _Σ其中G _L为等效并联电导、L为等效并联电感。

第i条馈线未故障的自然不平衡电压为：

                    式5

式中：=jωC _Ai+G _Ai+a ²(jωC _Bi+G _Bi)+a(jωC _Ci+G _Ci)为第i条馈线参数不对称矢量和，其中a=e^120°，C _Ai、C _Bi和C _Ci为第i条馈线三相对地分布电容；G _Ai、G _Bi和G _Ci为第i条馈线三相对地分布电导；C _i=C _Ai+C _Bi+C _Ci为第i条馈线分布总电容；G _i=G _Ai+G _Bi+G _Ci为第i条馈线分布总电导。

步骤2：在线监测电网中性点电压，当其发生改变，再次测量电网中性点电压记为，再次测量各馈线上的零序电流记为；

当电网发生单相接地故障后，接地电导为G _E，电网中性点电压为：

          式6

式中为故障相电源电势；若第i条馈线故障，则该馈线的故障不平衡电压为：

    式7

图2为为馈线零序电压关系图，图中为第i条馈线自然不平衡电压，为电网正常运行时中性点电压，为电网单相接地故障后的中性点电压，为馈线的故障不平衡电压。

步骤3：根据以上测量数据计算各馈线零序“绝缘导纳”；

电网正常运行时第i条馈线的零序电流和故障后第i条馈线的零序电流，满足以下关系：

若第i条馈线未故障则：

                  式8

                   式9

由式8和式9解得第i条馈线零序“绝缘导纳”为：

                  式10

由式10可知，未发生接地故障馈线的零序“绝缘导纳”为该馈线的对地绝缘导纳。

若第i条馈线故障则：

                    式11

                   式12

由式11和式12解得第i条馈线零序“绝缘导纳”为：

      式13

式13中jY ₀+G ₀为中性点接地导纳，G ₀、Y ₀是已知量，由式13可知，发生单相接地故障馈线的零序“绝缘导纳”为该馈线的对地绝缘导纳与电网总零序导纳的差。

步骤4：根据馈线的零序“绝缘导纳”值实现接地故障线的判断：若某条馈线的零序“绝缘导纳”与该电网中性点对地等效导纳jY ₀+G ₀的和等于其他馈线“绝缘导纳”之和的相反数，则该馈线为故障线。

步骤5：故障消除后，从步骤a开始重复执行。

Claims (1)

1.一种小电流接地系统单相接地故障在线监视与选线方法，其特征在于，通过在线监测电网零序电压，测量并记录电网发生单相接地故障前后所有馈线的零序电流，根据测量的零序电压和馈线零序电流数据计算各馈线的零序“绝缘导纳”，利用馈线的零序“绝缘导纳”的特征实现故障线的精确判断，具体步骤如下：

步骤a：电网正常运行时，测量电网中性点电压                                                和各馈线上的零序电流，对于有n条馈线的电网(i=1.2…n)，保存测量数据；

步骤b：在线监测电网中性点电压，当其发生改变，再次测量电网中性点电压记为，再次测量各馈线上的零序电流记为；

步骤c：根据以上测量数据计算各馈线零序“绝缘导纳”，如下：

                               式1

若第i条馈线未发生接地故障则：

                                式2

式2中C _i为电网第i条馈线对地分布总电容，G _i为电网第i条馈线对地分布总电导；由式2可知，未发生接地故障馈线的零序“绝缘导纳”为该馈线的对地绝缘导纳；

若第i条馈线发生接地故障则：

                    式3

式3中C _Σ为电网所有（n条）馈线对地分布总电容的和，即电网对地分布总电容；G _Σ电网所有（n条）馈线对地分布总电导的和，即电网对地分布总电导；式3中jY ₀+G ₀为中性点接地导纳，G ₀、Y ₀是已知量：当中性点不接地，则式3中G ₀=Y ₀=0；当中性点经高（中）阻接地则Y ₀=0、G ₀为接地电导；当中性点经随调式经消弧线圈接地则G ₀=0、Y ₀=-1/ωL其中L消弧线圈等效电感；当中性点经预调式经消弧线圈接地则G ₀=G _L、Y ₀=-1/ωL且1/ωL=ωC _Σ其中G _L为等效并联电导、L为等效并联电感；由式3可知，发生单相接地故障馈线的零序“绝缘导纳”为该馈线的对地绝缘导纳与电网总对地导纳的差；

步骤d：根据馈线的零序“绝缘导纳”值实现接地故障线的判断：若某条馈线的零序“绝缘导纳”与该电网中性点对地等效导纳jY ₀+G ₀的和等于其他馈线“绝缘导纳”之和的相反数，则该馈线为故障线；

步骤e：故障消除后，从步骤a开始重复执行。