CN107255765A - 综合高频和工频零序分量相位特征的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法 - Google Patents

综合高频和工频零序分量相位特征的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种综合高频和工频零序分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：用矩阵束算法处理每一个数据采集装置的采集的零序电压和零序电流，得到零序电压和零序电流所有频率分量的相位；步骤2：计算同一采集装置零序电压工频分量和零序电流工频分量的相角差dph(50)；步骤3：计算零序电压任意一高频分量和零序电流任意一高频分量的相角差dph(fm)；步骤4：计算dph(50)和dph(fm)的差的绝对值dj；步骤5：根dj的大小识别故障区段。本发明方法充分利用了高频和工频分量特征，相比于传统基于仅单纯利用暂态特征的谐振接地系统区段定位方法，具有无需滤波的优点。

Description

综合高频和工频零序分量相位特征的谐振接地系统单相接地 故障区段定位方法
技术领域
本发明术语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。长期以来谐振接地系统的单相接地选线问题困扰着电力部门。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综合高频和工频零序分量相位特征的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，以减小人工巡线的工作量。
综合高频和工频零序分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：用矩阵束算法处理每一个数据采集装置的采集的零序电压和零序电流，得到零序电压和零序电流所有频率分量的相位；
步骤2：计算同一采集装置零序电压工频分量和零序电流工频分量的相角差dph(50)；
步骤3：计算零序电压任意一高频分量和零序电流任意一高频分量的相角差dph(fm)；
步骤4：计算dph(50)和dph(fm)的差的绝对值dj；
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就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障。
150°＜dj＜210° (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，矩阵束算法中数据窗为20ms。
进一步的，步骤2利用公式(1)计算同一采集装置零序电压工频分量和零序电流工频分量的相角差dph(50)；
dph(f)＝phu0(f)-phi0(f) (1)
其中dph(f)表示某频率下零序电压和零序电流的相角差，phu0(f)表示零序电压某频率分量的相位，phi0(f)表示零序电流某频率分量的相位。
进一步的，步骤3利用公式(1)计算零序电压任意一高频分量和零序电流任意一高频分量的相角差dph(fm)。
进一步的，步骤3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：本发明方法充分利用了高频和工频分量特征，相比于传统基于仅单纯利用暂态特征的谐振接地系统区段定位方法，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零序网络示意图；
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点上游零序电流的影响不同，但健全线路以及故障线路故障点下游的零序电流是系统零序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i0m表示第m条线路的零序电流，u0表示零序电压，Cm表示第m条线路的对地等效电容，对于故障线路，上标不带“’”表示故障点上游线路等效对地电容，带“’”表示故障点下游线路等效对地电容，iL为消弧线圈中的零序电流。
当第m条线路发生单相接地故障后，所有健全线路的零序电流是容性电流，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，故障点下游的线路零序电流也是容性电流，不管是工频还是高频分量，从母线流向线路；故障点上游线路的零序电流是健全线路以及故障点下游线路零序电流和消弧线圈电流之和，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，高频分量变为容性电流，从线路流向母线。相对于零序电压，容性电流超前90°，感性电流滞后90°，也即故障点上游线路的高频和工频零序电流相位相差180°。基于此特征，可以选择故障区段。
本发明一种综合高频和工频零序分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：用矩阵束算法处理每一个数据采集装置的采集的零序电压和零序电流，得到零序电压和零序电流所有频率分量的相位，其中数据窗为20ms。
步骤2：利用公式(1)计算同一采集装置零序电压工频分量和零序电流工频分量的相角差dph(50)。其中dph(f)表示某频率下零序电压和零序电流的相角差，phu0(f)表示零序电压某频率分量的相位，phi0(f)表示零序电流某频率分量的相位。
dph(f)＝phu0(f)-phi0(f) (1)
步骤3：利用公式(1)计算同一采集装置零序电压任意一高频分量和零序电流任意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)计算同一采集装置dph(50)和dph(fm)的差的绝对值dj。
dj＝|dph(50)-dph(fm)| (2)
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就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障。
150°＜dj＜210° (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，区段2、9、11、12、13为架空绝缘线，区段4、6、7、8、14为架空裸导线。消弧线圈装在所用变中性点上。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＝4km，L3＝3.8km，L4＝7.5km，L5＝4km，L6＝10km，L7＝0.1km，L8＝3km，L9＝4km，L10＝3.2km，L11＝10km，L12＝5km，L13＝3km，L14＝7.5km。
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。
架空绝缘线参数为：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。
区段7、8中裸导线参数为：正序电阻r1＝0.91Ω/km，正序感抗x1＝0.403Ω/km，正序容纳b1＝2.729×10-6S/km；零序电阻r0＝1.06Ω/km，零序感抗x0＝3.618Ω/km，零序容纳b0＝0.672×10-6S/km。
其它区段裸导线参数为：正序电阻r1＝0.63Ω/km，正序感抗x1＝0.392Ω/km，正序容纳b1＝2.807×10-6S/km；零序电阻r0＝0.78Ω/km，零序感抗x0＝3.593Ω/km，零序容纳b0＝0.683×10-6S/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：S5N＝50kVA，S7N＝500kVA，S8N＝200kVA，S9N＝1MVA，S10N＝100kVA，S12N＝1MVA，S13N＝400kVA，S14N＝630kVA。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 (6)

1.综合高频和工频零序分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：用矩阵束算法处理每一个数据采集装置的采集的零序电压和零序电流，得到零序电压和零序电流所有频率分量的相位；
步骤2：计算同一采集装置零序电压工频分量和零序电流工频分量的相角差dph(50)；
步骤3：计算零序电压任意一高频分量和零序电流任意一高频分量的相角差dph(fm)；
步骤4：计算dph(50)和dph(fm)的差的绝对值dj；
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就是故障区段，如果都不满足，则为母线故障。
150°＜dj＜210° (3)。
2.根据权利要求1所述的综合高频和工频零序分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所述的综合高频和工频零序分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，矩阵束算法中数据窗为20ms。
4.根据权利要求1所述的综合高频和工频零序分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利用公式(1)计算同一采集装置零序电压工频分量和零序电流工频分量的相角差dph(50)；
dph(f)＝phu0(f)-phi0(f) (1)
其中dph(f)表示某频率下零序电压和零序电流的相角差，phu0(f)表示零序电压某频率分量的相位，phi0(f)表示零序电流某频率分量的相位。
5.根据权利要求4所述的综合高频和工频零序分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3利用公式(1)计算零序电压任意一高频分量和零序电流任意一高频分量的相角差dph(fm)。
6.根据权利要求1所述的综合高频和工频零序分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3中，高频指频率为150Hz～600Hz。
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