CN108957223A - 一种欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法 - Google Patents

一种欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法，该方法用于判断欠补偿状态下配电网发生单相高阻接地故障时的故障相。通过比较配电网单相接地故障和正常运行时零序电压的幅值、相位，得到故障时零序电压的幅相变化特征，再将该特征与A、B、C三相分别发生单相接地故障时的零序电压幅相变化规律进行比对，以故障特征满足某一相接地故障时的零序电压变化规律为依据，从而辨别出单相接地故障相。与传统故障相判断方法相比，该方法具有不受配电网线路参数不对称、高阻接地故障等因素影响的特点，能实现欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相的快速准确判断。

Description

一种欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法
技术领域
本发明涉及单相接地故障消弧领域，特别涉及一种欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法。
背景技术
在配电网中，供电的可靠性具有非常重要的意义。目前，我国配电网主要以小电流接地系统为主，包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种接地方式。据电网运行统计数据表明，电网故障中有90％发生在配电网中，其中，80％的配电网故障为单相接地故障。单相接地故障的发生不仅会影响用户的正常供电，还可能会使绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，同时还可能使电压互感器铁心严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁，除此之外，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，因此，单相接地故障的监测对于保障电网运行具有重要意义。
对于单相接地故障的故障相判断，传统方法大都是建立在系统参数严格对称的基础上，判断方法为欠补偿(中性点不接地)时电压最高相的滞后相为接地相。但在电网实际运行中，三相线路对地参数大多是不严格对称的，尤其是发生高阻接地故障时，传统方法将不能准确判断单相接地故障接地相，需要新的方法进行判断。
发明内容
本发明提出了一种欠补偿配电网高阻单相接地故障选相方法，通过得到零序电压在不同相位区域的故障零序电压随接地电导增加的变化规律，从而得到判断故障相的方法，适用于欠补偿运行状态下的配电网，能够快速准确地判断出高阻接地故障相。
一种欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法，基于零序电压在不同相位区域的故障零序电压随接地电导增加的变化规律，利用当前零序电压的相位和幅值变化情况，与配电网正常运行时不平衡度相位所处的区域对应的零序电压的相位和幅值变化情况进行匹配，确定单相接地故障发生相。
常规的故障相辨识方法是以故障发生后三相的幅值、相位大小进行判断的，而本方案通过研究随接地电导增大而变化的零序电压变化规律，以该规律为标准比较故障前后零序电压的幅值、相位大小，从而进行故障相判断；与常规方法相比，切入点不同，判断流程也不相同，辨别速度更快，过程更简单，且辨别准确度高。
进一步地，所述零序电压在不同相位区域的故障零序电压随接地电导增加的变化规律如下：
所述零序电压的相位和幅值变化规律均以当前零序电压的幅值、相位分别与配电网正常运行时零序电压的幅值、相位进行比较获得；
所述配电网正常运行时不平衡度相位αX是以X相位电势为参考相位时的不平衡度相位，X取值包括A相、B相、C相；
υ为配电网脱谐度，ra为配电网系统不平衡度，d为配电网系统阻尼率。
进一步地，在进行单相接地故障辨别前，先依次计算以三相电势为参考相位时的不平衡度相位，依据三相不平衡度相位依次所落入的区域，选取用于匹配的零序电压的相位和幅值变化规律，若当前零序电压的相位和幅值变化规律，与所选取的某相不平衡度相位对应的零序电压的相位和幅值变化规律吻合，则判定对应相发生接地故障。
进一步地，利用当前零序电压的相位和幅值变化规律，按照A、B、C三相的排列顺序，依次与A相、B相以及C相不平衡度的零序电压的相位和幅值变化规律进行匹配，当出现匹配相时，输出接地故障相，停止其余相匹配。
进一步地，若中性点电压幅值小于或等于配电系统额定相电压幅值的15％，则不进行接地故障相辨别。
本发明所述的欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法中所指的欠补偿是指中性点接地方式为阻性接地、不接地或谐振接地时，电感额定电流小于系统电容电流等情况。
有益效果
本发明提供了一种欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法，该方法用于判断欠补偿状态下配电网发生单相高阻接地故障时的故障相。通过比较配电网单相接地故障和正常运行时零序电压的幅值、相位，得到故障时零序电压的幅相变化特征，再将该特征与A、B、C三相分别发生单相接地故障时的零序电压幅相变化规律进行比对，以故障特征满足某一相接地故障时的零序电压变化规律为依据，从而辨别出单相接地故障相。与传统故障相判断方法相比，该方法适用于参数不严格对称的欠补偿配电网单相接地故障的故障相判断；适用于高阻接地故障的故障相判断；只需测得电网正常运行时的不平衡度和电网发生故障时的零序电压幅值、相位，即可代入判断规律表格得到故障相，快速准确；且突破了常规判断模式，另辟蹊径提出了新的判断标准，能实现欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相的快速准确判断。
附图说明
图1为配电网单相接地故障故障相判断流程图；
图2为配电网单相接地故障等效运算电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述方法进行说明。
当欠补偿电网正常运行零序电压位于不同相位区域时，其不平衡度相位角α对应范围也不相同，则发生单相接地故障的零序电压幅值、相位随接地电导增加的变化规律也各不相同，可知不平衡度相位角α和变化规律是一一对应的。
当正常运行的零序电压相位处于区域I时，电网不平衡度相位角α范围为
(以A相相电势相位为参考相位时记为αA，以B相相电势相位为参考相位时记为αB，以C相相电势相位为参考相位时记为αC)，此时电网发生单相接地故障时，零序电压幅值、相位随接地电导增加的变化规律为幅值先减小后增加、相位先减小后增加；当正常运行的零序电压相位处于区域II时，电网不平衡度相位角α范围为(以A相相电势相位为参考相位时记为αA，以B相相电势相位为参考相位时记为αB，以C相相电势相位为参考相位时记为αC)，此时电网发生单相接地故障时，零序电压幅值、相位随接地电导增加的变化规律为幅值先减小后增加、相位先增加后减小再增加；当正常运行的零序电压相位处于区域III时，电网不平衡度相位角α范围为(以A相相电势相位为参考相位时记为αA，以B相相电势相位为参考相位时记为αB，以C相相电势相位为参考相位时记为αC)，此时电网发生单相接地故障时，零序电压幅值、相位随接地电导增加的变化规律为幅值先减小后增加、相位增加；当正常运行的零序电压相位处于区域IV时，电网不平衡度相位角α范围为(以A相相电势相位为参考相位时记为αA，以B相相电势相位为参考相位时记为αB，以C相相电势相位为参考相位时记为αC)，此时电网发生单相接地故障时，零序电压幅值、相位随接地电导增加的变化规律为幅值增加、相位增加；当正常运行的零序电压相位处于区域V时，电网不平衡度相位角α范围为(以A相相电势相位为参考相位时记为αA，以B相相电势相位为参考相位时记为αB，以C相相电势相位为参考相位时记为αC)，此时电网发生单相接地故障时，零序电压幅值、相位随接地电导增加的变化规律为幅值增加、相位先减小后增加。
表1
得到上述对应关系后即可发现，在欠补偿配电网发生高阻单相接地故障时，每一相对应的不平衡度相位角α和变化规律是唯一确定的，因此可以用此对应关系进行高阻接地故障相判断，配电网单相接地故障故障相判断流程图如图1所示。
首先在欠补偿配电网正常运行时测量其零序电压幅值、相位，同时测量系统参数，得到不平衡度相位角α；
然后，判断中性点电压幅值是否小于或等于配电系统额定相电压电压幅值的15％，若小于或等于，则直接跳过接地故障相辨别，否则，进入接下来的辨别流程；
其次，当电网发生高阻单相接地故障时，计算出若A、B、C三相各自发生接地故障时对应的α值，记为αA、αB和αC，由此可以分别根据αA、αB和αC所属范围在上述规律(见表1)中找到对应的规律，即A、B、C三相各自发生接地故障时对应的零序电压变化规律，且该对应关系是唯一确定的。最后将测得的电网发生高阻单相接地故障时的零序电压幅值相位与正常运行时零序电压幅值相位进行大小比较(共四种情况，即幅值增加相位增加、幅值增加相位减小、幅值减小相位增加、幅值减小相位减小)，若零序电压幅值、相位的大小变化符合A相发生故障的对应规律，则确定为A相发生单相接地故障，若规律符合B相发生故障的对应规律，则确定为B相发生单相接地故障，若规律符合C相发生故障的对应规律，则确定为C相发生单相接地故障。
为验证以上零序电压变化规律及故障相判别方法，本发明采用PSCAD进行仿真验证，配电网单相接地故障等效运算电路图如图2所示。仿真系统为10KV配电网，频率为50Hz，根据一般配电网线路参数，设置系统阻尼率d为4％，不平衡度ra大小为3.5％，脱谐度υ为+10％，假设故障相为A相，如表2所示，其中，M(U0A)表示A相发生单相接地故障时零序电压有效值，P(U0A)表示A相发生单相接地故障时零序电压相位，GE表示接地故障电导，当不平衡度相位角分别为45°、85°、105°、225°、300°(分别记为α1、α2、α3、α4、α5)时，对应零序电压所属区域分别为区域I、II、III、IV、V，由表中数据可以看出，随着接地电导增加，零序电压幅值、相位呈现的变化规律与表1中所呈现的规律一致。
表2 零序电压幅值相位变化规律验证数据表
表3为传统方法及本发明提出的故障相判断方法对比数据，其中，UXG表示发生接地故障时X相相电压，假设单相接地故障发生在A相，U0A表示接地故障时A相对地电压，U00表示电网正常运行时的零序电压，以情况1为例，当以A相相电势相位为参考相位时，αA取值为60°，对表1区域I所述规律，相应地，αB取值为180°，对应表1的区域III所述规律，αC取值为300°，对应表1中的区域V所述规律，由于发生故障时零序电压幅值减小，不符合区域V所述规律，因此排除故障相为C相的可能，同理，由于发生故障时零序电压相位增大，不符合区域III所述规律，因此排除故障相为B相的可能，故可得故障相为A相。而此时若使用传统方法进行判断，由于电压最大相为B相，则判断故障相为C相，与实际故障相不符，说明传统方法在接地电阻较高时不再适用，而本发明提出的方法可准确判断出高阻单相接地故障故障相，有效解决了传统方法不适用于电网高阻接地故障相判断的弊端，简单快速，适用范围广。
表3 故障相判断方法验证数据表
其中，M(UAG)、M(UBG)、M(UCG)分别为A、B、C相对地电压有效值，M(U00)为正常运行时零序电压有效值，P(U00)为正常运行时零序电压相位。
最后应说明的是，本发明的方法只是一种可选的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种欠补偿配电网单相高阻接地故障接地相辨别方法，其特征在于，基于零序电压在不同相位区域的故障零序电压随接地电导增加的变化规律，利用当前零序电压的相位和幅值变化情况，与配电网正常运行时不平衡度相位所处的区域对应的零序电压的相位和幅值变化情况进行匹配，确定单相接地故障发生相。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零序电压在不同相位区域的故障零序电压随接地电导增加的变化规律如下：
所述零序电压的相位和幅值变化规律均以当前零序电压的幅值、相位分别与配电网正常运行时零序电压的幅值、相位进行比较获得；
所述配电网正常运行时不平衡度相位αX是以X相位电势为参考相位时的不平衡度相位，X取值包括A相、B相、C相；
υ为配电网脱谐度，ra为配电网系统不平衡度，d为配电网系统阻尼率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行单相接地故障辨别前，先依次计算以三相电势为参考相位时的不平衡度相位，依据三相不平衡度相位依次所落入的区域，选取用于匹配的零序电压的相位和幅值变化规律，若当前零序电压的相位和幅值变化规律，与所选取的某相不平衡度相位对应的零序电压的相位和幅值变化规律吻合，则判定对应相发生接地故障。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用当前零序电压的相位和幅值变化规律，按照A、B、C三相的排列顺序，依次与A相、B相以及C相不平衡度的零序电压的相位和幅值变化规律进行匹配，当出现匹配相时，输出接地故障相，停止其余相匹配。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，若中性点电压幅值小于或等于配电系统额定相电压幅值的15％，则不进行接地故障相辨别。
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