CN107192922B - 基于相电流相位比较的谐振接地系统接地故障定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用相电流突变量高频信号相位比较的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，包括：步骤1：计算每一个数据采集装置的相电压的突变量和相电流的突变量；步骤2：用矩阵束算法计算相电压突变量和相电流的突变量的所有频率分量的相位；步骤3：识别故障相和健全相；步骤4：计算同一采集装置故障相电流突变量任一高频分量和健全相电流突变量任一高频分量的相角差绝对值dj；步骤5：判断所有dj的大小，识别故障区段。本发明方法仅利用相电流突变量某一高频信号，通过比较同一采集地点故障相和某一健全相之间的高频信号相位即可实现故障区段定位，具有无需滤波的优点。

Description

基于相电流相位比较的谐振接地系统接地故障定位方法
技术领域
本发明属于配电网继电保护领域，特别涉及一种谐振接地系统单相接地故障区段定位方法。
背景技术
谐振接地系统的单相接地选线和区段定位问题一直是研究的热点和难点，目前主要还是基于零序电压电流特征的，该类方法需要获得零序电压和零序电流，不利于工程实现，所以研究具有自举性的基于相电压电流信息的区段定位方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用相电流突变量高频信号相位比较的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
利用相电流突变量高频信号相位比较的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，包括：
步骤1：数据采集装置采集谐振接地系统对应区段的相电压和相电流；计算每一个数据采集装置的相电压的突变量和相电流的突变量；
步骤2：用矩阵束算法计算相电压突变量和相电流的突变量的所有频率分量的相位；
步骤3：识别故障相和健全相，其中电压幅值降低的为故障相，电压幅值升高的相为健全相；
步骤4：计算同一采集装置故障相电流突变量任一高频分量和健全相电流突变量任一高频分量的相角差绝对值dj；
步骤5：判断所有dj的大小，满足公式(3)且离变电站母线最远的区段就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障；
120°<dj<240° (3)。
进一步的，谐振接地系统的每一个区段首端安装一个数据采集装置。
进一步的，步骤1利用公式(1)计算每一个数据采集装置的相电压的突变量和相电流的突变量；
其中表示相电压或相电流，t0为故障时刻，T为工频周期，m为整数。
进一步的，步骤2采用矩阵束算法中数据窗为20ms。
进一步的，步骤4利用公式(2)计算同一采集装置故障相电流突变量任一高频分量和健全相电流突变量任一高频分量的相角差绝对值dj；
dj＝|dphf(fm)-dphl(fm)| (2)
其中dphf(fm)表示故障相电流突变量某高频分量的相位，dphl(fm)表示健全相电流突变量某高频分量的相位。
进一步的，步骤4中高频指频率为150Hz～600Hz。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出一种基于相电流突变量高频信号相位特征的谐振接地系统区段定位方法；该方法仅利用相电流突变量某一高频信号，通过比较同一采集地点故障相和某一健全相之间的高频信号相位即可实现故障区段定位，具有无需滤波的优点。
附图说明
图1为谐振接地系统单相接地后的突变量网络示意图；
图2为10kV配电网仿真模型示意图。
具体实施方式
本发明旨在解决谐振接地配电网的单相接地区段定位问题。指出消弧线圈在不同频率下对故障线路故障相故障点上游相电流突变量的影响不同，但健全线路各相、故障线路故障点下游各相电流突变量以及故障点上游健全相电流突变量是各相突变电压激励下的电容电流，不受消弧线圈影响。
以具有m条出线的谐振接地系统为例说明，如图1所示，其中表示第m条线路的各相电流的突变量，表示A、B、C三相。Δu表示突变电压，表示第m条线路各相的对地等效电容，ΔiL为消弧线圈中的电流，if为故障点的电流。
当第m条线路发生单相接地故障后，所有健全线路各相的电流突变量是容性电流，不管是工频还是高频分量，从母线流向线路。对于第m条线路，故障点下游线路各相电流突变量以及故障点上游线路健全相电流突变量也是容性电流，不管是工频还是高频分量，从母线流向线路；故障点上游故障相电流突变量是所有健全线路、故障线路故障点下游各相、故障线路故障点上游健全相电流突变量以及消弧线圈电流之和，高频分量为容性电流，从线路流向母线。所以健全线路以及故障线路故障点下游同一采集地点的故障相电流突变量高频分量相位与健全相电流突变量高频分量的相位相同，故障线路故障点上游同一采集地点的故障相电流突变量高频分量相位与健全相电流突变量高频分量的相位相差180°。基于此特征，可以选择故障区段。本发明提供一种利用相电流突变量高频信号相位比较的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，谐振接地系统的每一个区段首端安装一个数据采集装置，具体的实现步骤为：
步骤1：利用公式(1)计算每一个数据采集装置的相电压的突变量和相电流的突变量；
其中表示相电压或相电流，t0为故障时刻，T为工频周期，m为整数。
步骤2：用矩阵束算法计算相电压突变量和相电流的突变量的所有频率分量的相位，其中数据窗为20ms。
步骤3：识别故障相和健全相，其中电压幅值降低的为故障相，电压幅值升高的相为健全相。如A相电压降低，B、C相电压升高，则A相为故障相，B、C相为健全相；如B相电压降低，A、C相电压升高，则B相为故障相，A、C相为健全相；如C相电压降低，A、B相电压升高，则C相为故障相，A、B相为健全相。
步骤4：利用公式(2)计算同一采集装置故障相电流突变量任一高频分量和健全相电流突变量任一高频分量的相角差绝对值dj。其中dphf(fm)表示故障相电流突变量某高频分量的相位，dphl(fm)表示健全相电流突变量某高频分量的相位。
dj＝|dphf(fm)-dphl(fm)| (2)
其中，高频指频率为150Hz～600Hz；
步骤5：根据公式(3)判断所有dj的大小，满足公式(3)且离变电站母线最远的区段就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障。
120°<dj<240° (3)
仿真验证：
图2为基于PSCAD建立的10kV配电网仿真模型示意图；该模型中，35kV变电站有两回进线，通过两台主变压器配出的10kV系统为单母线形式；母线带有4条主馈线，出线上各区段的编号如图中所示。其中，区段1、3、5、10为电缆，其它区段为架空线。开关K打开时，系统为中性点不接地系统；开关K闭合则为消弧线圈接地系统，过补偿度取为10％。
各区段长度分别为：L1＝5.1km，L2＝6km，L3＝3km，L4＝5km，L5＝5km，L6＝10km，L7＝3km，L8＝5km，L9＝8km，L10＝2km，L11＝10km，L12＝5km。
电缆参数为：正序电阻r1＝0.157Ω/km，正序感抗x1＝0.076Ω/km，正序容纳b1＝132×10-6S/km；零序电阻r0＝0.307Ω/km，零序感抗x0＝0.304Ω/km，零序容纳b0＝110×10-6S/km。
架空线参数为：正序电阻r1＝0.27Ω/km，正序感抗x1＝0.352Ω/km，正序容纳b1＝3.178×10-6S/km；零序电阻r0＝0.42Ω/km，零序感抗x0＝3.618Ω/km，零序容纳b0＝0.676×10-6S/km。
两台主变参数分别为：容量SN＝2MVA，短路损耗Pk＝20.586kW，短路电压百分数Uk％＝6.37％，空载损耗P0＝2.88kW，空载电流百分数I0％＝0.61％；容量SN＝2MVA，短路损耗Pk＝20.591kW，短路电压百分数Uk％＝6.35％，空载损耗P0＝2.83kW，空载电流百分数I0％＝0.62％。
令各配电变压器与所连接区段编号一致，则它们的容量分别为：S2N＝400kVA，S3N＝630kVA，S5N＝50kVA，S7N＝500kVA，S8N＝200kVA，S9N＝1MVA，S10N＝100kVA，S12N＝1MVA。为简单起见，各配电变压器所带负荷统一为变压器容量的80％，功率因数为0.85。
表1为初相角为90°时在区段9设置不同过渡电阻A相接地故障，给出所有区段的dj。
表1.不同过渡电阻下的区段定位仿真结果
表2为不同故障初相角时在母线设置过渡电阻50Ω单相接地故障，给出所有区段的dj。
表2.不同故障初相角下的区段定位仿真结果
综合表1和表2可以看出本方法可以在不同故障初相角和过渡电阻下可靠定位故障区段。

Claims (4)

1.利用相电流突变量高频信号相位比较的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，包括：
步骤1：数据采集装置采集谐振接地系统对应区段的相电压和相电流；计算每一个数据采集装置的相电压的突变量和相电流的突变量；
步骤2：用矩阵束算法计算相电压突变量和相电流的突变量的所有频率分量的相位；
步骤3：识别故障相和健全相，其中电压幅值降低的为故障相，电压幅值升高的相为健全相；
步骤4：计算同一采集装置故障相电流突变量任一高频分量和健全相电流突变量任一高频分量的相角差绝对值dj；高频指频率为150Hz～600Hz；
步骤4利用公式(2)计算同一采集装置故障相电流突变量任一高频分量和健全相电流突变量任一高频分量的相角差绝对值dj；
dj＝|dphf(fm)-dphl(fm)| (2)
其中dphf(fm)表示故障相电流突变量某高频分量的相位，dphl(fm)表示健全相电流突变量某高频分量的相位；
步骤5：判断所有dj的大小，满足公式(3)且离变电站母线最远的区段就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障；
120°<dj<240° (3)。
2.根据权利要求1所述的利用相电流突变量高频信号相位比较的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，谐振接地系统的每一个区段首端安装一个数据采集装置。
3.根据权利要求1所述的利用相电流突变量高频信号相位比较的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤1利用公式(1)计算每一个数据采集装置的相电压的突变量和相电流的突变量；
其中表示相电压或相电流，t0为故障时刻，T为工频周期，m为整数。
4.根据权利要求1所述的利用相电流突变量高频信号相位比较的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，步骤2采用矩阵束算法中数据窗为20ms。
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