CN107091970A - 中性点不接地系统的故障选相法 - Google Patents

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李田
甘智勇
齐文艳
李庆钊
张迅达
傅思伟
陈韶瑜
文黎
温力
曹建伟
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Abstract

本发明涉及一种中性点不接地系统的故障选相法，包括步骤有：第一步，接地故障判别：(1)接地故障判别；(2)单相接地故障判别；(3)两相接地故障判别；第二步，非接地故障判别：(1)非对称性故障判别；(2)两相短路判别；(3)三相短路判别。本发明通过将电流差突变量选相法进行算法上的改进，根据线路故障后的特点，分为接地短路故障选相法和非接地故障选相法，形成一套完整的中性点不接地系统的故障选相法，该方法对于谐波复杂、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均具有很高的选相可靠性，可以作为中性点不接地系统故障选相的常用手段。

Description

中性点不接地系统的故障选相法
技术领域
本发明属于电力系统故障分析技术领域，特别是一种中性点不接地系统的故障选相法。
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。
在电力系统的事故分析及故障点定位的计算中，需要对故障类型和相别进行判断，目前应用最广泛的故障选相方法为电流差突变量选相法。电流差突变量选相法是利用系统发生故障时，两相电流差变化量的幅值特征来区分各类故障的，其主要特点为：灵敏度较高、计算数据量少、能区分两相或三相短路，但对单相接地故障选相准确性很低。
因此在对中性点不接地电力系统进行故障选相时，相间故障和三相短路故障选用电流差突变量选相法，但接地故障电流差突变量选相法不再适用，需要寻找其他选相方法。
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选相法。
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选相法，包括步骤如下：
(1)首先计算故障线路零序电压突变量ΔU0，零序电流突变量ΔI0，若连续三个数据点满足ΔU0大于ΔU0set，ΔI0大于ΔI0set，将突变时刻选为故障起始点；
其中，ΔU0set、ΔI0set分别为零序电压、电流突变量门槛值，根据系统实际情况确定；
(2)从步骤(1)确定的故障起始点开始，计算零序电压、电流有效值U0、I0，当U0≥U0set且I0≥I0set时判断故障为接地故障，进入步骤(3)，若U0＜U0set或I0＜I0set则认为此次突变为扰动，返回步骤(1)继续检测零序突变量；
(3)单相接地故障选相：分别计算故障开始后第一周期故障支路的三相电压有效值，根据下式(1)判断是否为单相接地故障，是则选出故障相，若不满足单相接地条件，进入步骤(4)两相短路接地选相；
式中：
Uφ——故障相电压；
——非故障相电压；
UN——相电压标准值；
m、n——整定系数，根据系统实际情况选取；
(4)两相短路接地选相：计算故障后一周三相电流突变量，计算方法如下：对ΔIa、ΔIb、ΔIc进行FFT变换，分别得到其向量进而求出电流差突变量通过下式判断故障相别；
AB两相接地短路：
BC两相接地短路：
CA两相接地短路：
(5)若步骤(1)中求出的ΔU0、ΔI0不满足(ΔI0≥ε1)∩(ΔU0≥ε3)，式中ε1、ε2——整定值，则逐周期计算负序电压、电流有效值，当(U2≥U2set)∩(I2≥I2set)时，判断故障为相间故障，将满足条件周期的第一个数据点作为故障起始点，并进入步骤(6)；
其中，式中U2、I2分别为负序电压、负序电流有效值，U2set、I2set分别为负序电压、电流有效值门槛值，根据系统实际情况确定。
(6)相间短路选相：计算故障后一周三相电流突变量根据下式判断故障相别；
AB两相短路：
BC两相短路：
CA两相短路：
式中m——整定系数，取值范围为4≤m≤8，
(7)若全部数据均不满足步骤(5)中相间故障条件，则返回数据开始点，逐点计算电压、电流突变量ΔU、ΔI，若连续三个数据点满足(ΔU≥ΔUset)∩(ΔI≥ΔIset)，则判断故障为三相短路，并将突变时刻选为故障起始时刻。
而且，在所述步骤(7)步判断为三相短路后，为增加选相结果准确度，进一步进行电流突变量判断：若满足(ΔIa≥ΔIset)∩(ΔIb≥ΔIset)∩(ΔIc≥ΔIset)，则为三相短路故障，不满足则认为是扰动，返回步骤(1)。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过将电流差突变量选相法进行算法上的改进，根据线路故障后的特点，分为接地短路故障选相法和非接地故障选相法，形成一套完整的中性点不接地系统的故障选相法。
2、本发明中性点不接地系统的故障选相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均具有很高的选相可靠性，可以作为中性点不接地系统故障选相的常用手段；
3、本发明中性点不接地系统的故障选相法完整清晰，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选相，实时性好。
附图说明
图1是本发明方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
以下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选相法，如图1所示，该方法原理及方法步骤如下：
接地故障选相
(1)接地故障判别
在故障选相过程中，首先判别故障是否为接地故障，以便根据接地故障与非接地故障的特点，进一步确定故障类型和相别，
根据系统发生接地故障时，会出现显著的零序电压和零序电流分量这一特点，接地故障的检测方法如式(1)所示：
[(ΔI0≥ε1)∩(I0≥ε2)]∪[(ΔU0≥ε3)∩(U0≥ε4)] (1)
式中ΔI0和ΔU0——零序电流和零序电压的突变量；
ε1、ε2、ε3、ε4——分别为整定值，根据系统实际情况选取。
采用零序电流和电压及其突变量作为接地故障的启动量，可以明确故障开始点，为提高电流突变量选相的准确性提供了有力保障，还可防止由不平衡电气量及三次谐波分量引起的误判，提高检测灵敏度。
(2)单相接地故障选相
当确定为接地故障后，即可进一步判断是否为单相接地故障。中性点不接地系统发生单相接地后，线路中电流基本不变，故障电流极小，所以不能使用电流差突变量选相法。但系统单相接地时，故障相电压变为零，非故障相电压升高为线电压，该故障特征较为明显，因此可以利用电压变化这一特性进行选相，具体做法为，在确定故障开始点后计算各相故障后第一周期电压有效值，选择电压明显变小的相作为故障相，如式(2)所示：
式中：
Uφ——故障相电压；
——非故障相电压；
UN——相电压标准值；
m、n——整定系数，根据系统实际情况选取。
(3)两相接地故障判别
由于两相接地短路时，两个故障相电流之差最大，故可以根据相电流故障分量差大小进行选相，故障相判别条件如式(3)、(4)、(5)所示：
AB两相接地短路：
BC两相接地短路：
CA两相接地短路：
2、非接地故障选相
(1)非对称性故障判别
为了提高选相准确性，在判别出故障不是接地故障后进一步判断故障是否为对称性故障，以确定故障类型和相别。
根据系统发生非对称性故障时，会出现显著的负序电压和负序电流分量这一特点，非对称性故障的检测方法如式(6)所示：
(I2≥ε1)∩(U2≥ε2) (6)
式中ε1、ε2——整定值。
采用负序电流和电压作为对称故障的启动量时，将产生负序分量的数据周期的初始点作为故障开始点。
(2)两相短路判别
若故障为非对称性短路故障，首先判断故障是否为两相短路。系统发生两相短路时的故障特征为非故障相故障分量电流(约为零)远小于故障相。以BC两相短路为例，故障点处非故障相序分量如式(7)所示：
而测量端非故障相故障分量电流如式(8)所示：
假设系统正负序参数相同，则有：
由于实际系统正、负序阻抗参数不可能相等，两相短路的故障选相方法如式(9)、(10)、(11)所示：
AB两相短路：
BC两相短路：
CA两相短路：
式中m——整定系数，取值范围为4≤m≤8。
(3)三相短路判别
若非接地故障或非对称性故障，并且两相短路选相条件均不满足时，即可判定为三相短路。

Claims (2)

1.一种中性点不接地系统的故障选相法，其特征在于包括步骤如下：
(1)首先计算故障线路零序电压突变量ΔU0，零序电流突变量ΔI0，若连续三个数据点满足ΔU0大于ΔU0set，ΔI0大于ΔI0set，将突变时刻选为故障起始点；
其中，ΔU0set、ΔI0set分别为零序电压、电流突变量门槛值，根据系统实际情况确定；
(2)从步骤(1)确定的故障起始点开始，计算零序电压、电流有效值U0、I0，当U0≥U0set且I0≥I0set时判断故障为接地故障，进入步骤(3)，若U0＜U0set或I0＜I0set则认为此次突变为扰动，返回步骤(1)继续检测零序突变量；
(3)单相接地故障选相：分别计算故障开始后第一周期故障支路的三相电压有效值，根据下式(1)判断是否为单相接地故障，是则选出故障相，若不满足单相接地条件，进入步骤(4)的两相短路接地选相；
式中：
Uφ——故障相电压；
UN——相电压标准值；
m、n——整定系数，根据系统实际情况选取；
(4)两相短路接地选相：计算故障后一周三相电流突变量，计算方法如下：对ΔIa、ΔIb、ΔIc进行FFT变换，分别得到其向量进而求出电流差突变量通过下式判断故障相别；
AB两相接地短路：
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BC两相接地短路：
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CA两相接地短路：
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(5)若步骤(1)中求出的ΔU0、ΔI0不满足(ΔI0≥ε1)∩(ΔU0≥ε3)，式中ε1、ε2——整定值，则逐周期计算负序电压、电流有效值，当(U2≥U2set)∩(I2≥I2set)时，判断故障为相间故障，将满足条件周期的第一个数据点作为故障起始点，并进入步骤(6)，
其中U2、I2分别为负序电压、负序电流有效值，U2set、I2set分别为负序电压、电流有效值门槛值，根据系统实际情况确定；
(6)相间短路选相：计算故障后一周三相电流突变量根据下式判断故障相别；
AB两相短路：
BC两相短路：
CA两相短路：
式中m——整定系数，取值范围为4≤m≤8，
(7)若全部数据均不满足步骤(5)中相间故障条件，则返回数据开始点，逐点计算电压、电流突变量ΔU、ΔI，若连续三个数据点满足(ΔU≥ΔUset)∩(ΔI≥ΔIset)，则判断故障为三相短路，并将突变时刻选为故障起始时刻。
2.根据权利要求1所述的中性点不接地系统的故障选相法，其特征在于：在所述步骤(7)步判断为三相短路后，为增加选相结果准确度，进一步进行电流突变量判断：若满足(ΔIa≥ΔIset)∩(ΔIb≥ΔIset)∩(ΔIc≥ΔIset)，则为三相短路故障，不满足则认为是扰动，返回步骤(1)。
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