CN107219442B - 基于相电压电流相位的谐振接地系统接地故障定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开利用相电压电流突变量相位特征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：计算同一采集装置相电压突变量工频分量和相电流突变量工频分量的相角差dph(50)；步骤4：计算相电压突变量任意一高频分量和相电流突变量任意一高频分量的相角差dph(fm)；步骤5：计算dph(50)和dph(fm)的差的绝对值dj；步骤6：判断所有dj的大小，识别故障区段。本发明无需零序电压和电流，仅需每一相的相电压和相电流，相比于基于零序电压电流的谐振接地系统区段定位方法，具有自举性、无需滤波、易于工程实现的优点。
Description
技术领域
本发明属于配电网继电保护技术领域，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
我国配电网多采用中性点经消弧线圈接地方式，且为了避免发生谐振过电压，通常为补偿运行。配电网发生单相接地故障的概率非常高，由于现有的规定要求谐振接地系统发生单相接地故障后可以继续运行1～2h，在这期间通过人工巡线的方法排除故障，所以现有的单相接地故障自动化水平较低。国家能源局2015年发布了《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》，文件指出未来用于配电网建设的资金不少于2万亿元，可以说配电网的发展迎来了一次前所未有的机遇。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用相电压电流突变量相位特征的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，以提高配电网的自动化水平，减小人工巡线的工作量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
利用相电压电流突变量相位特征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：计算同一采集装置相电压突变量工频分量和相电流突变量工频分量的相角差dph(50)；
步骤4：计算相电压突变量任意一高频分量和相电流突变量任意一高频分量的相角差dph(fm)；
步骤5：计算dph(50)和dph(fm)的差的绝对值dj；
步骤6：根据公式(4)判断所有dj的大小，满足公式(4)且离变电站母线最远的就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障；
120°<dj<240° (4)。
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3利用公式(2)计算同一采集装置相电压突变量工频分量和相电流突变量工频分量的相角差dph(50)；
dph(f)＝phΔu(f)-phΔi(f) (2)
其中dph(f)表示某频率下相电压突变量和相电流突变量的相角差，phΔu(f)表示相电压突变量某频率分量的相位，phΔi(f)表示相电流突变量某频率分量的相位。
进一步的，步骤4利用公式(2)计算相电压突变量任意一高频分量和相电流突变量任意一高频分量的相角差dph(fm)。
进一步的，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：本发明方法无需零序电压和电流，仅需每一相的相电压和相电流，相比于传统基于零序电压电流的谐振接地系统区段定位方法，具有自举性、无需滤波、易于工程实现的优点。
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，其工频分量是感性电流，从线路流向母线，但随着频率的增大，消弧线圈的感性电流较小，所以高频分量变为容性电流，从线路流向母线。相对于突变电压，容性电流超前90°，感性电流滞后90°，也即故障点上游故障相的高频和工频电流突变量相位相差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压电流突变量相位特征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：利用公式(2)计算同一采集装置相电压突变量工频分量和相电流突变量工频分量的相角差dph(50)。其中dph(f)表示某频率下相电压突变量和相电流突变量的相角差，phΔu(f)表示相电压突变量某频率分量的相位，phΔi(f)表示相电流突变量某频率分量的相位。
dph(f)＝phΔu(f)-phΔi(f) (2)
步骤4：利用公式(2)计算同一采集装置相电压突变量任意一高频分量和相电流突变量任意一高频分量的相角差dph(fm)；其中，高频指频率为150Hz～600Hz。
步骤5：利用公式(3)计算同一采集装置dph(50)和dph(fm)的差的绝对值dj。
dj＝|dph(50)-dph(fm)| (3)
步骤6：根据公式(4)判断所有dj的大小，满足公式(4)且离变电站母线最远的就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障。
120°<dj<240° (4)
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设置不同过渡电阻单相接地故障，给出所有区段A相的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A相的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.利用相电压电流突变量相位特征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：计算同一采集装置相电压突变量工频分量和相电流突变量工频分量的相角差dph(50)；步骤3利用公式(2)计算同一采集装置相电压突变量工频分量和相电流突变量工频分量的相角差dph(50)；
dph(f)＝phΔu(f)-phΔi(f) (2)
其中dph(f)表示某频率下相电压突变量和相电流突变量的相角差，phΔu(f)表示相电压突变量某频率分量的相位，phΔi(f)表示相电流突变量某频率分量的相位；
步骤4：计算相电压突变量任意一高频分量和相电流突变量同一高频分量的相角差dph(fm)；高频指频率为150Hz～600Hz；步骤4利用公式(2)计算相电压突变量任意一高频分量和相电流突变量任意一高频分量的相角差dph(fm)；
步骤5：计算dph(50)和dph(fm)的差的绝对值dj；
步骤6：根据公式(4)判断所有dj的大小，满足公式(4)且离变电站母线最远的就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障；
120°<dj<240° (4)。
2.根据权利要求1所述的利用相电压电流突变量相位特征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所述的利用相电压电流突变量相位特征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所述的利用相电压电流突变量相位特征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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