CN106896294A - 基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，包括：1)、检测出配电网非有效接地系统中单相接地故障发生的瞬间，该时刻设定为暂态放电的起始时刻；2)、自暂态放电起始时刻，分别记录配电网非有效接地系统中各馈线的A相、B相、C相电流，定义各馈线的同相电流为一特征相量组；3)、检测每一特征向量组中各馈线电荷量的暂态变化与定向移动，从而确定发生单相接地故障的线路与相别。本发明基于暂态放电量特征的中压配网积分选线原理，利用中性点零序电压和各馈线暂态电容电荷构建选线判据，模型结构简单，无需注入特征信号，不用滤波或分离各频次故障分量，确保了故障信息频谱无能量泄漏。
Description
技术领域
本发明属于故障选线技术领域，特别涉及一种非有效接地系统故障选线方法。
背景技术
目前，我国除深圳20kV电网中性点直接接地外，其他地区的配电网中性点采用经消弧线圈接地的占比较大。系统发生单相接地时，中性点位移电压偏移过大或受到间歇性弧光接地过电压的影响，严重威胁配网设备的绝缘性能。
现有配电网结构复杂，且单相接地故障时的电流很小，因此，适应中性点非有效接地模式的故障选线问题尚未圆满解决，实现故障区域定位的难度更大。配电网选线法常分为故障稳态信号和故障暂态信号两种，为提升接地选线的准确性面临以下问题：
(1)故障稳态分量较小，给信号的检测和选线判断造成困难。特别是经消弧线圈接地系统，流过故障线路的稳态电流十分微弱，甚至比健全线路负荷电流的变化还小，现有电流互感器很难准确检出，而且环境电磁干扰相对很大，加上零序回路对高次谐波及各种暂态量的放大作用，使得检出的故障稳态分量信噪比非常低。
(2)故障暂态信号受运行方式复杂多变，可能出现暂态分量小于稳态分量的情况，故障信息特征量很小，不利于暂态选线信号的提取。同时，对故障暂态信号特征缺乏深入研究。当前，小波分析、Prony方法、神经网络等已引入基于暂态信号分析的故障检测中。一定程度上提高了选线准确率和可靠性，但暂态信号的重复性差，给分析带来较大的误差，需解决好多种选线判据的有效融合。
(3)在配电系统发生非同期合闸、铁磁谐振、空投线路或变压器时产生零序电流和电压，容易误判为接地故障。此外，接地点过渡电阻对选线方案的灵敏度影响很大，弧光效应导致接地信号检测困难的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，以解决上述现有技术存在的不足。本发明能够克服以往因暂态电流、电压的幅值、相位等故障特征量不明显而造成的误判。本发明从配电网非有效接地系统中电容电荷的暂态变化量入手，挖掘反应故障瞬间的各馈线间电荷的定向移动过程，实现了电弧接地、高阻接地等复杂非有效接地工况条件下的准确选线。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，在正常运行方式下，线路对地电容上累积有电荷，该电荷按系统频率仅与电源进行电量交换，即各条线路的对地电容电荷在一个周期内保持不变；当系统发生单相接地故障后，非故障线路的对地电容电荷瞬时向故障线路定向转移，并通过接地点流入大地，该过程为一暂态放电过程，即线路电容电荷泄放入大地，并伴随着电荷总量的瞬时减少；所述基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，通过检测各线路电容电荷的瞬时变化和移动方向对非有效接地系统的单相接地故障进行选线；具体包括以下步骤：
1)、检测出配电网非有效接地系统中单相接地故障发生的瞬间，该时刻设定为暂态放电的起始时刻；
2)、自暂态放电起始时刻，分别记录配电网非有效接地系统中各馈线的A相、B相、C相电流，定义各馈线的同相电流为一特征相量组；
3)、检测每一特征向量组中各馈线电荷量的暂态变化与定向移动，从而确定发生单相接地故障的线路与相别。
进一步的，电源电压不为零，设系统共I、II、III三条10kV馈线，每条馈线共A、B、C三相；自暂态放电的起始时刻分别记录各馈线A相、B相、C相的故障电流波形，并利用检测装置判断各馈线A相、B相、C相瞬时移动电荷量的大小与方向；当非有效接地系统共有I、II、III三条馈线时，检测得流过III线A相的瞬时电荷量等于流过I、II线A相的瞬时电荷量之和，且III线A相电荷量的定向移动方向由母线指向线路，I、II线A相电荷量的定向移动方向由线路指向母线，即III线A相电荷量的定向移动方向与I、II线相反；判断III线A相发生单相接地故障。
进一步的，利用暂态放电量的大小、方向作为单相接地故障选线的判据，不包括电源电压过零时短路的情况，因为Q＝UC，当U＝0时，线路对地电容上的电荷量Q＝0，检测装置未探测到电荷的定向移动；同时，在电源电压过零时刻，单相接地故障不会造成系统中性点电位的偏移，亦不会造成稳定燃烧的接地电弧，所以，U＝0时的限定条件不予考虑。
进一步的，暂态放电的起始时刻为发生单相接地的瞬间，该暂态放电过程的长短与系统等值阻抗和线路对地电容有关，暂态放电过程结束后，系统对地的放电电荷变为零。
进一步的，各馈线电荷量的暂态变化与定向移动通过在各馈线的A相、B相、C相安装电荷检测装置进行检测。
进一步的，步骤3)中，当单相接地故障发生时，非故障线路累积的电荷向接地点定向移动，非故障线流出的电荷量之和等于故障线上流过的电荷量，且非故障线电荷移动方向指向母线，故障线电荷移动方向指向线路。
进一步的，步骤3)中，若检测到各馈线X相上的瞬时转移电荷量中，其中一条馈线的X相瞬时转移电荷量等于其余馈线的X相瞬时转移电荷量之和，且该条馈线的X相的电荷移动方向与其余馈线的X相电荷移动方向相反，则判定该条馈线的X相发生单相接地故障；X相为A相、B相或C相。
基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，包括：非有效接地系统有N条馈线，对应每条馈线每相的对地电容为C1、C2、C3……CN；则每条线电容上的电荷量为Q1＝UC1、Q2＝UC2、Q3＝UC3……QN＝UCN；U为相对地电压的瞬时值，当U≠0时，i线j相发生接地，接地瞬间为暂态过程的起始时刻，由于存在接地，电压渐变为零，电压变为零的时刻为暂态过程结束时刻，从暂态过程的起始时刻到暂态过程结束时刻为放电暂态过程；放电暂态过程系统j相电压从U≠0状态渐变为零，则每条线电容电荷最终也渐变变为零；在放电暂态过程，检测各馈线各相电荷量的暂态变化与定向移动，从而确定发生单相接地故障的线路与相别：故障线的放电量为非故障线放电量之和，故障线放电方向与非故障线放电相反，由此判定故障线和故障相；其中，i＝1、2、3……N；j＝A、B、C；N为大于等于2的正整数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术成果：
本发明基于暂态放电量特征的中压配网选线原理，利用中性点零序电压和各馈线暂态电容电荷构建选线判据，模型结构简单，无需注入特征信号，不用滤波或分离各频次故障分量，确保了故障信息频谱无能量泄漏。
该方法不受故障位置、故障合闸角、过渡电阻等因素的影响，特别是在过渡电阻很大时，故障相与健全相间亦存在明显的暂态放电过程，因而故障选线灵敏度高，确保了故障发展初期的有效隔离。
综上，基于暂态放电量的故障选线方法对电网参数的适应性强，无需因配网运行方式的改变而重新调整选线策略。
附图说明
图1本发明具体实施例中10kV配电系统接线图。
具体实施方式
下面结合具体的实施案例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示的10kV配电系统，中性点经消弧线圈接地，通过刀闸可变为中性点不接地系统，三条馈线为I、II，III，每条馈线分A、B、C三相，R1～R3为线路等效电阻，L1～L3为线路等效电感，C1～C3为线路等效对地分布电容，C11～C13为负荷侧等效电容。互感器测量10kV母线电压，各馈线的出线侧电流和中性点零序电压。本发明中在每条馈线的每相均安装电荷检测装置。
在正常情况下，各馈线对地的电容电荷Q＝UC，其只在工频电场的作用下周期变化，但总电荷量保持不变，不对地泄放。
在发生接地故障的瞬间，各馈线的电容电荷发生定向移动，健全线的电容电荷通过故障线对地泄放。
暂态放电量选线原理：
系统有三条馈线，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ线，对应每条线每相的对地电容为C1、C2、C3。则每条线电容上的电荷量为Q1＝UC1、Q2＝UC2、Q3＝UC3，U为相对地电压的瞬时值，当U≠0时，Ⅲ线A相发生接地，接地瞬间为暂态过程的起始时刻，由于存在接地，电压渐变为零，电压变为零的时刻为暂态过程结束时刻，从暂态过程的起始时刻到暂态过程结束时刻为放电暂态过程。放电暂态过程系统A相电压从U≠0状态渐变为零，则每条线电容电荷最终也渐变为零。在放电暂态过程，Ⅰ线A相放电量为Q1，方向为馈线指向母线；Ⅱ线A相放电量为Q2方向为馈线指向母线；Ⅲ线A放电量为Q1+Q2方向为母线指向馈线；由此得出：故障线的放电量为非故障线放电量之和，故障线放电方向与非故障线放电相反。根据放电量数值和方向判定出Ⅲ线A相发生接地故障。
本发明一种基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，具体包括以下步骤：
1)、检测出配电网非有效接地系统中单相接地故障发生的瞬间，该时刻设定为暂态放电的起始时刻；
2)、自暂态放电起始时刻，分别记录配电网非有效接地系统中各馈线的A相、B相、C相电流，定义各馈线的同相电流(即各馈线的A相电流为一组，B、C相类同)为一特征相量组；
3)、检测每一特征向量组中各馈线电荷量的暂态变化与定向移动，从而确定发生单相接地故障的线路与相别：
当单相接地故障发生时，非故障线路累积的电荷向接地点定向移动，非故障线流出的电荷量之和等于故障线上流过的电荷量，且非故障线电荷移动方向指向母线，故障线电荷移动方向指向线路；电荷量的暂态变化发生在放电暂态过程时间内，之后的稳定短路过程将无法检测到线路间电荷量的转移；
当发生母线接地时，各馈线电容电荷的定向移动方向均指向母线。所以，该选线方法不受母线接地的影响。
请参阅图1所示，通过采样装置，按本发明方法对各馈线A相电流构造特征向量组，
运用检测装置对特征向量组的各行向量进行检测，判断各馈线暂态电量的变化过程与转移方向。如图1所示，若检测到各馈线A相上的瞬时转移电荷量为Q1、Q2、Q3，且Q3＝Q1+Q2，同时Q1、Q2与Q3的移动方向相反，则可判定III线A相发生单相接地故障。
Claims (8)
1.基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，其特征在于，在正常运行方式下，线路对地电容上累积有电荷，该电荷按系统频率仅与电源进行电量交换，即各条线路的对地电容电荷在一个周期内保持不变；当系统发生单相接地故障后，非故障线路的对地电容电荷瞬时向故障线路定向转移，并通过接地点流入大地，该过程为一暂态放电过程，即线路电容电荷泄放入大地，并伴随着电荷总量的瞬时减少；所述基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，通过检测各线路电容电荷的瞬时变化和移动方向对非有效接地系统的单相接地故障进行选线；具体包括以下步骤：
1)、检测出配电网非有效接地系统中单相接地故障发生的瞬间，该时刻设定为暂态放电的起始时刻；
2)、自暂态放电起始时刻，分别记录配电网非有效接地系统中各馈线的A相、B相、C相电流，定义各馈线的同相电流为一特征相量组；
3)、检测每一特征向量组中各馈线电荷量的暂态变化与定向移动，从而确定发生单相接地故障的线路与相别。
2.根据权利要求1所述的基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，其特征在于，暂态放电的起始时刻，电源电压不为零，设系统共I、II、III三条10kV馈线，每条馈线共A、B、C三相；自暂态放电的起始时刻分别记录各馈线A相、B相、C相的故障电流波形，并利用检测装置判断各馈线A相、B相、C相瞬时移动电荷量的大小与方向；当非有效接地系统共有I、II、III三条馈线时，检测得流过III线A相的瞬时电荷量等于流过I、II线A相的瞬时电荷量之和，且III线A相电荷量的定向移动方向由母线指向线路，I、II线A相电荷量的定向移动方向由线路指向母线，即III线A相电荷量的定向移动方向与I、II线相反；判断III线A相发生单相接地故障。
3.根据权利要求1所述的基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，其特征在于，利用暂态放电量的大小、方向作为单相接地故障选线的判据，不包括电源电压过零时短路的情况，因为Q＝UC，当U＝0时，线路对地电容上的电荷量Q＝0，检测装置未探测到电荷的定向移动；同时，在电源电压过零时刻，单相接地故障不会造成系统中性点电位的偏移，亦不会造成稳定燃烧的接地电弧，所以，U＝0时的限定条件不予考虑。
4.根据权利要求1所述的基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，其特征在于，暂态放电的起始时刻为发生单相接地的瞬间，该暂态放电过程的长短与系统等值阻抗和线路对地电容有关，暂态放电过程结束后，系统对地的放电电荷变为零。
5.根据权利要求1所述的基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，其特征在于，各馈线电荷量的暂态变化与定向移动通过在各馈线的A相、B相、C相安装电荷检测装置进行检测。
6.根据权利要求1所述的基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，其特征在于，步骤3)中，当单相接地故障发生时，非故障线路累积的电荷向接地点定向移动，非故障线流出的电荷量之和等于故障线上流过的电荷量，且非故障线电荷移动方向指向母线，故障线电荷移动方向指向线路。
7.根据权利要求1所述的基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，其特征在于，步骤3)中，若检测到各馈线X相上的瞬时转移电荷量中，其中一条馈线的X相瞬时转移电荷量等于其余馈线的X相瞬时转移电荷量之和，且该条馈线的X相的电荷移动方向与其余馈线的X相电荷移动方向相反，则判定该条馈线的X相发生单相接地故障；X相为A相、B相或C相。
8.基于暂态放电量的非有效接地系统故障选线方法，其特征在于，包括：非有效接地系统有N条馈线，对应每条馈线每相的对地电容为C1、C2、C3……CN；则每条线电容上的电荷量为Q1＝UC1、Q2＝UC2、Q3＝UC3……QN＝UCN；U为相对地电压的瞬时值，当U≠0时，i线j相发生接地，接地瞬间为暂态过程的起始时刻，由于存在接地，电压渐变为零，电压变为零的时刻为暂态过程结束时刻，从暂态过程的起始时刻到暂态过程结束时刻为放电暂态过程；放电暂态过程系统j相电压从U≠0状态渐变为零，则每条线电容电荷最终也渐变变为零；在放电暂态过程，检测各馈线各相电荷量的暂态变化与定向移动，从而确定发生单相接地故障的线路与相别：故障线的放电量为非故障线放电量之和，故障线放电方向与非故障线放电相反，由此判定故障线和故障相；其中，i＝1、2、3……N；j＝A、B、C；N为大于等于2的正整数。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170627 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |