CN107561414B - 快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法及选线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法：采集并记录电压互感器的开口三角形电压值和各相相电压值；确定故障相：将记录的电压互感器开口三角形电压值与设定值的开口三角形电压值比较；并且将每相的相电压值与各相对应的设定的相电压值进行比较找出故障相；采集各回路的零序电流值，将故障相母线接地；在前次采集零序电流后大于1的整数周波时再次采集各回路的零序电流值，将两次采集的值一一对应进行差值比较，并对得出的差值进行排序，找出差值最大的回路即为故障回路。还公开了快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线系统。本发明实现了查找小电流接地系统单相接地故障回路的自动化控制，保障了人员安全。

Description

快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法及选 线系统

技术领域

本发明涉及一种电力故障检测方法及系统，尤其涉及一种小电流接地系统单相接地故障回路的查找方法及系统。

背景技术

我国在66kV以下电力系统中大多数采用的是中性点非有效接地、经高阻接地或经消弧线圈接地的运行方式，也叫小电流接地系统。单相接地故障是小电流接地系统中最常见的故障。当系统发生单相接地故障时，由于三个线电压仍然对称，相间绝缘能够满足线电压运行要求，所以允许系统带故障运行，不得超过2小时。但发生接地故障后，非故障相相电压会升为线电压，长时间带故障运行极易发生弧光接地，形成两点接地故障，引起系统过电压，损坏设备，造成重大的经济损失，因此迅速找到并排除线路故障刻不容缓。

为了能尽快修复故障线路，减轻用户的损失，避免人身伤亡，目前最多的是采用拉路选线的方法排查故障线路。拉路选线需要依次断开每一条线路，由于系统的出线回路越来越多，需要大量的人力物力，而且选线的时间较长，选线成功率不高。

因此需要提出新的自动选线方法及系统，能够随时监测电网安全并在故障发生时迅速做出反应，在短时间内找出并隔离故障线路，减少用户的经济损失，保障人身安全。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法及选线系统，能够在短时间内(毫秒级水平)准确的找到故障线路并进行隔离检修。

为达到上述目的，本发明提供了一种快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法，包括以下步骤：

S1.采集电压互感器的开口三角形电压值和各相的相电压值,记录电压互感器的开口三角形电压值和各相相电压值；

S2.确定故障相：

将记录的电压互感器的开口三角形电压值与设定的开口三角形电压值比较；并且将每一相的相电压值与各相对应的设定电压值进行比较；

当记录的电压互感器的开口三角形电压值小于设定的开口三角形电压值，并且各相的相电压值相等时，返回步骤S1中；

当记录的电压互感器的开口三角形电压值大于设定的开口三角形电压值时，相电压值小于或等于设定的故障阈值的相为故障相，执行下一步；

S3.采集各回路的零序电流值，记为I_j，j表示第j个回路；将故障相母线接地，在前一次采集零序电流后的整数倍周波(大于1个周波)时刻再次采集各回路的零序电流值I’_j，将I_j和I’_j一一对应进行差值比较，并对得出的差值进行排序，找出差值(绝对值)最大的回路即为故障回路。

进一步，所述步骤S3中，确定故障相后20ms控制故障相母线接地。

进一步，所述步骤S3中I_j与I’_j的采集时间间隔为20ms的整数倍，但大于1倍。

本发明还公开了快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线系统，包括检测开口三角电压以及各相电压的电压检测单元、零序电流检测单元、选线控制器以及用于控制故障相母线接地的通断开关；

所述电压检测单元的输出端和零序电流检测单元的输出端与选线控制器连接，选线控制器的控制输出端与通断开关的输入端连接。

所述选线系统按照如下方法工作：

步骤S1.电压检测单元测得开口三角形电压值和各相电压值；

步骤S2.确定故障相：

选线控制器将电压检测单元测得的开口三角形电压值与设定的开口三角形电压值比较；且将电压检测单元测得的每一相的相电压值与各相对应的设定电压值进行比较；

当开口三角形电压值小于设定的开口三角形电压值，并且各相的相电压值相等时，返回步骤S1中；

当开口三角形电压值大于设定的开口三角形电压值时，相电压值小于或等于设定的故障阈值的相为故障相，执行下一步；

步骤S3.选线控制器从零序电流检测单元获得各回路的零序电流值，记为I_j，j表示第j个回路；

步骤S4.选线控制器控制通断开关闭合使故障相母线接地，将接地点由站外分流转移至站内开关室；

步骤S5.选线控制器在前一次采集零序电流后的整数倍周波(大于1个周波)时刻再次从零序电流检测单元获得各回路的零序电流值，记为I’_j，j表示第j个回路；

步骤S6.选线控制器将I_j和I’_j一一对应进行差值比较，并对得出的差值进行排序，找出差值(绝对值)最大的回路即为故障回路并输出。

进一步，所述步骤S4中，确定故障相20ms控制故障相母线接地。

进一步，所述步骤S3、S5中I_j与I’_j的采集时间间隔为20ms的整数倍，但大于1倍。

进一步，所述电压检测单元为电压互感器，所述零序电流检测单元为零序电流互感器。

本发明的有益效果：本发明是快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法及选线系统，通过电压检测单元测得开口三角电压值和各相的相电压值，并与设定的开口三角形电压值及各相对应的设定的故障阈值比较得出故障相，再通过零序电流检测单元测得各回路零序电流值I_j，并在20ms内实现故障相母线接地转移分流接地点，及时保障了用户设备及人员的安全，零序电流检测单元在前一次采集间隔周波整数倍时刻后(大于1倍)再次测得各回路零序电流值I’_j，选线控制器把I_j与I’_j进行差值计算，再选出差值(绝对值)最大的回路就是故障回路，实现了随时监测电网安全并在故障发生时迅速做出反应，利用接地点转移放大故障线路零序电流特征量确保选线准确率，并能在短时间内找出并隔离故障线路，减少用户的经济损失，保障人身安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的选线方法流程图。

图2为本发明的选线方法的逻辑判断图(举例)。

图3为本发明的选线方法的选线原理图(举例)。

图4为本发明的选线系统原理框图。

具体实施方式

图1为本发明的选线方法流程图，图2为本发明的选线方法的逻辑判断图，图3为本发明的选线方法的选线原理图，图4为本发明的选线系统原理框图，如图所示：依靠本实施例的快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法可实现选线系统快速准确地隔离及检修故障线路，减轻经济损失及防止人员伤亡。

本发明提供了快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法，其流程如图1所示：

步骤S1.采集电压互感器的开口三角形电压值和各相的相电压值,记录电压互感器的开口三角形电压值U_△’和各相相电压值U_A’U_B’U_C’；

步骤S2.确定故障相：

将记录的电压互感器的开口三角形电压值U_△’与设定的开口三角形电压值U_△比较,U_△根据实际经验设定为26V；并且将每一相的相电压值U_A’U_B’U_C’与各相对应的设定电压值U_AU_BU_C进行比较,暂定U_A＝U_B＝U_C＝57V，一般来说，设定的故障阈值理论上为57的，但是，在实际工况条件下，该故障阈值可以不设为57，比如设定为50；

当U_△’＜26V，并且U_A’＝U_B’＝U_C’时，返回步骤S1中；

当U_△’＞26V，且U_A’≤50，A相为故障相，或U_B’≤50，B相为故障相,或U_C’≤50,C相为故障相，此方法属于现有技术，执行下一步；

步骤S3.采集各回路的零序电流值，记为I_j，j表示第j个回路，由于在判断故障相后需要测量所有回路的零序电流，系统会有延时性，估算这个测量所需的时间大概为3ms以内，因此设定故障相母线在17ms后接地，故障相零序电流通过通断开关从原接地点分流转移至通断开关的接地母线，在首次采集完各回路零序电流I_j时刻起20ms整数倍(大于1倍)后再次采集各回路的零序电流值I’_j，在故障点转移至通断开关母线前故障线路的零序电流为非故障回路零序电流之和(电容电流)，方向与非故障线路零序电流方向相反，如图3所示,即I₅＝-(I₁+I₂+I₃+I₄)，故障回路经零序电流互感器流回母线，而非故障线路经母线流向个回路端，所以I₅’-I₅＝I₁+I₂+I₃+I₄+I₅’，使得故障回路零序电流值的变化增大，更利于判断，因此本发明正是利用正弦交变电流的这种方向特性即正弦电流周期时间的整数倍的方向相同，设定在首次采集各回路零序电流20ms整数倍(大于1倍)后再次采集各回路零序电流I’_j，将I_j和I’_j一一对应进行差值比较，并对得出的差值进行排序，找出差值(绝对值)最大的回路即为故障回路。在实际运用中由于非故障线路对地电容电流很小，故障线路对地电容电流较大时，经常出现故障回路零序电流差值变化不明显的情况，本发明通过故障回路接地前后间隔20ms整数倍(大于1倍)后进行零序电流的采集，充分利用了正弦交变电流周期的方向特性，放大了故障回路零序电流差值变化，解决了通过传统方法检测故障回路零序电流差值“失灵”的情况，从而保证了最终判断结果的准确性，为后续的针对性处理措施提供有力的数据支持。

本发明还提供了快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线系统，如图4所示，包括：

检测开口三角电压以及各相电压的电压检测单元、零序电流检测单元、选线控制器以及用于控制故障相回路接地的通断开关。

所述电压检测单元的输出端和零序电流互感器的输出端与选线控制器连接，选线控制器的控制输出端与通断开关的输入端连接；其中，选线控制器采用现有的单片机，比如AVR单片机、89C51单片机或者STM32系列单片机并搭载现有的处理程序均可实现本发明的目的，在此不加以赘述。

具体的，所述电压检测单元为电压互感器，所述零序电流检测单元为零序电流互感器；当然，系统中还设置有相应的报警辅助设备，包括报警器和显示器，其中，报警器选用现有的声光报警器即可，报警器用于选线控制器筛选出故障回路后进行报警，显示器用于将选线控制器处理过程中所涉及到的参数以及报警信息进行显示，利于工作人员作出准确的判断；为了确保处理过程中数据的可追溯性，选线控制器设置有通信模块，用于与上位服务器进行通信连接并用于数据备份存储，通信模块可以采用无线模块，比如4G模块、ZigBee模块等，也可以采用有线的方式，通信模块采用现有的交换机。

详细阐述本发明提供的快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线系统的逻辑判断方法，如图3所示：

步骤S1.电压检测单元测得开口三角形电压值U_△’和各相电压值U_A’U_B’U_C’；

步骤S2.确定故障相：

选线控制器从电压互感器测得的开口三角形电压值U_△’与设定的开口三角形电压值U_△比较；且将从电压互感器测得的每一相的电压值U_A’U_B’U_C’与各相对应的设定电压值U_AU_BU_C进行比较；

根据实际经验，U_△设定为26V,U_A＝U_B＝U_C＝50V,

当U_△’＜26V，并且U_A’＝U_B’＝U_C’时，返回步骤S1中；

当U_△’＞26V，且U_A’≤50，A相为故障相，或U_B’≤50，B相为故障相,或U_C’≤50,C相为故障相,一般来说，设定的故障阈值理论上为57的，但是，在实际工况条件下，该故障阈值可以不设为57，比如设定为50,执行下一步；

步骤S3.选线控制器从零序电流互感器获得各回路的零序电流值，记为I_j，j表示第j个回路；

步骤S4.由于在判断故障相后需要测量所有回路的零序电流，系统会有延时性，估算这个测量所需的时间大概为3ms以内，因此选线控制器设定在确定故障相17ms后控制通断开关闭合，故障相母线接地，此步骤是为了转移故障零序电流，减轻设备损伤及保证检修人员的人身安全；

步骤S5.利用正弦交变电流在周波整数倍相位相同、方向相同原理，利用接地点转移前后故障回路零序电流方向相反特点，设定在步骤S3完成后20ms整数倍(大于1倍)时刻选线控制器再次从零序电流互感器获得各回路的零序电流值，记为I’_j；

步骤S6.选线控制器将I_j和I’_j一一对应进行差值比较，并对得出的差值进行排序，找出差值(绝对值)最大的回路即为故障回路并输出。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.采集电压互感器的开口三角形电压值和各相的相电压值,记录电压互感器的开口三角形电压值和各相的相电压值；

S2.确定故障相：

将记录的电压互感器的开口三角形电压值与设定的开口三角形电压值比较；并且将每一相的相电压值与各相对应的设定电压值进行比较；

当记录的电压互感器的开口三角形电压值小于设定的开口三角形电压值，并且各相的相电压值相等时，返回步骤S1中；

当记录的电压互感器的开口三角形电压值大于设定的开口三角形电压值时，相电压值小于或等于设定的故障阈值的相为故障相，执行下一步；

S3.采集各回路的零序电流值，记为I_j，j表示第j个回路；将故障相母线接地，大于1个整数倍周波时刻再次采集各回路的零序电流值I^’ _j，将I_j和I^’ _j一一对应进行差值比较，并对得出的差值进行排序，找出差值最大的回路即为故障回路；

确定故障相后20ms控制故障相母线接地,利用接地点转移放大故障线路零序电流特征量确保选线准确率。

2.根据权利要求1所述快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线方法，其特征在于：所述步骤S3中I_j与I^’ _j的采集时间间隔为20ms的整数倍时刻，但是大于20ms，以此实现非故障回路两次采集零序电流方向相同，而故障回路两次采得零序电流方向相反。

3.快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线系统，其特征在于：包括检测开口三角电压以及各相电压的电压检测单元、零序电流检测单元、选线控制器以及用于控制故障相母线接地的通断开关；

所述电压检测单元的输出端和零序电流检测单元的输出端与选线控制器连接，选线控制器的控制输出端与通断开关的输入端连接；

所述选线系统按照如下方法工作：

步骤S1.电压检测单元检测开口三角形电压值和各相的相电压值并输出到选线控制器；

步骤S2.确定故障相：

选线控制器将开口三角形电压值与设定的开口三角形电压值比较；且将的每一相的相电压值与各相对应的设定电压值进行比较；

当开口三角形电压值小于设定的开口三角形电压值，并且各相的相电压值相等时，返回步骤S1中；

当开口三角形电压值大于设定的开口三角形电压值时，相电压值小于或等于设定的故障阈值的相为故障相，执行下一步；

步骤S3.选线控制器从零序电流检测单元获得各回路的零序电流值，记为I_j，j表示第j个回路；

步骤S4.选线控制器控制通断开关闭合使故障相母线接地；

步骤S5.第一次采集零序电流后的大于1的整数倍周波时刻选线控制器再次从零序电流检测单元获得各回路的零序电流值，记为I^’ _j，j表示第j个回路；

步骤S6.选线控制器将I_j和I^’ _j一一对应进行差值比较，并对得出的差值进行排序，找出差值绝对值最大的回路即为故障回路并输出报文；

所述步骤S4中，确定故障相后20ms控制故障相母线接地。

4.根据权利要求3所述快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线系统，其特征在于：所述步骤S3、S5中I_j与I^’ _j的采集时间间隔为20ms整数倍，但大于1倍。

5.根据权利要求3所述快速找出小电流接地系统单相接地故障回路的选线系统，其特征在于：

所述电压检测单元为电压互感器；

所述零序电流检测单元为零序电流互感器。