CN104880647B - 一种基于注入法的接地故障相辨识方法 - Google Patents
一种基于注入法的接地故障相辨识方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明具体公开了一种基于注入法的接地故障相辨识方法，包括以下步骤：（1）根据系统参数（系统总电容及阻尼率），确定相角θnor和消弧线圈的补偿状态；（2）电网发生单相接地故障时，向中性点注入电流，得到补偿后的中性点电压；（3）确定当各相发生单相接地故障时，补偿后的中性点电压相位角a随故障电阻的变化范围；（4）基于测得的中性点电压的相位角a，判断相位角a落入步骤（3）中的哪一变化范围，即可判断与该变化范围对应的相发生了接地故障。本发明提出的一种基于注入法的接地故障相辨识方法，能有效地实现系统接地相辨识，尤其能实现高阻接地故障接地相辨识，克服了传统故障相辨识方法的局限性，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统电网故障相辨识技术领域，具体地说是一种基于注入法的接地故障相辨识方法。
背景技术
我国中压配电网主要以小电流接地方式为主，常用的有中性点经消弧线圈接地方式和中性点不接地方式两种，随着配电网系统的快速发展，系统单相接地故障发生的频次在不断增加。现实中，由于存在电网三相对地参数的不平衡，这给电网接地相的辨识带来了一定的困难，尤其是发生高阻接地故障时，传统的接地相判别是不适用的。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种基于注入法的接地故障相辨识方法，能有效实现系统接地相辨识，尤其能实现高阻接地故障接地相辨识。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于注入法的接地故障相辨识方法，包括以下步骤：
步骤1：根据系统总电容及阻尼率先确定相角θnor和消弧线圈的补偿状态，具体方法如下。
当系统正常运行且消弧线圈未投入,未注入电流时，自然不平衡电压为：
其中，CA、CB、CC分别为A、B、C三相对地电容，rA、rB、rC分别为A、B、C三相绝缘电阻，C∑为系统总对地电容，C∑＝CA+CB+CC，G∑为系统总绝缘电导，a＝ej120。
令公式(1)的分子分母jωC∑+G∑＝Y∠χ2，则自然不平衡电压与A相电源电压的夹角为χ＝χ1-χ2。
当系统正常运行且投入消弧线圈,也未注入电流时，中性点电压为：
令公式(2)的分母则中性点电压与A相电源电压的夹角为φ＝χ1-θnor。
则可知θnor＝χ-φ+χ2。
因此，可根据系统总电容及阻尼率的参数值计算出χ2，然后测系统自然不平衡电压与A相电源电压的夹角χ和消弧线圈投入时中性点电压相位角φ，便可计算出相角θnor。根据θnor的值，可确定消弧线圈的补偿状态，如下所示：
(I)当θnor>0时，消弧线圈欠补偿；
(II)当θnor<0时，消弧线圈过补偿；
(III)当θnor＝0时，消弧线圈全补偿。
步骤2：电网发生单相接地故障时，向中性点注入电流得到补偿后的中性点电压其推导过程如下：
其中，CA、CB、CC分别为A、B、C三相对地电容，rA、rB、rC分别为A、B、C三相绝缘电阻，C∑为系统总对地电容，C∑＝CA+CB+CC，G∑为系统总绝缘电导，a＝ej120。
在实际操作中，由于
其中，为系统自然不平衡度，为系统自然不平衡电压，a＝ej120。
因此，系统发生单相接地故障后，向中性点注入电流便可得到补偿后的中性点电压
步骤3：当各相发生单相接地故障时，设中性点电压与A相电源电压的夹角为σ，则补偿后的中性点电压相位角σ随故障电阻的变化范围如下。
(1)当消弧线圈欠补偿或中性点不接地方式时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[180°-θnor,180°]；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[60°-θnor,60°]；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[300°-θnor,300°]。
(2)当消弧线圈过补偿时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[180°,180°-θnor]；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[60°,60°-θnor]；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[300°,300°-θnor]。
(3)当消弧线圈全补偿时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝180°；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝60°；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝300°。
本发明的有益效果是：本发明通过注入电流补偿由电网不对称引起的电压，使中性点电压仅为故障相引起的中性点位移电压，分析补偿过后的中性点电压相位角，推断出中性点电压相位角随故障电阻的变化范围，最后通过不同相发生接地故障时对应的中性点电压相位角的范围来辨识接地故障相，尤其是实现高阻接地故障相的辨识。理论分析证实了本方法能准确有效地实现系统接地相辨识，尤其能实现高阻接地故障接地相辨识，克服了传统故障相辨识方法的局限性，具有良好的应用前景。
附图说明
附图1为系统A相发生单相接地故障结构图。
附图2为消弧线圈欠补偿或中性点不接地方式下各相发生接地故障时补偿后的中性点电压随接地电阻变化的轨迹图。
附图3为消弧线圈过补偿时补偿后的中性点电压随接地电阻变化的轨迹图。
附图4为消弧线圈全补偿时补偿后的中性点电压随接地电阻变化的轨迹图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体内容。
本发明通过注入电流补偿由电网不对称引起的电压，使中性点电压仅为故障相引起的中性点位移电压，分析补偿过后的中性点电压相位角，推断出中性点电压相位角随故障电阻的变化范围，最后通过不同相发生接地故障时对应的中性点电压相位角的范围来辨识接地故障相，尤其是实现高阻接地故障相的辨识。具体包括以下步骤。
(1)根据系统总电容及阻尼率参数值，确定相角θnor和消弧线圈的补偿状态。
当系统正常运行且消弧线圈未投入，未注入电流时，自然不平衡电压为：
其中，CA、CB、CC分别为A、B、C三相对地电容，rA、rB、rC分别为A、B、C三相绝缘电阻，C∑为系统总对地电容，C∑＝CA+CB+CC，G∑为系统总绝缘电导，a＝ej120。
令公式(1)的分子分母jωC∑+G∑＝Y∠χ2，则自然不平衡电压与A相电源电压的夹角为χ＝χ1-χ2。
当系统正常运行且投入消弧线圈未注入电流时，中性点电压为：
令公式(2)的分母则中性点电压与A相电源电压的夹角为φ＝χ1-θnor。
则可知θnor＝χ-φ+χ2。
因此，可根据系统总电容及阻尼率参数值计算出χ2，然后测系统自然不平衡电压与A相电源电压的夹角χ和消弧线圈投入时中性点电压相位角φ，便可计算出相角θnor。根据θnor的值，可确定消弧线圈的补偿状态，如下所示：
(I)当θnor>0时，消弧线圈欠补偿；
(II)当θnor<0时，消弧线圈过补偿；
(III)当θnor＝0时，消弧线圈全补偿。
(2)电网发生单相接地故障时，向中性点注入电流得到补偿后的中性点电压如附图1所示，当系统发生单相接地故障时，以A相发生单相接地故障为例，向中性点注入电流用来消除电网不对称度，使电网中性点电压仅为由故障相引起的中性点位移电压。
由基尔霍夫电流定律可得，未注入电流时，中性点电压
其中，Rf为故障电阻。
向中性点注入电流其推导过程如下：
在实际操作中，由于
其中，为系统自然不平衡度，为系统自然不平衡电压，a＝ej120。
因此，系统发生单相接地故障后，向中性点注入电流便可得到补偿后的中性点电压
补偿后的中性点电压
同理可得。
若B相发生单相接地故障时，向中性点注入电流如方程式(5)得到补偿后的中性点电压
若C相发生单相接地故障时，向中性点注入电流如方程式(5)得到补偿后的中性点电压
(3)确定当各相发生单相接地故障时，补偿后的中性点电压相位角σ随故障电阻的变化范围，如下所示。
当消弧线圈欠补偿或中性点不接地方式时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[180°-θnor,180°]；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[60°-θnor,60°]；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[300°-θnor,300°]。
当消弧线圈过补偿时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[180°,180°-θnor]；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[60°,60°-θnor]；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[300°,300°-θnor]。
当消弧线圈全补偿时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝180°；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝60°；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝300°。
通过作出补偿后的中性点电压随接地电阻变化的轨迹图，可以验证上述中性点电压相位角随故障电阻的变化范围的正确性。
(4)基于测得的中性点电压的相位角σ，判断相位角σ落入步骤(3)中的哪一变化范围，即可判断与该变化范围对应的相发生了接地故障。
本发明可以通过作出补偿后的中性点电压随接地电阻变化的轨迹图，验证上述补偿后中性点电压相位角随故障电阻的变化范围的正确性。
当消弧线圈欠补偿或中性点不接地方式时，各相发生接地故障时补偿后的中性点电压随接地电阻变化的轨迹图如附图2所示。图中弧分别为A、B、C三相发生接地故障时中性点电压轨迹，向量分别为A、B、C三相各自发生单相接地故障的任一点的中性点电压向量。从轨迹图中亦可看出：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[180°-θnor,180°]；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[60°-θnor,60°]；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[300°-θnor,300°]。
当消弧线圈过补偿时，各相发生接地故障时补偿后的中性点电压随接地电阻变化的轨迹图如附图3所示。图中弧分别为A、B、C三相发生接地故障时中性点电压轨迹，向量分别为A、B、C三相各自发生单相接地故障的任一点的中性点电压向量。从轨迹图中亦可看出：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[180°,180°-θnor]；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[60°,60°-θnor]；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[300°,300°-θnor]。
当消弧线圈全补偿时，各相发生接地故障时补偿后的中性点电压随接地电阻变化的轨迹图如附图4所示。图中弧分别为A、B、C三相发生接地故障时中性点电压轨迹，向量分别为A、B、C三相各自发生单相接地故障的任一点的中性点电压向量。从轨迹图中亦可看出：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝180°；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝60°；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝300°。
根据本发明提出的一种基于注入法的接地故障相辨识方法，能准确有效地实现系统接地相辨识，尤其能实现高阻接地故障接地相辨识，克服了传统故障相辨识方法的局限性，具有良好的应用前景。
Claims (1)
1.一种基于注入法的高阻接地故障辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定消弧线圈的补偿状态，具体方法如下：
当系统正常运行且消弧线圈未投入，未注入电流时，自然不平衡电压为：
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其中，CA、CB、CC分别为A、B、C三相对地电容，rA、rB、rC分别为A、B、C三相绝缘电阻，C∑为系统总对地电容，C∑＝CA+CB+CC，G∑为系统总绝缘电导，a＝ej120；
令公式(1)的分子分母jωC∑+G∑＝Y∠χ2，则自然不平衡电压与A相电源电压的夹角为χ＝χ1-χ2；
当系统正常运行且投入消弧线圈,未注入电流时，中性点电压为：
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令公式(2)的分母则中性点电压与A相电源电压的夹角为φ＝χ1-θnor；
则可知θnor＝χ-φ+χ2；
因此，可根据系统总电容及阻尼率的参数值计算出χ2，然后测系统自然不平衡电压与A相电源电压的夹角χ和消弧线圈投入时中性点电压相位角φ，便可计算出相角θnor；根据θnor的值，可确定消弧线圈的补偿状态，如下所示：
(I)当θnor>0时，消弧线圈欠补偿；
(II)当θnor<0时，消弧线圈过补偿；
(III)当θnor＝0时，消弧线圈全补偿；
(2)电网发生单相接地故障时，向中性点注入电流得到补偿后的中性点电压其中，的推导如下：
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其中，CA、CB、CC分别为A、B、C三相对地电容，rA、rB、rC分别为A、B、C三相绝缘电阻，C∑为系统总对地电容，G∑＝CA+CB+CC，G∑为系统总绝缘电导，a＝ej120；
在实际操作中，由于
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其中，为系统自然不平衡度，为系统自然不平衡电压，a＝ej120；
因此，系统发生单相接地故障后，向中性点注入电流便可得到补偿后的中性点电压注入电流补偿了由电网不对称引起的部分，中性点电压仅剩下由故障相引起的中性点位移电压；
(3)确定当各相发生单相接地故障时补偿后的中性点电压的相位角σ随故障电阻的变化范围；其中，中性点电压相位角σ为中性点电压与A相电源电压的夹角；补偿后的中性点电压相位角σ随故障电阻的变化范围为：
当消弧线圈欠补偿或中性点不接地方式时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[180°-θnor,180°]；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[60°-θnor,60°]；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[300°-θnor,300°]；
当消弧线圈过补偿时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[180°,180°-θnor]；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[60°,60°-θnor]；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ∈[300°,300°-θnor]；
当消弧线圈全补偿时：
(I)当A相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝180°；
(II)当B相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝60°；
(III)当C相发生单相接地故障时，中性点电压相位角σ＝300°；
(4)基于测得的中性点电压的相位角σ，判断相位角σ落入步骤(3)中的哪一变化范围，即可判断与该变化范围对应的相发生了接地故障。
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