CN106443330A - 一种基于暂态投影分量幅值与极性关系比较的小电流接地系统高阻接地故障选线方法 - Google Patents

Abstract

一种基于暂态投影分量幅值与极性关系比较的小电流接地系统高阻接地故障选线方法，属于配电网故障检测领域。本发明解决了小电流接地系统高阻接地故障选线问题，提出一种基于各条馈线暂态电流在母线暂态电压上投影分量幅值比较与极性关系判定的选线方法。首先当母线零序电压幅值超过定值后，采集配电网各条馈线出口零序电流，提取各条馈线出口零序电流及母线零序电压的暂态分量，然后将各条馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，比较各条馈线出口暂态零序电流投影分量的幅值大小，选取投影分量幅值最大的若干条线路作为故障线路候选线路，在其中选择与其它候选馈线暂态电流投影分量反极性的馈线为故障馈线，所有候选馈线暂态电流投影同极性则为母线故障。该发明解决了高阻接地故障在小电流接地系统中的选线难题、有着广泛的实际应用价值。

Description

一种基于暂态投影分量幅值与极性关系比较的小电流接地系 统高阻接地故障选线方法

技术领域

本发明涉及一种小电流接地系统高阻故障选线方法，适用于小电流接地方式的配电系统，属于配电网故障检测领域。

背景技术

由于中压配电网直接面向用户，且单相接地大约占到配电网故障总数的80％，单相接地故障可靠检测对供电可靠性影响显著。在中国和欧洲大陆，多数中压配电网采用经消弧线圈接地方式，即所谓谐振接地系统。单相接地故障时不需要立即切除故障，有利于提高供电可靠性，但由于故障电流微弱等原因，识别接地故障线路有较大困难。近年，欧洲和中国分别开发的利用故障暂态电气量、在中性点附加中电阻等选线技术，有效解决了过渡电阻较小时的接地故障选线问题。

另一方面，受自然环境、线路架空距离低等因素影响，配电网中常发生经非理想导体的单相高阻接地故障，如导线跌落在草地、马路等。法国小电流接地系统有超过12％的接地故障为高阻接地，美国电科院(EPRI)统计表明，美国(三相四线制多点直接接地)配电网高阻故障的比例在2％～5％。由于故障电流进一步减小(一般为A级)、故障点不稳定等原因，谐振接地系统的高阻接地故障检测仍然是一个非常大的挑战。

小电流接地故障暂态分析与暂态检测技术是近年的一个研究热点，也取得了较多的成果，但高阻接地故障选线问题较少顾及，成果也相对较少。论文《基于故障电阻测量的小电流接地系统保护方法》和论文《基于电流采样值相间差的小电流接地系统接地保护方法》提出利用各条线路故障前后三相电流变化量之间的相量关系，计算各线路对地电导电流，并可进一步推导对地电导，选择对地电导电流最大或者对地电导最大的线路为故障线路。该方法面临的主要困难是，选线装置需要接入三相电流信号且受TV/TA传变误差(如不平衡度)影响较大。

对于小电流接地系统，工频电流自身无明显故障特征无法直接用以故障检测(工频电流有功分量理论上可行，但含量较小、易受TV/TA传变特性影响，实用存在较大困难)。本专利利用高阻接地故障过渡过程中消弧线圈与系统对地电容间并联谐振产生的暂态电气量实现故障选线将具有独特的优势，为小电流接地系统高阻接地故障选线技术研究提供一个全新的思路，有着广泛的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于解决小电流接地系统中发生高阻接地时的故障选线问题，提出一种基 于各条馈线暂态电流在母线暂态电压上投影分量幅值比较与极性关系判定的选线方法。其技术解决方案是：在线采集母线零序电压，当母线零序电压幅值处于U_th1＜U_b＜U_th2时(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，则说明系统发生高阻接地故障，进而执行以下步骤进行选线：

a.提取各条馈线出口零序电流i_0j及母线零序电压u_b的暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}；

b.将各条馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，根据下述公式计算各条馈线出口暂态零序电流的投影分量i_{0j_T_P}：

c.比较各条馈线出口暂态零序电流投影分量的幅值大小，选取投影分量幅值最大的n条线路作为故障线路候选线路，n大于等于3；

d.采用极性系数对候选馈线暂态电流投影分量极性进行比较，第k、m条故障候选馈线的暂态电流投影分量i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}的极性采用极性系数ρ_km进行比较，

式中T为暂态过程持续时间；若ρ_km＞0表明i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}同极性；若ρ_km＜0表明i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}反极性。

e.选择与其它候选馈线暂态电流投影分量反极性的馈线为故障馈线，所有候选馈线暂态电流投影同极性则为母线故障。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步说明：

附图1为选线流程框图；

附图2为典型配电线路仿真模型；

附图3(a)(b)(c)分别为附图2所示系统中发生接地电阻为30Ω的高阻接地故障时各馈线电流母线电压的零序分量、暂态分量和投影分量波形对比；

附图4(a)(b)(c)分别为附图2所示系统中发生接地电阻为1500Ω的高阻接地故障时各馈线电流母线电压的零序分量、暂态分量和投影分量波形对比；

附图5(a)(b)(c)分别现场记录到的高阻接地故障时各馈线零序电流母线零序电压波形，(b)(c)分别经过处理的暂态分量和投影分量波形；

具体实施方式

为实现上述目的，本发明拟用下述技术方案来实现：

I、结合图1～5，一种基于暂态投影变换的小电流接地系统高阻接地故障选线方法，具体工作流程如下：

1)正常运行时系统工作流程

选线装置负责监测母线零序电压和各条馈线出口零序电流信号，正常工作时对监测信号进行采样，并将母线零序电压的采样值与装置启动门槛值进行比较，判断线路中是否有故障发生；

2)故障时系统工作流程

线路中发生高阻接地故障时，选线装置根据母线零序电压启动，当母线零序电压值达到装置启动门槛值时，启动装置，并记录母线零序电压、各条馈线出口处的零序电流信号、故障持续时间、故障发生时间等故障数据，根据所记录的数据进行故障选线：

a.提取各条馈线出口零序电流i_0j及母线零序电压u_b的暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}；

b.将各条馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，根据下述公式计算各条馈线出口暂态零序电流的投影分量i_{0j_T_P}：

c.比较各条馈线出口暂态零序电流投影分量的幅值大小，选取投影分量幅值最大的n条线路作为故障线路候选线路，n大于等于3；

d.采用极性系数对候选馈线暂态电流投影分量极性进行比较，第k、m条故障候选馈线的暂态电流投影分量i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}的极性采用极性系数ρ_km进行比较，

式中T为暂态过程持续时间；若ρ_km＞0表明i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}同极性；若ρ_km＜0表明i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}反极性。

e.选择与其它候选馈线暂态电流投影分量反极性的馈线为故障馈线，所有候选馈线暂态电流投影同极性则为母线故障。

II、基于附图2所示中性点经消弧线圈接地的混合线路模型，设置线路2末端发生高阻接地故障，验证上述算法的有效性。

(一)发生30Ω的高阻接地故障

a.当母线零序电压幅值超越预设门槛时，启动装置记录母线零序电压、各条馈线出口处的零序电流信号，如图3(a)所示；

b.提取各条馈线出口零序电流i_0j及母线零序电压u_b的暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}，如图3(b)所示；

c.将各条馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，根据下述公式计算各条馈线出口暂态零序电流的投影分量i_{0j_T_P}；

d.比较各条馈线出口暂态零序电流投影分量的幅值大小，选取投影分量幅值最大的3条线路2、4、5作为故障线路候选线路，如图3(c)所示；

e.计算故障线路候选线路暂态零序电流投影分量间的极性系数；

ρ₂₄＝-1；ρ₂₅＝-1；ρ₄₅＝1

f.选择与其它候选馈线暂态电流投影分量反极性的馈线2为故障馈线。

(二)发生1500Ω的高阻接地故障

a.当母线零序电压幅值超越预设门槛时，启动装置记录母线零序电压、各条馈线出口处的零序电流信号，如图4(a)所示；

b.提取各条馈线出口零序电流i_0j及母线零序电压u_b的暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}，如图4(b)所示；

c.将各条馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，根据下述公式计算各条馈线出口暂态零序电流的投影分量i_{0j_T_P}；

d.比较各条馈线出口暂态零序电流投影分量的幅值大小，选取投影分量幅值最大的3条线路1、2、5作为故障线路候选线路，如图4(c)所示；

e.计算故障线路候选线路暂态零序电流投影分量间的极性系数；

ρ₁₂＝-1；ρ₂₅＝-1；ρ₁₅＝1

f.选择与其它候选馈线暂态电流投影分量反极性的馈线2为故障馈线。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.本专利提出一种基于各条馈线暂态电流在母线暂态电压上投影分量幅值比较与极性关系判定的选线方法，适用于小电流接地方式配电系统的高阻接地故障，其特征在于：在线采集母线零序电压，当母线零序电压幅值处于U_th1＜U_b＜U_th2时(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，则说明系统发生高阻接地故障，进而执行以下步骤进行选线：

a.提取各条馈线出口零序电流i_0j及母线零序电压u_b的暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}；

b.将各条馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，根据下述公式计算各条馈线出口暂态零序电流的投影分量i_{0j_T_P}：

$i_{0j\_T\_P}=\frac{<i_{0j\_T},u_{b\_T}>}{\left|\right|u_{b\_T}|{|}^2}{u}_{b\_T}$

c.比较各条馈线出口暂态零序电流投影分量的幅值大小，选取投影分量幅值最大的n条线路作为故障线路候选线路，n大于等于3；

d.采用极性系数对候选馈线暂态电流投影分量极性进行比较，第k、m条故障候选馈线的暂态电流投影分量i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}的极性采用极性系数ρ_km进行比较，

${\mathrm{\&rho;}}_{km}=\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{i}_{0m\_T\_P}\left(t\right)i_{0k\_T\_P}\left(t\right)dt$

式中T为暂态过程持续时间；若ρ_km＞0表明i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}同极性；若ρ_km＜0表明i_{0k_T_P}、i_{0m_T_P}反极性。

e.选择与其它候选馈线暂态电流投影分量反极性的馈线为故障馈线，所有候选馈线暂态电流投影同极性则为母线故障。