CN105785229A - 中性点不接地系统的故障识别法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中性点不接地系统的故障识别法，该方法在算法起始阶段加入零序电压突变量检测，对单相接地故障选线进行判断，然后，为了减小谐波干扰并准确判断故障起始时刻，设置负序量门槛值以躲过正常运行时的负序不平衡量，根据发生三相短路时，系统中零序、负序分量均不存在，但故障线路存在较大的故障突变电流的特性，对非接地故障选线进行判断。本发明通过将群体比幅比相与零序无功功率方向选线法进行算法上的整合，通过加入变量阈值检测，有效减小谐波对选线过程的干扰，形成了完整的中性点不接地系统的故障识别法。

Description

中性点不接地系统的故障识别法

技术领域

本发明属于输变电技术领域，特别是一种中性点不接地系统的故障识别法。

背景技术

中性点不接地系统带故障长时间运行，非故障相对地电压升高，加快电缆绝缘老化，可能会扩大故障，危及供电可靠性。因此及时找出故障线路并予以切除，对中性点不接地系统安全运行是非常必要的。

目前中性点不接地系统常见的故障选线方法有零序无功功率方向法和群体比幅比相法，零序无功功率法计算量小，时效性好，但零序电流较小时容易误判，对于接地电阻大、电磁干扰强烈的线路接地选线结果不准确。群体比幅比相法能在一定程度上克服中性点不接地系统单相接地电容电流的随机性，避免接地电阻、运行方式等造成的影响，但线路较短或接地电阻较大时可能导致选线错误，这两种方法在实际应用中的选线准确率均不理想。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种中性点不接地系统的故障识别法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种中性点不接地系统的故障识别法，该方法包括步骤如下：

(1)首先计算零序电压突变量ΔU₀，若连续三个点ΔU₀＞ΔU_0set，ΔU_0set为零序电压突变量门槛值，将零序电压突变起始时刻选为故障起始时刻t，进入步骤(2)，若不满足连续三个点ΔU₀＞ΔU_0set，则进入步骤(6)；

(2)从步骤(1)中选出的故障起始点t开始，计算零序电压有效值U₀，若U₀≥U_0set，U_0set为零序电压门槛值，判断故障为接地故障，进入步骤(3)接地故障选线计算，若不满足U₀≥U_0set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(3)接地故障选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的零序电流有效值I₀，选出I₀最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为I₀₁、I₀₂、I₀₃；

(4)若I₀₁≥I_0set，I_0set为零序电流门槛值，计算I₀₁、I₀₂、I₀₃所对应的零序无功功率Q₀₁、Q₀₂、Q₀₃，进入步骤(5)，若不满足I₀₁≥I_0set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(5)若Q_0i＞0，认为第i条支路接地故障，计算结束；若三条支路均不满足Q_0i＞0，则认为发生母线接地短路故障，计算结束；零序无功功率计算公式如式(7-1)所示：

Q_0i＝U_0i.im×I_0i.re-U_0i.re×I_0i.im(7-1)

公式中，U_0i.im是第i条支路零序电压虚部，I_0i.re是第i条支路零序电流实部，U_0i.re是第i条支路零序电压实部，I_0i.im是第i条支路零序电流虚部；

(6)计算零序电压有效值U₀，若U₀＜U_0set，进入步骤(7)，若不满足U₀＜U_0set，则认为此次检出的故障为上一次接地故障的延续，计算结束；

(7)计算负序电压突变量ΔU₂，若连续三个点ΔU₂＞ΔU_2set，ΔU_2set为负序电压突变量门槛值，将负序电压突变起始时刻选为故障起始时刻t，进入步骤(8)，若不满足连续三个点ΔU₂＞ΔU_2set，则进入步骤(12)；

(8)从步骤(7)中选出的故障起始点t开始，计算负序电压有效值U₂，若U₂≥U_2set，U_2set为负序电压门槛值，判断故障为相间短路故障，进入步骤(9)相间短路选线计算，若不满足U₂≥U_2set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(9)相间短路选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的负序电流有效值I₂，选出I₂最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为I₂₁、I₂₂、I₂₃；

(10)若I₂₁≥I_2set，I_2set为负序电流门槛值，计算I₂₁、I₂₂、I₂₃所对应的负序无功功率Q₂₁、Q₂₂、Q₂₃，进入步骤(11)，若不满足I₂₁≥I_2set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(11)若Q₂₁＞＞Q₂₂+Q₂₃，则认为第1条支路相间短路，计算结束，若不满足Q₂₁＞＞Q₂₂+Q₂₃，则认为发生母线相间短路故障，计算结束；负序无功功率计算公式如式(7-2)所示：

Q_2i＝U_2i.im×I_2i.re-U_2i.re×I_2i.im(7-2)

公式中，U_2i.im是第i条支路负序电压虚部，I_2i.re是第i条支路负序电流实部，U_2i.re是第i条支路负序电压实部，I_2i.im是第i条支路负序电流虚部；

(12)计算负序电压有效值U₂，若U₂＜U_2set，进入步骤(13)，若不满足U₂＜U_2set，则认为此次检出的故障为上一次相间短路故障的延续，计算结束；

(13)计算电压突变量ΔU，若连续三个点ΔU＞ΔU_set，ΔU_set为电压突变量门槛值，将电压突变起始时刻选为故障起始时刻t，进入步骤(14)，若不满足连续三个点ΔU＞ΔU_set，则进入步骤(18)；

(14)从步骤(13)中选出的故障起始点t开始，计算电流有效值I，当I≥I_set，I_set为电流有效值门槛值，判断故障为三相短路故障，进入步骤(15)三相短路选线计算，若不满足I≥I_set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(15)三相短路选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的电流突变量ΔI，选出ΔI最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃；

(16)若ΔI₁≥ΔI_set，ΔI_set为电流突变量门槛值，进入步骤(17)，若不满足ΔI₁≥ΔI_set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(17)若ΔI₁＞＞ΔI₂+ΔI₃，则认为第1条支路三相短路，计算结束，若不满足ΔI₁＞＞ΔI₂+ΔI₃，则认为发生母线三相短路故障，计算结束；

(18)计算电流有效值I，若I＜I_set，则认为线路正常运行，未发生故障，计算结束；若不满足I＜I_set，则认为此次检出的故障为上一次三相短路故障的延续，计算结束。

而且，所述ΔU_set、所述ΔU_0set、所述ΔU_2set、所述U_0set、所述U_2set均随系统不对称度而定，一般取10％相电压。所述I_0set、所述I_2set、所述I_set及所述ΔI_set均随系统稳定度而定。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过将群体比幅比相与零序无功功率方向选线法进行算法上的整合，根据线路故障后的特点，分为演化成面对接地短路故障的零序选线法和面对相间短路故障的负序选线法，并通过加入变量阈值检测的方法有效减小谐波对选线过程的干扰，形成了一套完整的中性点不接地系统的故障识别法。

2、本发明中性点不接地系统的故障识别法具有较强抗干扰性，对于谐波复杂、电磁干扰强烈、运行方式不稳定，接地电阻大的中性点不接地系统具有很高的故障选线可靠性，可以作为中性点不接地系统故障选线的常用手段；中性点不接地系统的故障识别法完整清晰，具有数据处理的独立性，可以编制成独立程序移植到电力系统故障分析软件中；计算量小且算法简单，计算速度快，可以快速的进行故障分析，实时性。

附图说明

图1是本发明方法的逻辑步骤示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。

一种中性点不接地系统的故障识别法，如图1所示，该方法包括步骤如下：

1、单相接地故障选线方法

考虑到小电流接地电力系统谐波复杂、线路噪声大、运行方式不稳定，发生接地故障时接地电阻对故障信息量影响较大等特点，将群体比幅比相与零序无功功率方向选线法进行整合。为了减小谐波干扰并准确判断接地故障起始时刻，在算法起始阶段加入零序电压突变量检测过程，步骤如下：

1)首先计算零序电压突变量ΔU₀，若连续三个点ΔU₀＞ΔU_0set(ΔU_0set为零序电压突变量门槛值，随系统不对称度而定，一般取10％相电压)，将零序电压突变起始时刻选为故障起始时刻t；

2)从故障起始点t开始，计算零序电压有效值U₀，若U₀≥U_0set(U_0set为零序电压门槛值，随系统不对称度而定)，判断故障为接地故障，进入接地故障选线计算。若不满足U₀≥U_0set，则认为此次检出的故障为扰动；

3)接地故障选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的零序电流有效值I₀，选出I₀最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为I₀₁、I₀₂、I₀₃；

4)若I₀₁≥I_0set(I_0set为零序电流门槛值，随系统不对称度而定)，计算I₀₁、I₀₂、I₀₃所对应的零序无功功率Q₀₁、Q₀₂、Q₀₃，进入步骤5。若不满足I₀₁≥I_0set，则认为此次检出的故障为扰动；

5)若Q_0i＞0，认为第i条支路接地故障，计算结束。若三条支路均不满足Q_0i＞0，则认为发生母线接地短路故障，计算结束。零序无功功率计算公式如式(7-1)所示：

Q_0i＝U_0i.im×I_0i.re-U_0i.re×I_0i.im(7-1)

公式中，U_0i.im是第i条支路零序电压虚部，I_0i.re是第i条支路零序电流实部，U_0i.re是第i条支路零序电压实部，I_0i.im是第i条支路零序电流虚部；

2、非接地故障选线方法

发生相间短路故障时故障点处存在较明显的负序分量，故障点负序电流等于流向电源与流向线路的负序电流之和，但负序电流普遍较小，由负序电流大小来判断故障线路误差较大，为了提高选线精度，将负序无功功率作为故障选线依据，为了减小谐波干扰并准确判断故障起始时刻，设置负序量门槛值以躲过正常运行时的负序不平衡量。

若发生三相短路，系统中零序、负序分量均不存在，但故障线路存在较大的故障突变电流，可以利用这一特性进行故障线路选择。综上，非接地故障选线步骤如下：

1)计算负序电压突变量ΔU₂，若连续三个点ΔU₂＞ΔU_2set(ΔU_2set为负序电压突变量门槛值，随系统不对称度而定)，将负序电压突变起始时刻选为故障起始时刻t。若不满足连续三个点ΔU₂＞ΔU_2set，进入步骤6；

2)从故障起始点t开始，计算负序电压有效值U₂，若U₂≥U_2set(U_2set为负序电压门槛值，随系统不对称度而定)，判断故障为相间短路故障，进入相间短路选线计算。若不满足U₂≥U_2set，则认为此次检出的故障为扰动；

3)相间短路选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的负序电流有效值I₂，选出I₂最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为I₂₁、I₂₂、I₂₃；

4)若I₂₁≥I_2set(I_2set为负序电流门槛值，随系统不对称度而定)，计算I₂₁、I₂₂、I₂₃所对应的负序无功功率Q₂₁、Q₂₂、Q₂₃，进入步骤5。若不满足I₂₁≥I_2set，则认为此次检出的故障为扰动；

5)若Q₂₁＞＞Q₂₂+Q₂₃，则认为第1条支路相间短路。若不满足Q₂₁＞＞Q₂₂+Q₂₃，则认为发生母线相间短路故障，计算结束。负序无功功率计算公式如式(7-2)所示：

Q_2i＝U_2i.im×I_2i.re-U_2i.re×I_2i.im(7-2)

公式中，U_2i.im是第i条支路负序电压虚部，I_2i.re是第i条支路负序电流实部，U_2i.re是第i条支路负序电压实部，I_2i.im是第i条支路负序电流虚部；

6)计算负序电压有效值U₂，若U₂＜U_2set，计算电压突变量ΔU，若连续三个点ΔU＞ΔU_set(ΔU_set为电压突变量门槛值，随系统稳定度而定)，将电压突变起始时刻选为故障起始时刻t；

7)从故障起始点t开始，计算电流有效值I，当I≥I_set(I_set为电流有效值门槛值，随系统运行状态而定)时，判断故障为三相短路故障，进入三相短路选线计算。若不满足I≥I_set，则认为此次检出的故障为扰动；

8)三相短路选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的电流突变量ΔI，选出ΔI最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃；

9)若ΔI₁≥ΔI_set(ΔI_set为电流突变量门槛值，随系统稳定度而定)，进入步骤10。若不满足ΔI₁≥ΔI_set，则认为此次检出的故障为扰动；

10)若ΔI₁＞＞ΔI₂+ΔI₃，则认为第1条支路三相短路。若不满足ΔI₁＞＞ΔI₂+ΔI₃，则认为发生母线三相短路故障。

Claims (3)

1.一种中性点不接地系统的故障识别法，其特征在于该方法包括步骤如下：

(1)首先计算零序电压突变量ΔU₀，若连续三个点ΔU₀＞ΔU_0set，ΔU_0set为零序电压突变量门槛值，将零序电压突变起始时刻选为故障起始时刻t，进入步骤(2)，若不满足连续三个点ΔU₀＞ΔU_0set，则进入步骤(6)；

(2)从步骤(1)中选出的故障起始点t开始，计算零序电压有效值U₀，若U₀≥U_0set，U_0set为零序电压门槛值，判断故障为接地故障，进入步骤(3)接地故障选线计算，若不满足U₀≥U_0set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(3)接地故障选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的零序电流有效值I₀，选出I₀最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为I₀₁、I₀₂、I₀₃；

(4)若I₀₁≥I_0set，I_0set为零序电流门槛值，计算I₀₁、I₀₂、I₀₃所对应的零序无功功率Q₀₁、Q₀₂、Q₀₃，进入步骤(5)，若不满足I₀₁≥I_0set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(5)若Q_0i＞0，认为第i条支路接地故障，计算结束；若三条支路均不满足Q_0i＞0，则认为发生母线接地短路故障，计算结束；零序无功功率计算公式如式(7-1)所示：

Q_0i＝U_0i.im×I_0i.re-U_0i.re×I_0i.im(7-1)

公式中，U_0i.im是第i条支路零序电压虚部，I_0i.re是第i条支路零序电流实部，U_0i.re是第i条支路零序电压实部，I_0i.im是第i条支路零序电流虚部；

(6)计算零序电压有效值U₀，若U₀＜U_0set，进入步骤(7)，若不满足U₀＜U_0set，则认为此次检出的故障为上一次接地故障的延续，计算结束；

(7)计算负序电压突变量ΔU₂，若连续三个点ΔU₂＞ΔU_2set，ΔU_2set为负序电压突变量门槛值，将负序电压突变起始时刻选为故障起始时刻t，进入步骤(8)，若不满足连续三个点ΔU₂＞ΔU_2set，则进入步骤(12)；

(8)从步骤(7)中选出的故障起始点t开始，计算负序电压有效值U₂，若U₂≥U_2set，U_2set为负序电压门槛值，判断故障为相间短路故障，进入步骤(9)相间短路选线计算，若不满足U₂≥U_2set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(9)相间短路选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的负序电流有效值I₂，选出I₂最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为I₂₁、I₂₂、I₂₃；

(10)若I₂₁≥I_2set，I_2set为负序电流门槛值，计算I₂₁、I₂₂、I₂₃所对应的负序无功功率Q₂₁、Q₂₂、Q₂₃，进入步骤(11)，若不满足I₂₁≥I_2set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(11)若Q₂₁＞＞Q₂₂+Q₂₃，则认为第1条支路相间短路，计算结束，若不满足Q₂₁＞＞Q₂₂+Q₂₃，则认为发生母线相间短路故障，计算结束；负序无功功率计算公式如式(7-2)所示：

Q_2i＝U_2i.im×I_2i.re-U_2i.re×I_2i.im(7-2)

公式中，U_2i.im是第i条支路负序电压虚部，I_2i.re是第i条支路负序电流实部，U_2i.re是第i条支路负序电压实部，I_2i.im是第i条支路负序电流虚部；

(12)计算负序电压有效值U₂，若U₂＜U_2set，进入步骤(13)，若不满足U₂＜U_2set，则认为此次检出的故障为上一次相间短路故障的延续，计算结束；

(13)计算电压突变量ΔU，若连续三个点ΔU＞ΔU_set，ΔU_set为电压突变量门槛值，将电压突变起始时刻选为故障起始时刻t，进入步骤(14)，若不满足连续三个点ΔU＞ΔU_set，则进入步骤(18)；

(14)从步骤(13)中选出的故障起始点t开始，计算电流有效值I，当I≥I_set，I_set为电流有效值门槛值，判断故障为三相短路故障，进入步骤(15)三相短路选线计算，若不满足I≥I_set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(15)三相短路选线计算：分别计算各条支路从故障起始点t开始后一个周期的电流突变量ΔI，选出ΔI最大的三条支路，并按由大到小的顺序排列为ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃；

(16)若ΔI₁≥ΔI_set，ΔI_set为电流突变量门槛值，进入步骤(17)，若不满足ΔI₁≥ΔI_set，则认为此次检出的故障为扰动，计算结束；

(17)若ΔI₁＞＞ΔI₂+ΔI₃，则认为第1条支路三相短路，计算结束，若不满足ΔI₁＞＞ΔI₂+ΔI₃，则认为发生母线三相短路故障，计算结束；

(18)计算电流有效值I，若I＜I_set，则认为线路正常运行，未发生故障，计算结束；若不满足I＜I_set，则认为此次检出的故障为上一次三相短路故障的延续，计算结束。

2.根据权利要求1所述的中性点不接地系统的故障识别法，其特征在于：所述ΔU_set、所述ΔU_0set、所述ΔU_2set、所述U_0set、所述U_2set均随系统不对称度而定，一般取10％相电压。

3.根据权利要求1所述的中性点不接地系统的故障识别法，其特征在于：所述I_0set、所述I_2set、所述I_set及所述ΔI_set均随系统稳定度而定。