CN104914322B - 一种区域线路对地参数检测方法及在接地故障区域定位方面的应用 - Google Patents

Abstract

在供配电网络中划定若干个区域。针对其中一个区域，调整三相对地电压，测量三相对地电压和区域对地电流，利用三相对地电压和区域对地电流与区域内三相对地电导和三相对地电纳之间的关系，计算区域范围内三相对地电导和对地电纳的值。在供配电网络出现接地故障后，可以通过测量所述区域三相对地电导判断该区域是否存在接地故障；还可以在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域对地参数，在供配电网络出现接地故障时，测量三相对地电压和区域对地电流，利用三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数的关系，通过分析和计算，判断该区域是否存在接地故障。在供配电网络出现接地故障后，对各区域进行接地故障判断，可以实现接地故障的区域定位。

Description

一种区域线路对地参数检测方法及在接地故障区域定位方面 的应用

技术领域

本发明涉及供配电网络区域对地参数的检测，还涉及供配电网络接地故障的区域定位。

背景技术

对地参数是供配电网络的重要的工频参数，及时准确掌握供配电网络的对地参数是线路保护和线路状态监测的重要基础工作。目前，在线检测供配电网络对地参数的主要目的是掌握系统的电容电流值，为消弧线圈调整档位提供依据。由于供配电网络日益庞大，线路运行方式灵活多变，使供配电网络对地参数经常发生变化，及时准确掌握供配电网络的对地参数，对于保障供配电网络的平稳安全运行具有重要意义。

现在中压配电系统一般都采用小电流接地系统，一些有特殊要求的低压配电系统也采用小电流接地系统。采用中性点经消弧线圈接地方式可降低供配电网络发生接地故障时流过接地故障点的电流，有利于供配电网络的连续平稳供电，但是由消弧线圈产生的补偿电流的加入，使早期普遍采用的利用零序电流的幅值和相位进行接地选线的规则失效，为此国内外相关科研人员研究开发了多种途径的接地选线和定位方法，但到目前为止，实际应用效果并不理想，尤其是对于高阻接地故障的选线和定位还没有很好的解决方案。由于小电流接地系统在接地选线方面存在的问题，国内有些供配电网络改为采用中性点经小电阻接地系统，目的是在系统出现接地故障时能够及时切除故障线路；但中性点经小电阻接地系统如果出现高过渡电阻接地故障，由于接地电流小，保护可能拒动，所以也同样存在接地选线定位的难题。接地选线定位已成为供配电网络提高供电质量的一个瓶颈，迫切需要更准确、更有效的接地选线定位方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种供配电网络区域对地参数在线测量方法。

本发明的另一目的是提供一种供配电网络接地故障区域在线定位方法，该接地故障区域在线定位方法是以本发明的供配电网络区域对地参数在线测量方法为基础实现的。

同时本发明还提供一种供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，该装置采用本发明的供配电网络区域对地参数测量方法和接地故障区域定位方法实现供配电网络的区域对地参数测量和接地故障区域定位功能。

为了实现上述目的，本发明的供配电网络区域对地参数测量方法如下：

供配电网络区域对地参数测量方法一：

在供配电网络中划定一个区域；

针对所述区域，三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数(三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_阴、B_EC)之间存在以下关系：

以此关系为基础，将在同一时刻检测的三相对地电压和区域对地电流作为已知量，区域对地参数作为未知量，可以形成求解未知的区域对地参数的方程；

或以此关系为基础，在已知部分区域对地参数时，将在同一时刻检测的三相对地电压和区域对地电流与已知的区域对地参数作为已知量，可形成求解未知的区域对地参数的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流，使我们有机会获得求解未知的区域对地参数的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出未知的区域对地参数。

供配电网络区域对地参数测量方法二：

针对所述区域，在所述区域不存在接地故障时，通常区域对地阻性电流远小于区域对地容性电流，可以忽略阻性电流，设定区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC均为0，则前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解三相对地电纳的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流，使我们有机会获得求解区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的值。

供配电网络区域对地参数测量方法三：

在所述区域范围内不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；由于区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC为已知量，则前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解区域三相对地电导的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流，将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流，使我们有机会获得求解区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的值。

供配电网络区域对地参数测量方法四：

在供配电网络出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；

假设已经确定供配电网络的C相出现接地故障，可设定A相和B相的区域对地电导G_EA、G_EB为0，前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流，将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流，使我们有机会获得求解区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的值。

供配电网络区域对地参数测量方法五：

在所述区域范围内不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；

假设已经确定供配电网络的C相出现接地故障，可设定A相和B相的区域对地电导G_EA、G_EB为0，前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解C相对地电导G_EC的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流，将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导G_EC的方程，可计算出C相对地电导G_EC。

通过人为改变供配电网络的三相对地电压实现区域对地参数的检测：

通过人为改变供配电网络中性点对地电压，可以改变三相对地电压每改变一次三相对地电压测量一次三相对地电压和区域对地电流，可以形成求解未知的区域对地参数的方程；重复这一过程，可获得求解未知的区域对地参数的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出未知的区域对地参数。

人为改变供配电网络中性点对地电压的方法可以是使一相导体接地；可以是使一相导体通过电阻接地；可以是使一相导体通过电感接地；可以是使一相导体通过电容接地；可以是在供配电网络中性点或人工中性点与地之间加入使供配电网络中性点对地电压发生偏移的电压；可以是在供配电网络中性点或人工中性点与地之间加入电阻、电感或电容；可以是使串接在供配电网络中性点或人工中性点与地之间的电阻、电感或电容的阻抗发生改变；还可以是采用上述方法的组合。

本发明的供配电网络接地故障区域定位方法是：

在供配电网络中划定一个区域；

针对所述区域，在供配电网络出现接地故障时，可以根据前述的“供配电网络区域对地参数测量方法”检测所述区域的区域对地参数，根据检测得到的区域对地参数的值判断区域范围内是否存在接地故障；

或针对所述区域，在该区域不存在接地故障时，离线或在线测量该区域的全部或部分区域对地参数，可以根据前述的“供配电网络区域对地参数测量方法”测量这些区域对地参数；在供配电网络出现接地故障时，利用在所述区域不存在接地故障时检测的区域对地参数和在供配电网络出现接地故障时测量的所述区域的三相对地电压和区域对地电流，根据区域内三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

判断所述区域是否存在接地故障；

供配电网络接地故障区域定位方法一：

针对所述区域，在供配电网络出现接地故障时，根据前述的“供配电网络区域对地参数测量方法”测量区域对地电导，根据测量得到的区域对地电导的情况，判断所述区域范围内是否存在接地故障。

供配电网络接地故障区域定位方法二：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域范围内三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，测量所述区域的三相对地电压和区域对地电流

判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC与在供配电网络出现接地故障时测量得到的三相对地电压和区域对地电流是否符合关系式：

如果偏差较大，可确定该区域存在接地故障。

供配电网络接地故障区域定位方法三：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，测量所述区域的三相对地电压和区域对地电流

判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC与在供配电网络出现接地故障时测量得到的三相对地电压和区域对地电流是否符合关系式：

如果偏差较大，可确定该区域存在接地故障。

供配电网络接地故障区域定位方法四：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；

在供配电网络出现接地故障时，根据前述的“供配电网络区域对地参数测量方法”再次测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；

将前后两次测量的区域三相对地电纳进行对比，如果差别较大，可以确定所述区域范围内存在接地故障。

针对一个区域的区域内三相对地电压的测量方法：

针对一个区域的三相对地电压的测量方法是：可以在区域内测量三相对地电压也可以在区域外测量与区域内三相线路存在电连接关系的三相导体的三相对地电压利用区域外的测量结果计算区域内的三相对地电压或把区域外的测量的三相对地电压直接作为区域内的三相对地电压加以利用。

针对一个区域的区域对地电流的检测方法：

针对一个区域的区域对地电流的检测方法是：在所述区域与其他区域交界处，测量从其他区域流入所述区域的零序电流，将全部流入所述区域的零序电流按流入所述区域的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流

针对一个区域的区域对地电流的另一种检测方法：

针对一个区域的区域对地电流的检测方法是：在所述区域范围内，各相导体与大地之间存在一个设备地，设备地与各相导体之间处于绝缘状态，设备地与大地之间也处于绝缘状态，设备地可通过一条或多条接地线与大地连接；检测流过设备地与大地之间的各条接地线的电流，将流过各条接地线的电流按流入大地的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流

一种供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置

一种供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，采用前述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位方法进行供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位；

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置包括测量三相对地电压的电压检测装置，包括测量区域对地电流的电流检测装置，还包括信号处理装置；信号处理装置处理来自电压检测装置的三相对地电压和来自电流检测装置的区域对地电流实现供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位。

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置还包括人为改变三相对地电压的电压偏移装置。

所述电压偏移装置可以包括能够使一相导体接地的装置；可以包括能够使一相导体通过电阻器接地的装置；可以包括能够使一相导体通过电抗器接地的装置；可以包括能够使一相导体通过电容器接地的装置；可以是连接于供配电网络的中性点或人工中性点与地之间，能够在供配电网络中性点或人工中性点与地之间加入使供配电网络中性点对地电压发生偏移的电压的装置；可以是能够使电阻器、电抗器或电容器串接在供配电网络的中性点或人工中性点与地之间的装置；可以是能够使串接在供配电网络的中性点或人工中性点与地之间的电阻器、电抗器或电容器的阻抗发生改变的装置；也可以是上述装置的组合。

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置还包括控制所述电压偏移装置的电压偏移控制装置，所述电压偏移控制装置能够按指令要求控制所述电压偏移装置调整供配电网络的三相对地电压配合信号处理装置实现供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位。

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置还包括信号输出装置，可由信号输出装置将区域对地参数传送给供配电网络中的开关装置；或由信号输出装置将区域对地参数传送给供配电自动化系统；或由信号输出装置将区域对地参数传送给上位机系统；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送给供配电网络中的开关装置，由开关装置隔离存在接地故障的区域；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送给供配电自动化系统，由供配电自动化系统隔离存在接地故障的区域；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送到上位机系统，由供配电网络的运行人员安排相关设备的操作，隔离存在接地故障的区域。

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置还包括信号输入装置，所述信号输入装置可以接收来自上位机系统的信息；或接收来自配电自动化系统的信息；或接收来自开关装置的信息，所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置可以根据接收的信息调整相关数据，或根据接收的信息调整内部的工作状态，或根据接受的信息进行相关的操作。

本发明的有益效果

1、在线测量供配电网络的区域对地参数的方法，可用于在线测量供配电网络的电容电流，为消弧线圈调整档位提供依据；可用于查找存在三相对地参数不平衡的区域，指导系统三相电压不平衡治理；可用于小电流接地选线；可用于接地故障区域定位；测量的对地参数还可用于供配电网络继电保护的定值计算和接地故障点定位计算。

2、以测量区域对地参数为基础进行接地故障区域定位的方法，参加计算的是所述区域的三相对地电压、区域对地电流和区域对地参数，与系统采用哪种中性点接地方式没有关系。所以本发明不仅适用于各种小电流接地系统，而且对中性点经小电阻接地系统也同样有效；对于中性点经小电阻接地系统，如果采用适当的方法调整中性点对地电压，也可以实现区域对地参数测量和接地故障区域定位，尤其是在高阻接地故障的选线和定位方面具有优势。

3、对于多点接地故障，本发明的接地故障区域定位方法同样适用。存在接地故障的区域都会存在区域对地电流的异常变化，由于对每个区域分别进行接地故障判断，自然可以发现全部存在接地故障的区域。

4、发生高阻接地时，中性点电压偏移小，故障电流小，区域三相线路对地参数不平衡对区域对地电流的幅值和相位的影响增大；本发明的接地故障的区域定位方法考虑了三相线路对地参数的影响，可提高高阻接地故障的区域定位准确性。提高三相对地电压和区域对地电流的检测精度，有利于提高高阻接地故障区域的定位的成功率。

5、在供配电网络发生弧光接地期间，由于系统存在大量的谐波，会对本发明的接地故障区域定位方法产生不利影响，应设法熄灭电弧。如果在电压、电流检测环节采取滤波措施可改善接地故障判断效果。针对弧光接地选线定位问题，目前有些其他技术方案可达到良好的效果，可考虑同时采用多种接地选线定位技术进行综合判断，以期达到更好的效果。

6、系统具有自检功能。由于是以检测三相对地电压和区域对地电流为基础进行计算和判断，如果电压互感器和零序电流互感器的接线存在错误或相关设备出现故障，可在计算过程中发现。

7、由于采用工频数据进行接地故障区域定位，有利于与现有的继电保护系统结合；如果供配电网络配备了供配电自动化设备，可利用供配电自动化设备完成零序电流、对地电流的采集和上传，在配电主站系统中进行接地故障的区域定位，再利用供配电自动化设备实现接地故障区域的自动隔离。

附图说明

图1供配电网络三相区域线路集中参数等效模型

图2供配电网络三相区域线路集中对地参数简化模型之一

图3供配电网络三相区域线路集中对地参数简化模型之二

图4供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位的基本原理示意图

图5利用接地电容器调整三相对地电压的区域对地参数测量和接地故障区域定位装置的原理示意图。

图6利用接地电阻器调整三相对地电压原理示意图

图7利用接地电抗器调整三相对地电压原理示意图

图8利用接地开关调整三相对地电压原理示意图

图9利用串接于中性点与地之间的调压设备调整中性点对地电压原理示意图

图10本发明在小电流接地选线方面的应用实例

图11本发明在环网线路区域对地参数测量和接地故障区域定位方面的应用实例

图12本发明针对在分配电室有对地电压检测装置情况下的应用实例

图13根据本发明的区域对地参数测量和接地故障区域定位方法的仿真实验原理图

图1是供配电网络三相区域线路集中参数等效模型。

图中，R_A、R_B、R_C是三相线路的电阻，L_A、L_B、L_C是三相线路的自感，L_AB、L_AC、L_BC是三相线路的互感，C_AB、C_AC、C_BC是三相线路线间电容，R_EA、R_EB、R_EC是三相线路对地电阻，C_EA、C_EB、C_EC是三相线路对地电容。

三相电流流过区域内线路，会在各相线路上产生压降，使区域范围内各相线路沿线各点对地电压不相等；假设区域范围不是很大，线路不是很长，负载电流通过线路造成的线路压降很小，可近似认为在区域范围内各相线路沿线各点对地电压相等，这样就可忽略三相线路电阻R_A、R_B、R_C、三相线路自感L_A、L_B、L_C、三相线路互感L_AB、L_AC、L_BC、三相线路线间电容C_AB、C_AC、C_BC的影响；因此，在计算区域对地参数时可只考虑三相对地电阻R_EA、R_EB、R_EC和对地电容C_EA、C_EB、C_EC。

图2是供配电网络三相区域线路集中对地参数简化模型之一。

图中，各相导体对地参数仅有三相对地电阻R_EA、R_EB、R_EC和对地电容C_EA、C_EB、C_EC。

图3是供配电网络三相区域线路集中对地参数简化模型之二。

由于是并联电路，为了方便计算，采用三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC代替三相对地电阻R_EA、R_EB、R_EC和对地电容C_EA、C_EB、C_EC。

图4是供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位的基本原理示意图。

一、供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置的组成：

如图4所示，在供配电网络中划定一个待检测区域，区域对地参数包括三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；

区域线路对地参数检测和接地故障区域定位装置包括电压互感器PT、零序电流互感器CT1和CT2、电压检测装置、电流检测装置和信号处理装置；

电压检测装置与电压互感器PT的二次连接，检测三相对地电压

电流检测装置与2个零序电流互感器CT1、CT2连接，检测流过两个零序电流互感器CT1、CT2的零序电流和电流检测装置将零序电流和按电流流向区域内部的方向矢量相加，得到待检测区域的区域对地电流

由信号处理装置接收和处理由电压检测装置检测的三相对地电压和电流检测装置检测的区域对地电流实现对所述区域对地参数的检测和对区域内是否存在接地故障的判断。

二、供配电网络区域对地参数测量方法的集中说明：

1、供配电网络区域对地参数测量方法一：

针对待检测区域，三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间存在以下关系：

以此关系为基础，将在同一时刻检测的三相对地电压和区域对地电流作为已知量，区域对地参数作为未知量，可以形成求解未知区域对地参数的方程；

或以此关系为基础，在已知部分区域对地参数时，将在同一时刻检测的三相对地电压和区域对地电流作为已知量，并且将已知的区域对地参数带入上述关系式，可形成求解未知区域对地参数的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流使我们有机会获得求解未知的区域对地参数的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出未知的区域对地参数。

通过人为改变供配电网络中性点对地电压，可以改变三相对地电压每改变一次三相对地电压测量一次三相对地电压和区域对地电流可以形成求解未知的区域对地参数的方程；重复这一过程，可获得求解未知的区域对地参数的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出未知的区域对地参数。

可将求解三相对地参数的矢量方程：

沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为下面的两个标量方程：

U_AE·G_EA+U_BE·cosθ_B·G_EB+U_CE·cosθ_C·G_EC+U_BE·sinθ_B·B_EB+U_CE·sinθ_C·B_EC＝I_E·cosθ_E

U_BE·sinθ_B·G_EB+U_CE·sinθ_C·G_EC-U_AE·B_EA-U_BE·cosθ_B·B_EB-U_CE·cosθ_C·B_EC＝I_E·sinθ_E

其中θ_B、θ_C、θ_E分别为B相对地电压、C相对地电压和区域对地电流滞后A相对地电压的角度。可利用这两个标量方程进行未知区域对地参数的计算。

2、供配电网络区域对地参数测量方法二：

针对所述区域，在所述区域不存在接地故障时，通常区域对地阻性电流远小于区域对地容性电流，可以忽略阻性电流，设定区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC均为0，则前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解三相对地电纳的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流使我们有机会获得求解区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的值。

通过人为改变供配电网络中性点对地电压，可以改变三相对地电压每改变一次三相对地电压测量一次三相对地电压和区域对地电流可以形成一个求解三相对地电纳B_FA、B_EB、B_EC的方程；重复这一过程，可获得求解三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出区域范围内三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC。

可将求解三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的矢量方程：

沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为两个标量方程：

U_BE·sinθ_B·B_EB+U_CE·sinθ_C·B_EC＝I_E·cosθ_E

-U_AE·B_EA-U_BE·cosθ_B·B_EB-U_CE·cosθ_C·B_EC＝I_E·sinθ_E

其中θ_B、θ_C、θ_E分别为B相对地电压C相对地电压和区域对地电流滞后A相对地电压的角度。可利用这两个标量方程进行三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的计算。

3、供配电网络区域对地参数测量方法三：

在所述区域范围内不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；则前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解区域三相对地电导的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流使我们有机会获得求解区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的值。

通过人为改变供配电网络中性点对地电压，可以改变三相对地电压每改变一次三相对地电压测量一次三相对地电压和区域对地电流可以形成一个求解三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的方程；重复这一过程，可获得求解的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出区域范围内的三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC。

可将求解三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的矢量方程：

沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为两个标量方程：

U_AE·G_EA+U_BE·cosθ_B·G_EB+U_CE·cosθ_C·G_EC＝I_E·cosθ_E-U_BE·sinθ_B·B_EB-U_CE·sinθ_C·B_EC

U_BE·sinθ_B·G_EB+U_CE·sinθ_C·G_EC＝I_E·sinθ_E+U_AE·B_EA+U_BE·cosθ_B·B_EB+U_CE·cosθ_C·B_EC

其中θ_B、θ_C、θ_E分别为B相对地电压C相对地电压和区域对地电流滞后A相对地电压的角度。可利用这两个标量方程进行三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的计算。

4、供配电网络区域对地参数测量方法四：

在供配电网络出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；

假设已经确定供配电网络的C相出现接地故障，可设定A相和B相的区域对地电导G_EA、G_EB为0，前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流使我们有机会获得求解区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的值。

通过人为改变供配电网络中性点对地电压，可以改变三相对地电压每改变一次三相对地电压测量一次三相对地电压和区域对地电流可以形成一个求解C相对地电导G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的方程；重复这一过程，可获得求解C相对地电导G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出区域范围内的C相对地电导G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC。

可将求解C相对地电导G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的矢量方程：

沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为两个标量方程：

U_CE·cosθ_C·G_EC+U_BE·sinθ_B·B_EB+U_CE·sinθ_C·B_EC＝I_E·cosθ_E

U_CE·sinθ_C·G_EC-U_AE·B_EA-U_BE·cosθ_B·B_EB-U_CE·cosθ_C·B_EC＝I_E·sinθ_E

其中θ_B、θ_C、θ_E分别为B相对地电压C相对地电压和区域对地电流滞后A相对地电压的角度。可利用这两个标量方程进行C相对地电导G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的计算。

5、供配电网络区域对地参数测量方法五：

在所述区域范围内不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；

假设已经确定供配电网络的C相出现接地故障，可设定A相和B相的区域对地电导G_EA、G_EB为0，前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解C相对地电导G_EC的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导G_EC的方程，可计算出C相对地电导G_EC。

可将求解C相对地电导G_EC的矢量方程：

沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为两个标量方程：

U_CE·cosθ_C·G_EC＝I_E·cosθ_E-U_BE·sinθ_B·B_EB-U_CE·sinθ_C·B_EC

U_CE·sinθ_C·G_EC＝I_E·sinθ_E+U_AE·B_EA+U_BE·cosθ_B·B_EB+U_CE·cosθ_C·B_EC

其中θ_B、θ_C、θ_E分别为B相对地电压C相对地电压和区域对地电流滞后A相对地电压的角度。可利用这两个标量方程进行C相对地电导G_EC的计算。

6、人为改变供配电网络中性点对地电压的方法：

人为改变供配电网络中性点对地电压的方法可以是使一相导体接地；可以是使一相导体通过电阻接地；可以是使一相导体通过电感接地；可以是使一相导体通过电容接地；可以是在供配电网络中性点或人工中性点与地之间加入使供配电网络中性点对地电压发生偏移的电压；可以是在供配电网络中性点或人工中性点与地之间加入电阻、电感或电容；可以是使串接在供配电网络中性点或人工中性点与地之间的电阻、电感或电容的阻抗发生改变；还可以是采用上述方法的组合。

三、供配电网络接地故障区域定位方法集中说明：

在供配电网络中划定一个区域；

针对所述区域，在供配电网络出现接地故障时，可以根据前述的“供配电网络区域对地参数测量方法”检测所述区域的区域对地参数，根据检测得到的区域对地参数的值判断区域范围内是否存在接地故障；

或针对所述区域，在该区域不存在接地故障时，离线或在线测量该区域的全部或部分区域对地参数，可以根据前述的“供配电网络区域对地参数测量方法”测量区域对地参数；在供配电网络出现接地故障时，测量的所述区域的三相对地电压和区域对地电流利用在所述区域不存在接地故障时检测的区域对地参数和在供配电网络出现接地故障时测量的所述区域的三相对地电压和区域对地电流根据区域内三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

判断所述区域是否存在接地故障；

1、供配电网络接地故障区域定位方法一：

针对所述区域，在供配电网络出现接地故障时，根据前述的“供配电网络区域对地参数测量方法”测量区域对地电导，根据测量得到的区域对地电导的情况，判断所述区域范围内是否存在接地故障。

2、供配电网络接地故障区域定位方法二：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域范围内三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，测量所述区域的三相对地电压和区域对地电流

判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC与在供配电网络出现接地故障时测量得到的三相对地电压和区域对地电流是否符合关系式：

如果偏差较大，可确定该区域存在接地故障。

3、供配电网络接地故障区域定位方法三：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，测量所述区域的三相对地电压和区域对地电流

判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC与在供配电网络出现接地故障时测量得到的三相对地电压和区域对地电流是否符合关系式：

如果偏差较大，可确定该区域存在接地故障。

4、供配电网络接地故障区域定位方法四：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；

在供配电网络出现接地故障时，根据前述的“供配电网络区域对地参数测量方法”再次测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；

将前后两次测量的区域三相对地电纳进行对比，如果差别较大，可以确定所述区域范围内存在接地故障。

图5是利用接地电容器调整三相对地电压的区域对地参数检测和接地故障区域定位装置的原理示意图。

图5是利用接地电容器调整中性点对地电压的区域对地参数检测和接地故障区域定位装置，该装置包括电压互感器PT、零序电流互感器CT1～CT5、电压检测装置、电流检测装置和信号处理装置；还包括由三个电容器C1、C2、C3和控制三个电容器C1、C2、C3的三个单相接触器J1、J2、J3组成的电压偏移装置，以及控制电压偏移装置的电压偏移控制装置。电压偏移装置的三个电容器C1、C2、C3的一端接地，三个电容器C1、C2、C3的另一端通过三个单相接触器J1、J2、J3分别与三相线路连接。

引入3个电容器C1、C2、C3的目的是为了造成供配电网络的三相对地电压不平衡，并且导致各区域对地电流增大，这样，一方面可获得满足线性无关需要的求解区域对地参数的方程组，另一方面区域对地电流在一定程度上增大有利于提高对地电流测量的精度，也就有利于提高区域对地参数的检测准确度。

图6是利用接地电阻器调整三相对地电压原理示意图

在供配电网络中增设三个电阻器R1、R2、R3和控制三个电阻器R1、R2、R3的三个单相接触器J1、J2、J3。三个电阻器R1、R2、R3的一端接地，三个电阻器R1、R2、R3的另一端通过三个单相接触器J1、J2、J3分别与三相线路连接。利用电阻器调整中性点对地电压的原理与利用电容器调整中性点对地电压的原理类似。也可以只设置一个电阻器，电阻器的一端接地，电阻器的另一端通过三个单相接触器与三相线路连接，该方式更简洁，但存在由于接触器误动或故障造成相间短路的危险，不推荐采用。

图7是利用接地电抗器调整三相对地电压原理示意图。

在供配电网络中增设三个电抗器L1、L2、L3和控制三个电抗器L1、L2、L3的三个单相接触器J1、J2、J3。三个电抗器L1、L2、L3的一端接地，三个电抗器L1、L2、L3的另一端通过三个单相接触器J1、J2、J3分别与三相线路连接。利用电抗器调整中性点对地电压的原理与利用电容器调整中性点对地电压的原理类似。

图8是利用接地开关调整三相对地电压原理示意图。

在供配电网络中增设三个单相接地开关DL1、DL2、DL3和三个熔断器RD1、RD2、RD3。三个单相接地开关DL1、DL2、DL3的一端接地，三个单相接地开关DL1、DL2、DL3的另一端通过三个熔断器RD1、RD2、RD3分别与三相线路连接。

利用单相接地开关调整中性点对地电压与利用电阻器调整中性点对地电压的原理类似，相当于电阻器的阻值为0Ω。目前有些供配电网络配备有单相接地开关，在系统出现接地故障时利用单相接地开关将故障相与地短接，能够起到及时熄灭电弧的作用；针对这样的系统，可以利用现有的单相接地开关实现供配电网络的中性点电压调整。

图9是利用串接于中性点与地之间的调压设备调整中性点对地电压原理示意图。

3个电抗器L1、L2、L3的一端分别连接三相线路，3个电抗器的另一端连接在一起形成人工中性点。在人工中性点与大地之间串接变压器T1的二次线圈；变压器T1的一次线圈的一端接380V低压系统的零线N，一次线圈的另一端可分别通过3个开关K1、K2、K3与低压系统的相线A、B、C连接。设置3个熔断器RD1、RD2、RD3起短路保护作用。分别闭合3个开关K1、K2、K3可调整待测量供配电网络的中性点对地电压。合理设置变压器T1的容量和的变比，可以获得理想的调压效果。

具体实施方式

图10是本发明在小电流接地选线方面应用实例。

供配电网络包括接地变压器T2和消弧线圈XH，组成中性点经消弧线圈接地系统。四个断路器QF1～QF4控制4条出线。

小电流接地选线系统包括电压互感器PT、零序电流互感器CT1～CT4、电压检测装置、电流检测装置和信号处理装置；还包括由三个接地开关DL1、DL2、DL3和三个熔断器RD1、RD2、RD3组成的电压偏移装置，以及控制电压偏移装置的电压偏移控制装置。

分别由CT1～CT4检测4条出线的对地电流(每个出线作为一个区域)。

这样的配置可实现对4条出线的区域线路对地参数测量和接地故障区域定位，也就是说可以实现针对4条出线的小电流选线功能。

图11是本发明在环网线路区域对地参数测量和接地故障区域定位方面的应用实例

以两个变电站供电的环网供电系统部分线路为例，说明本发明在环网线路对地参数测量和接地故障区域定位方面的应用。两个变电站各有一套配电主站系统，两个变电站还各有一套供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，各有一套电压偏移装置。

全部线路分为12个区域，包括3个环网柜区域、8个线路区域和1个变压器区域，由13个零序电流互感器测量12个区域的区域对地电流。其中，区域1、区域4和区域9为环网柜区域，检测环网柜内部的接地故障；区域2、区域3、区域5、区域6、区域8、区域10、区域11和区域12各负责一段线路，区域7负责变压器；其中CT7采用三个电流互感器分别检测三相电流，由FTU通过计算获得该处的零序电流。针对架空线路、架空母线等场合，有时不方便安装零序电流互感器，可利用三相电流计算获得，但该方法测量的零序电流误差较大，可能影响判断的准确性，最好还是采用精密零序电流互感器。

两个变电站的三相线路对地电压由两个配电主站系统分别检测并提供给各自的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，由环网柜开闭所远方终端(DTU)、馈线远方终端(FTU)和变压器远方终端(TTU)测量各监测点的零序电流的幅值和相位并分别传送给两个变电站配电主站系统，再由两个配电主站系统传送给两个供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，同时两个变电站配电主站系统分别向各自的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置传送本变电站的三相对地电压和本变电站的供电范围信息和线路运行方式信息，由两个站的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置分别对各自供电范围内的各区域进行对地参数测量和接地故障的区域定位。如果利用GPS获得误差小于1us的时间基准，将三相对地电压和零序电流打上时间标记，可提高三相对地电压和零序电流的相位检测精度，可提高对地参数测量精度，改善接地故障定位的效果。

供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置可以将对地参数测量和接地故障定位的结果提供给配电主站系统，由配电主站系统完成接地故障区域的隔离。当然，也可以将供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置的功能包括在配电主站系统中。

图12是本发明针对分配电室设有对地电压检测装置的应用实例

变电站设有电压互感器PT1，PT1的二次接主站电压检测装置，检测变电站母线各相对地电压；QF1为变电站的一个出线开关；QF2为分配电室的进线开关，分配电室还有两个出线开关QF3和QF4。分配电室设有电压互感器PT2，PT2的二次接分站电压检测装置，检测分配电室母线各相对地电压。

共划定6个区域，由CT1和CT2检测变电站到分配电室的电缆的对地电流：由CT2、CT3和CT5检测分配电室配电柜内的对地电流；由CT3和CT5分别检测开关QF3和QF4控制的出线回路的对地电流；QF3回路的电缆的外屏蔽层的首端通过接地线接地，尾端通过过电压保护器接地，首端接地线穿过精密电流互感器CT4，由CT4检测该条电缆的对地电流；QF4回路的电缆的外屏蔽层的首尾两端都通过接地线接地，首端的接地线穿过精密电流互感器CT6，尾端的接地线穿过精密电流互感器CT7，将CT6和CT7测量的电流按流入大地的方向矢量相加，可得到该条电缆的对地电流。

区域1采用主站电压检测装置检测的三相对地电压；区域2、区域3、区域4区域5、区域6采用分站电压检测装置检测的三相对地电压。

当变电站与分配电室距离较远，负荷电流又较大，考虑线路压降的影响，可以在分配电室设电压检测装置，减小分配电室供电范围内区域对地电压的误差，改善分配电室供电范围内接地故障区域定位的效果。

关于区域划分方法：

前面的例子基本都是采用的平行分区法，即将供配电线路划分为若干个区域，各个区域之间没有重叠，可直接判断存在接地故障的区域。

此外，还可以采用分级分区法，即将供配电网路先划分为几个大区域，再在大区域中划分出若干个小区域，在小区域中还町以再划分出若干个更小的区域。采用分级分区法也可以方便的判断存在接地故障的区域，但是需要考虑供配电网络的运行方式改变造成区域内对地参数的变化，尤其是对于级别较高的区域，需要在运行方式调整后重新测量对地参数；或将不同运行方式的对地参数分别存储，根据运行方式更新。在零序电流互感器检测精度不高的情况下，应考虑采用分级分区法，因为如果零序电流互感器的精度不够高，对零序电流互感器检测的电流进行矢量计算后得到的结果误差将更大，采用分级分区法可在一定程度上缓解零序电流互感器精度带来的问题。当然也可以两种分区方法同时利用，便于综合判断，尤其是在个别零序电流检测装置出现故障时，可以采用替代检测方案。

分级分区法的具体方案是从变电站开始逐级布置零序电流互感器，每一个零序电流互感器的检测范围包括其后的全部线路；如果某个前级零序电流互感器检测到接地故障，而其后的各个零序电流互感器都没有检测到接地故障，则接地故障位于该两级之间的区域。

以图12为例，具体介绍分级分区法。由CT1检测区域1、区域2、区域3、区域4全部范围的对地电流，由CT2检测区域2、区域3、区域4全部范围的对地电流，由CT3检测区域3的对地电流，由CT5检测区域4的对地电流；如果CT1检测到接地故障，而CT2检测结果正常，则接地故障在区域1范围内。如果CT1和CT2都检测到接地故障，则接地点在CT2之后。

图13是根据本发明的区域对地参数测量和接地故障区域定位方法的仿真实验原理图

中性点经消弧线圈接地系统的接地故障选线和定位难度相对较大，所以仿真实验按照中性点经消弧线圈接地系统配置，当然本发明同样适用于其他形式的小电流接地系统；对于小电阻接地系统出现高阻接地故障时，本发明同样适用。

线路为10kV中性点经消弧线圈接地系统，在该系统中，由4个零序电流互感器CT1～CT4分别检测4个区域的零序电流，其中区域4是为了体现中性点经消弧线圈接地系统较大的电容电流而设置的，仿真实验只针对区域1、区域2、区域3进行。

仿真实验采用单相导线通过接地电阻接地的方式调整三相对地电压。

下面，是针对本发明的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位方法进行仿真实验的结果。

仿真实验1：采用“供配电网络区域对地参数测量方法二”检测区域三相对地电容。

设定区域内三相对地电导为0，改变中性点对地电压，测量三相对地电压和区域对地电流代入下述关系式：

U_BE·sinθ_B·B_EB+U_CE·sinθ_C·B_EC＝I_E·cosθ_E

-U_AE·B_EA-U_BE·cosθ_B·B_EB-U_CE·cosθ_c·B_EC＝I_E·sinθ_E

通过解方程可得到三相对地电纳，并转换出三相对地电容。

仿真实验中的区域对地参数如表1，消弧线圈电抗为0.2H；采用偏置电阻凋整三相对地电压，偏臀电阻1kΩ。

表1

R<sub>AE</sub>

R<sub>BE</sub>

R<sub>CE</sub>

C<sub>AE</sub>

C<sub>BE</sub>

C<sub>CE</sub>

区域1

100MΩ

100MΩ

100MΩ

0.010uf

0.011uf

0.012uf

区域2

50MΩ

50MΩ

50MΩ

0.12uf

0.10uf

0.11uf

区域3

20MΩ

20MΩ

20MΩ

1.1uf

1.2uf

1.0uf

区域4

10MΩ

10MΩ

10MΩ

15uf

15uf

15uf

表2为三相对地电压和区域对地电流测量数据。

表2

表2中分别是区域1、区域2、区域3的区域对地电流。

各区域三相对地电容的实际值与测量值见表3。

表3

从计算结果来看，区域三相对地电容的测量值与实际值基本相符，所以采用“供配电网络区域对地参数测量方法二”可以实现区域内三相对地电容的检测。

仿真实验2：采用“供配电网络区域对地参数测量方法三”检测区域三相对地电阻。

已知区域三相对地电容；在供配电网络出现接地故障时，改变中性点对地电压，测量三相对地电压和区域对地电流将三相对地电压和区域对地电流连同已知的区域三相对地电容代入下述关系式：

U_AE·G_EA+U_BE·cosθ_B·G_EB+U_CE·cosθ_C·G_EC＝I_E·cosθ_E-U_BE·sinθ_B·B_EB-U_CE·sinθ_C·B_EC

U_BE·sinθ_B·G_EB+U_CE·sinθ_C·G_EC＝I_E·sinθ_E+U_AE·B_EA+U_BE·cosθ_B·B_EB+U_CE·cosθ_C·B_EC

通过解方程可得到三相对地电导，并转换出三相对地电阻。

仿真实验中的区域对地参数如表4，消弧线圈电抗为0.2H；采用偏置电阻调整三相对地电压，偏置电阻1kΩ。在区域1和区域3各设置一个接地故障，故障电阻10kΩ，。

表4

表5为三相对地电压和区域对地电流测量数据。

表5

表5中分别是区域1、区域2、区域3的区域对地电流。

各区域的三相对地电阻R_EA、R_EB、R_EC的实际值与测量值见表6。

表6

从计算结果看，“区域1”A相和“区域3”C相的对地电阻测量值接近10kΩ，与实际值基本相符；其他对地电阻的阻值相对较高；所以该方法可以检测接地过渡电阻的阻值，并可据此判断存在接地故障的区域。

仿真实验3：采用本发明的“供配电网络区域对地参数测量方法四”检测接地故障相的对地电阻和三相对地电容的仿真实验。

“供配电网络区域对地参数测量方法四”是在供配电网络出现接地故障后，先判断那一相存在接地故障，例如已知C相存在接地故障，可设A相、B相的对地电导为0；改变中性点对地电压，测量三相对地电压和区域对地电流代入下述方程式：

U_CE·cosθ_C·G_EC+U_BE·sinθ_B·B_EB+U_CE·sinθ_C·B_EC＝I_E·cosθ_E

U_CE·sinθ_C·G_EC-U_AE·B_EA-U_BE·cosθ_B·B_EB-U_CE·cosθ_C·B_EC＝I_E·sinθ_E

通过解方程，可计算出C相对地电导G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC，并可转换出C相对地电阻R_CE和三相对地电容C_EA、C_EB、C_EC。

在“仿真实验2”中，在“区域1”的A相和“区域3”的C相设置了接地故障，并进行了三相对地电压和区域对地电流的调整和测试，在此，利用“仿真实验2”的表5的实验数据针对“区域3”的C相进行对地电导G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC进行计算，计算结果转换为C相电阻和三相对地电容。“区域3”的C相对地电阻和三相对地电容的实际值与测量值见表7。

表7

参数

区域3实际值

区域3测量值

R<sub>CE</sub>	10kΩ	9.85kΩ
			C<sub>AE</sub>	1.1uf	1.103uf
C<sub>BE</sub>	1.2uf	1.207uf
			C<sub>CE</sub>	1.0uf	0.996uf

从测量结果看，“区域3”的C相对地电阻为9.85kΩ，接近10kΩ，三相对地电容C_EA、C_EB、C_EC也与实际值相近，所以陔方法可以检测故障区的接地过渡电阻值以及三相对地电容值。

仿真实验4：采用本发明的“供配电网络区域对地参数测量方法五”检测接地故障相的对地电阻的仿真实验。

已知三相对地电容；在供配电网络出现接地故障后，先判断那一相存在接地故障，例如已知C相存在接地故障，可设A相、B相的对地电导为0；测量三相对地电压和区域对地电流将三相对地电压和区域对地电流连同已知的区域三相对地电容代入下述方程式：

U_CE·cosθ_C·G_EC＝I_E·cosθ_E-U_BE·sinθ_B·B_EB-U_CE·sinθ_C·B_EC

U_CE·sinθ_C·G_EC＝I_E·sinθ_E+U_AE·B_EA+U_BE·cosθ_B·B_EB+U_CE·cosθ_C。B_EC

通过解方程，可计算出C相对地电导G_EC，并可转换出C相对地电阻R_CE。

仿真实验中的区域对地参数如表8，消弧线圈电抗为0.2H；采用偏置电阻调整三相对地电压，偏置电阻1kΩ。在“区域3”的C相设置一个接地故障，故障电阻100Ω。

表8

表9为三相对地电压和区域对地电流测量数据。

表9

表9中分别是区域1、区域2、区域3的区域对地电流。

各区域的C相对地电阻R_EC的实际值与测量值见表10。

表10

参数	R<sub>EC</sub>的实际值	R<sub>EC</sub>的测量值
			区域1	100MΩ	-9057kΩ

区域2	50MΩ	-44.7kΩ
			区域3	100Ω	100.12Ω

区域3的C相对地电阻的计算结果是：R_CE＝100.12Ω，与实际值接近；其他区域的C相对地电阻较大；所以该方法可以检测故障区的接地过渡电阻值。

仿真实验5：采用本发明的“供配电网络接地故障区域定位方法四”判断区域范围内是否存在接地故障的仿真实验。

“供配电网络接地故障区域定位方法四”是在所述区域不存在接地故障时，测量区域范围内三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，测量所述区域的三相对地电压和区域对地电流判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC与在供配电网络出现接地故障时测量得到的该区域的三相对地电压和区域对地电流是否符合关系式：

在“仿真实验4”中在“区域3”的C相设置了接地故障，并进行了三相对地电压和区域对地电流的调整和测试，在此，利用“仿真实验4”的表9的实验数据计算出各区域的区域对地电流的理论值。各区域的区域对地电流理论计算值和实际测量值见表11。

表11

“区域3”的区域对地电流理论值与区域对地电流实际测量值在有效值和相位方面相差相对较大，可以依此得出结论：“区域3”存在接地故障。

仿真实验6：采用“供配电网络接地故障区域定位方法五”判断区域内是否存在接地故障的仿真实验

“供配电网络接地故障区域定位方法五”是在所述区域不存在接地故障时，测量区域范围内三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC，在供配电网络出现接地故障时，再次测量区域范围内三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC，对比前后两次测量结果，判断区域范围内是否存在接地故障。

本仿真实验方法是：出现接地故障后，采用“供配电网络区域对地参数测量方法二”测量区域范围内三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC。将出现接地故障时的三相对地电压和区域对地电流作为一组测量数据，闭合A相偏置电阻后再测量一组三相对地电压和区域对地电流的数据，利用两组数据进行计算。

仿真实验中的区域对地参数如表12，消弧线圈电抗为0.2H；采用偏置电阻调整三相对地电压，偏置电阻1kΩ。在“区域3”设置一个接地放障，故障电阻2kΩ。

表12

表13为三相对地电压和区域对地电流测量数据。

表13

表13中分别是区域1、区域2、区域3的区域对地电流。

表14是故障前后区域三相对地电容的对比。

表14

“区域3”的三相对地电容在故障前后相差较大，而其他区域的三相对地电容在故障前后变化很小，据此可以判断“区域3”为存在接地故障区域。

从上述6个仿真实验的结果看，采用本发明的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位方法原理正确，效果较好。

本发明的区域线路对地参数测量方法不限于进行接地故障的查找和定位，还可以应用到其他方面，例如应用于继电保护方面等；只要应用多次测量三相对地电压和区域对地电流进行区域对地参数计算，均属于本发明的保护范围。

本发明的接地故障区域定位方法不限于前述的方法，只要是针对电力线路的部分区域或区段，通过测量区内线路的对地参数进行接地故障的判断、定位或保护，都属于本发明的保护范围。

本发明的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置不仅限于前述的范围，例如在中性点或人工中性点与地之间施加偏移电压的方法不限于本文中的描述，例如可以利用逆变电源为电压偏移变压器供电；投切偏移负载不仅可以使用机械开关，还可以采用可控硅投切等其他投切方式。只要利用人为调整中性点对地电压的方法测量区域对地参数和进行接地故障判断、定位，都属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种供配电网络区域对地参数测量方法，其特征是：

在供配电网络中划定一个区域；

针对所述区域，三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC之间存在以下关系：

以此关系为基础，将在同一时刻检测的三相对地电压和区域对地电流作为已知量，区域对地参数作为未知量，可以形成求解未知的区域对地参数的方程；

或以此关系为基础，在已知部分区域对地参数时，将在同一时刻检测的三相对地电压和区域对地电流与已知的区域对地参数作为已知量，可形成求解未知的区域对地参数的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流获得求解未知的区域对地参数的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出未知的区域对地参数；

在所述区域范围内不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；由于区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC为已知量，则前述的三相对地电压 和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解区域三相对地电导的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流获得求解区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC的值。

2.根据权利要求1所述的供配电网络区域对地参数测量方法，其特征是：

针对所述区域，在所述区域不存在接地故障时，通常区域对地阻性电流远小于区域对地容性电流，可以忽略阻性电流，设定区域三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC均为0，则前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解三相对地电纳的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流获得求解区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的值。

3.根据权利要求1所述的供配电网络区域对地参数测量方法，其特征是：

在供配电网络出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；

假设已经确定供配电网络的C相出现接地故障，可设定A相和B相的区域对地电导G_EA、G_EB为0，前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的方程；

由于三相对地电压不是恒定不变的，在不同时刻测量三相对地电压和区域对地电流获得求解区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域C相对地电导G_EC和区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC的值。

4.根据权利要求1所述的供配电网络区域对地参数测量方法，其特征是：

在所述区域范围内不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；

假设已经确定供配电网络的C相出现接地故障，可设定A相和B相的区域对地电导G_EA、G_EB为0，前述的三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

变为求解C相对地电导G_EC的关系式：

在同一时刻检测三相对地电压和区域对地电流将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导G_EC的方程，可计算出C相对地电导G_EC。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的供配电网络区域对地参数测量方法，其特征是：

通过人为改变供配电网络中性点对地电压，可以改变三相对地电压每改变一次三相对地电压测量一次三相对地电压和区域对地电流可以形成求解未知的区域对地参数的方程；重复这一过程，可获得求解未知的区域对地参数的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出未知的区域对地参数。

6.根据权利要求5所述的供配电网络区域对地参数测量方法，其特征是：

人为改变供配电网络中性点对地电压的方法可以是使一相导体接地；可以是使一相导体通过电阻接地；可以是使一相导体通过电感接地；可以是使一相导体通过电容接地；可以是在供配电网络中性点或人工中性点与地之间加入使供配电网络中性点对地电压发生偏移的电压；可以是在供配电网络中性点或人工中性点与地之间加入电阻、电感或电容；可以是使串接在供配电网络中性点或人工中性点与地之间的电阻、电感或电容的阻抗发生改变；还可以是采用上述方法的组合。

7.一种供配电网络接地故障区域定位方法，其特征是：

针对所述区域，在供配电网络出现接地故障时，可以根据权利要求1～6中任一项所述的供配电网络区域对地参数测量方法检测所述区域的区域对地参数，根据检测得到的区域对地参数的值判断区域范围内是否存在接地故障；

或针对所述区域，在该区域不存在接地故障时，离线或在线测量该区域的全部或部分区域对地参数，可以根据权利要求1～6中任一项所述的供配电网络区域对地参数测量方法测量这些区域对地参数；在供配电网络出现接地故障时，测量的所述区域的三相对地电压和区域对地电流利用在所述区域不存在接地故障时检测的区域对地参数和在供配电网络出现接地故障时测量的所述区域的三相对地电压和区域对地电流根据区域内三相对地电压和区域对地电流与区域对地参数之间的关系：

判断所述区域是否存在接地故障。

8.根据权利要求7所述的供配电网络接地故障区域定位方法，其特征是：

针对所述区域，在供配电网络出现接地故障时，根据权利要求1～6中任一项所述的供配电网络区域对地参数测量方法测量区域对地电导，根据测量得到的区域对地电导的情况，判断所述区域范围内是否存在接地故障。

9.根据权利要求7所述的供配电网络接地故障区域定位方法，其特征是：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域范围内三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，测量所述区域的三相对地电压和区域对地电流

判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的三相对地电导G_EA、G_EB、G_EC和三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC与在供配电网络出现接地故障时测量得到的三相对地电压 和区域对地电流是否符合关系式：

如果偏差较大，可确定该区域存在接地故障。

10.根据权利要求7所述的供配电网络接地故障区域定位方法，其特征是：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；在供配电网络出现接地故障时，测量所述区域的三相对地电压和区域对地电流

判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC与在供配电网络出现接地故障时测量得到的三相对地电压和区域对地电流是否符合关系式：

如果偏差较大，可确定该区域存在接地故障。

11.根据权利要求7所述的供配电网络接地故障区域定位方法，其特征是：

在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；

在供配电网络出现接地故障时，根据权利要求1～6中任一项所述的供配电网络区域对地参数测量方法再次测量区域三相对地电纳B_EA、B_EB、B_EC；

将前后两次测量的区域三相对地电纳进行对比，如果差别较大，可以确定所述区域范围内存在接地故障。

12.根据权利要求7～11中任一项所述的供配电网络接地故障区域定位方法，其特征是：

针对一个区域的三相对地电压的测量方法是：可以在区域内测量三相对地电压也可以在区域外测量与区域内三相线路存在电连接关系的三相导体的三相对地电压利用区域外的测量结果计算区域内的三相对地电压或把区域外的测量的三相对地电压直接作为区域内的三相对地电压加以利用。

13.根据权利要求7～11中任一项所述的供配电网络接地故障区域定位方法，其特征是：

针对一个区域的区域对地电流的检测方法是：在所述区域与其他区域交界处，测量从其他区域流入所述区域的零序电流，将全部流入所述区域的零序电流按流入所述区域的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流

14.根据权利要求7～11中任一项所述的供配电网络接地故障区域定位方法，其特征是：

针对一个区域的区域对地电流的检测方法是：在所述区域范围内，各相导体与大地之间存在一个设备地，设备地与各相导体之间处于绝缘状态，设备地与大地之间也处于绝缘状态，设备地可通过一条或多条接地线与大地连接；检测流过设备地与大地之间的各条接地线的电流，将流过各条接地线的电流按流入大地的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流

15.一种供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，其特征是：

所述供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置采用权利要求1～6中任一项所述的供配电网络区域对地参数测量方法进行供配电网络区域对地参数测量和权利要求7～11中任一项所述的供配电网络接地故障区域定位方法进行接地故障区域定位；

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置包括测量三相对地电压的电压检测装置，包括测量区域对地电流的电流检测装置，还包括信号处理装置；信号处理装置处理来自电压检测装置的三相对地电压和来自电流检测装置的区域对地电流实现供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位。

16.根据权利要求15所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，其特征是：

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置还包括人为改变三相对地电压的电压偏移装置。

17.根据权利要求16所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，其特征是：

所述电压偏移装置可以包括能够使一相导体接地的装置；可以包括能够使一相导体通过电阻器接地的装置；可以包括能够使一相导体通过电抗器接地的装置；可以包括能够使一相导体通过电容器接地的装置；可以是连接于供配电网络的中性点或人工中性点与地之间，能够在供配电网络中性点或人工中性点与地之间加入使供配电网络中性点对地电压发生偏移的电压的装置；可以是能够使电阻器、电抗器或电容器串接在供配电网络的中性点或人工中性点与地之间的装置；可以是能够使串接在供配电网络的中性点或人工中性点与地之间的电阻器、电抗器或电容器的阻抗发生改变的装置；也可以是上述装置的组合。

18.根据权利要求17所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，其特征是：

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置还包括控制所述电压偏移装置的电压偏移控制装置，所述电压偏移控制装置能够按指令要求控制所述电压偏移装置调整供配电网络的三相对地电压配合信号处理装置实现供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位。

19.根据权利要求15～18中任一项所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，其特征是：

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置还包括信号输出装置，可由信号输出装置将区域对地参数传送给供配电网络中的开关装置；或由信号输出装置将区域对地参数传送给供配电自动化系统；或由信号输出装置将区域对地参数传送给上位机系统；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送给供配电网络中的开关装置，由开关装置隔离存在接地故障的区域；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送给供配电自动化系统，由供配电自动化系统隔离存在接地故障的区域；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送到上位机系统，由供配电网络的运行人员安排相关设备的操作，隔离存在接地故障的区域。

20.根据权利要求15～18中任一项所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置，其特征是：

所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置还包括信号输入装置，所述信号输入装置可以接收来自上位机系统的信息；或接收来自配电自动化系统的信息；或接收来自开关装置的信息，所述的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位装置可以根据接收的信息调整相关数据，或根据接收的信息调整内部的工作状态，或根据接受的信息进行相关的操作。