CN109406953A - 一种适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法 - Google Patents

一种适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法 Download PDF

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Abstract

一种适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，属于配电网继电保护领域。其特征在于：包括如下步骤：步骤1，设定对地零序导纳变化量；步骤2，得到母线零序电压以及各线路出口零序电流；步骤3，判断母线零序电压是否大于零序电压启动值；步骤4，各线路对地零序导纳；步骤5，确定并切除故障线路；步骤6，切除故障线路后，判断母线零序电压是否大于零序电压启动值；步骤7，得到各线路的出口零序电流；步骤8，计算对地零序导纳的变化量；步骤9，确定故障线路；步骤10，结束。本适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，能够解决含同母线环路配电网小电流单相接地故障选线可能出现的误选与漏选的问题。

Description

一种适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法
技术领域
一种适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，属于配电网继电保护领域。
背景技术
为了进一步提高供电可靠性，国内部分配电网开始考虑采用同母线环网供电结构。对于出自同变电站不同母线的两条互为备用电源的线路，母联开关闭合且带负荷转供期间，将存在短暂的环路；在少数变电站也存在同一条母线上互为备用的两条线路进行负荷转供，也将存在短暂的同母线环路供电情况；极少数配电自动化水平很高地区的城市配电网，正在建设含同母线环路配电网，正常运行方式下合环运行；部分企业配电网中，由于负荷过重，也会采用同母线两条出线(环路)同时供电。
现有的小电流接地故障选线方法，包括利用稳态电气量信息的比幅比相法及利用暂态电气量信息的暂态电流幅值比较法、暂态电流极性比较法和暂态无功功率方向法等均以配电网线路为辐射型线路为基础。当配电网中出现同母线环路情况，且环路接地时，从线路结构上看，组成环路的两条线路都将为故障线路；而从电气量特征上看，环路两端出口电气量并非始终表现为故障线路特征，因此现有的小电流接地故障选线方法将可能出现漏选与误选。
目前，国家电网公司及南方电网公司要求小电流接地故障需要跳闸切除接地故障。国家电网公司企业标准Q/GDW10370—2016《配电网技术导则》规定：中性点不接地或经消弧线圈接地系统发生单相接地故障后，线路开关宜在延时一段时间(最短约10s)后动作于跳闸。南方电网公司企业标准Q/CSG10040-2012《小电流接地选线装置技术规范》也要求小电流接地选线装置具有接地选线和接地保护跳闸功能。若选线装置出现误选或漏选，都将威胁配电网的供电可靠性与运行安全性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够解决含同母线环路配电网小电流单相接地故障选线可能出现的误选与漏选问题的适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，设定对地零序导纳变化量、零序最小精工电流整定值I0set以及零序电压启动值Uset；
步骤2，得到母线零序电压U0以及与母线相连的各线路出口零序电流3I0i；
步骤3，判断母线零序电压U0是否大于设定的零序电压启动值Uset，如果大于表示线路中发生故障，执行步骤4，如果小于则返回步骤2；
步骤4，计算与母线相连的各线路对地零序导纳Y0i；
步骤5，根据备选线路数量选择故障线路并切除故障线路；
步骤6，切除故障线路后，判断母线零序电压U0是否大于设定的零序电压启动值Uset，如果大于则执行步骤7，如果小于则执行步骤10；
步骤7，得到故障切除后与母线相连的各线路的出口零序电流3I'0i；
步骤8，计算故障线路切除后各线路对地零序导纳以及对地零序导纳的变化量；
步骤9，确定故障线路；
步骤10，故障线路选线结束。
优选的，步骤1中所述的对地零序导纳变化量ΔY0set为：
其中，ω为工频角频率ω＝2πf，C0为单位长度线路对地电容，l∑n为系统各条线路总长度，li-j为同母线环路两条线路总长度，ν为消弧线失谐度，中性点不接地系统时ν＝1，n1为零序电压互感器变比，n2为零序电流互感器变比。
优选的，步骤5中所述的根据备选线路数量选择故障线路的方式为：
如果备选线路少于5条，则利用暂态功率方向法选择暂态功率方向为负的线路为故障线路；若备选线路多于等于为5条，利用暂态功率方向法选择暂态功率方向为负的线路为故障线路，或者利用暂态零序电流极性法选择与其余线路极性均相反或者仅与一条线路极性相同，而与其余线路极性均相反的线路为故障线路，确定故障线路后将故障线路切除。
优选的，步骤8对地零序导纳的变化量为ΔY0i＝|Y'0i-Y0i|。
优选的，确定故障线路的方式为：确定Y'0i≠0且ΔY0i≥ΔY0_min的线路为故障线路，ΔY0_min表示对地零序导纳变化量整定值，取ΔY0_min＝0.75mS。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
相比于现有的小电流接地故障选线方法，本发明提出的接地故障选线方法，能够解决含同母线环路配电网小电流单相接地故障选线可能出现的误选与漏选问题。
本发明通过增加备选线路条数并利用切除故障线路前后各线路对地零序导纳的变化识别故障线路，能够适用含同母线环路配小电流接地故障，在含同母线环路供电的企业电网及部分存在同母线环路运行的变电站有着很大的实际应用价值。
附图说明
图1为适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法流程图。
图2为中性点不接地系统含同母线环路配电网系统结构示意图。
图3为单相接地故障位于辐射型线路时切除故障线路前后各线路零序电流波形图；
图4为单相接地故障位于环路上且环路两端出口电气量均表现为故障线路特征时，切除故障线路前后各线路零序电流波形图；
图5为单相接地故障位于环路上且环路仅一端出口电气量表现为故障线路特征时，切除故障线路前后各线路零序电流波形图。
具体实施方式
图1～5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～5对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，包括如下步骤：
步骤1，设定对地零序导纳变化量以及零序最小精工电流整定值。
设定对地零序导纳变化量ΔY0set：
其中，ω为工频角频率ω＝2πf，C0为单位长度线路对地电容，l∑n为系统各条线路总长度，li-j为同母线环路两条线路总长度，ν为消弧线失谐度，中性点不接地系统时ν＝1，n1为零序电压互感器变比，n2为零序电流互感器变比。
同时设定零序最小精工电流的整定值I0set以及零序电压启动值Uset。
步骤2，得到母线零序电压U0以及与母线相连的各线路出口零序电流3I0i。
步骤3，母线零序电压是否大于的零序电压启动值；
判断母线零序电压U0是否大于设定的零序电压启动值Uset，如果大于表示线路中发生故障，执行步骤4，如果小于则返回步骤2；
步骤4，计算与母线相连的各线路对地零序导纳Y0i；
步骤5，根据备选线路数量选择故障线路并切除故障线路；
与母线相连的线路为备选线路，如果备选线路少于5条，则利用暂态功率方向法选择暂态功率方向为负的线路为故障线路；若备选线路多于等于为5条，利用暂态功率方向法选择暂态功率方向为负的线路为故障线路，或者利用暂态零序电流极性法选择与其余线路极性均相反或者仅与一条线路极性相同，而与其余线路极性均相反的线路为故障线路，确定故障线路后将故障线路切除。
步骤6，母线零序电压是否大于的零序电压启动值；
切除故障线路后，判断母线零序电压U0是否大于设定的零序电压启动值Uset，如果大于则执行步骤7，如果小于则执行步骤10；
步骤7，得到故障线路切除后各线路出口零序电流；
得到故障切除后与母线相连的各线路的出口零序电流3I'0i。
步骤8，计算故障线路切除后各线路对地零序导纳以及对地零序导纳的变化量；
计算切除故障线路后各线路对地零序导纳Y'0i及各线路对地零序导纳变化量ΔY0i：
ΔY0i＝|Y'0i-Y0i|。
步骤9，确定故障线路；
选择Y'0i≠0且ΔY0i≥ΔY0_min的线路为故障线路，ΔY0_min表示对地零序导纳变化量整定值，取ΔY0_min＝0.75mS。
步骤10，结束；
故障线路选线结束。
下面通过多个实施例对图1所述的流程进行进一步解释：
如图2所示的线路中，母线同时连接有六条线路：线路L1～L6，线路L1～L6的长度分别为18km、23km、34km、38km、22km以及45km。线路采用架空线路模型，线路正序阻抗为Z1＝(0.17+j0.38)Ω/km，正序对地导纳为b1＝(j3.61)μS/km，线路零序阻抗为Z0＝(0.32+j1.12)Ω/km，零序对地导纳为b1＝(j1.94)μS/km，设置单相接地故障位于辐射型线路时及位于环路线路时，且故障点过渡电阻为10Ω，故障初相角90°，验证上述算法的有效性。
在配电网系统中，一般取零序电压互感器变比为57：1，零序电流互感器变比为100：5，因此，设定对地零序导纳变化量整定值ΔY0_min＝0.75mS。
1)当接地故障位于辐射型线路上，故障点为图2所示的F1处。
按照图1所示的流程：采集得到母线零序电压U0＝102.1V＞Uset，选线装置启动，采集各线路出口零序电流3I0i，并计算各条线路对地零序导纳Y01＝j0.300mS、Y02＝-j2.953mS、Y03＝j0.567mS、Y04＝j0.500mS、Y05＝j0.500mS、Y06＝j0.750mS。选择线路L2～L6为备选线路，利用暂态无功功率方向法或暂态电流极性法选择L2为故障线路并切除线路L2。切除故障线路L2后，检测系统零序电压U0＝0＜Uset，选线流程结束，故障线路切除前后线路L1～L6中的零序电流波形如图3所示。
2)接地故障位于环路上且环路两端出口电气量均表现为故障线路特征，故障点为图2所示F2处。
按照图1所示的流程：采集母线零序电压U0＝105.7V＞Uset，选线装置启动，采集各线路出口零序电流3I0i，并计算各条线路对地零序导纳Y01＝j0.300mS、Y02＝j0.383mS、Y03＝j0.567mS、Y04＝-j1.149mS、Y05＝-j0.612mS、Y06＝j0.750mS；选择L2～L6为备选线路，利用暂态无功功率方向法或暂态电流极性法选择L4和L5为故障线路并切除线路L4和L5；切除故障线路L4和L5后，检测系统零序电压U0＝0＜Uset，选线流程结束。故障线路切除前后线路L1～L6中的零序电流波形如图4所示。
3)接地故障位于环路上且环路仅一端出口电气量表现为故障线路特征，故障点为图2所示F2处。
按照图1所示的流程：采集母线零序电压U0＝101.6V＞Uset，选线装置启动，采集各线路出口零序电流3I0i，并计算各条线路对地零序导纳Y01＝j0.300mS、Y02＝j0.383mS、Y03＝j0.567mS、Y04＝-j1.149mS、Y05＝j0.612mS、Y06＝j0.750mS，选择L2～L6为备选线路。利用暂态无功功率方向法或暂态电流极性法选择L4为故障线路并切除线路L4，仅切除故障线路L4后，检测系统零序电压U0＝102.4V＞Uset；采集切除故障线路L4后各线路出口零序电流3I'0i并计算切除故障线路后各线路对地零序导纳为Y'01＝j0.300mS、Y'02＝j0.383mS、Y'03＝j0.567mS、Y'04＝0、Y'05＝-j2.335mS、Y'06＝j0.750mS，及各线路对地零序导纳变化量为ΔY01＝0、ΔY02＝0、ΔY03＝0、ΔY04＝1.149mS、ΔY05＝2.947mS、ΔY06＝0；选择Y'05＝-j2.335mS≠0且ΔY05＝2.947mS>ΔY0_et＝0.75mS的线路L5为故障线路，选线流程结束。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，设定对地零序导纳变化量、零序最小精工电流整定值I0set以及零序电压启动值Uset；
步骤2，得到母线零序电压U0以及与母线相连的各线路出口零序电流3I0i；
步骤3，判断母线零序电压U0是否大于设定的零序电压启动值Uset，如果大于表示线路中发生故障，执行步骤4，如果小于则返回步骤2；
步骤4，计算与母线相连的各线路对地零序导纳Y0i；
步骤5，根据备选线路数量选择故障线路并切除故障线路；
步骤6，切除故障线路后，判断母线零序电压U0是否大于设定的零序电压启动值Uset，如果大于则执行步骤7，如果小于则执行步骤10；
步骤7，得到故障切除后与母线相连的各线路的出口零序电流3I'0i；
步骤8，计算故障线路切除后各线路对地零序导纳以及对地零序导纳的变化量；
步骤9，确定故障线路；
步骤10，故障线路选线结束。
2.根据权利要求1所述的适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，其特征在于：步骤1中所述的对地零序导纳变化量ΔY0set为：
其中，ω为工频角频率ω＝2πf，C0为单位长度线路对地电容，l∑n为系统各条线路总长度，li-j为同母线环路两条线路总长度，ν为消弧线失谐度，中性点不接地系统时ν＝1，n1为零序电压互感器变比，n2为零序电流互感器变比。
3.根据权利要求1所述的适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，其特征在于：步骤5中所述的根据备选线路数量选择故障线路的方式为：
如果备选线路少于5条，则利用暂态功率方向法选择暂态功率方向为负的线路为故障线路；若备选线路多于等于为5条，利用暂态功率方向法选择暂态功率方向为负的线路为故障线路，或者利用暂态零序电流极性法选择与其余线路极性均相反或者仅与一条线路极性相同，而与其余线路极性均相反的线路为故障线路，确定故障线路后将故障线路切除。
4.根据权利要求1所述的适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，其特征在于：步骤8对地零序导纳的变化量为ΔY0i＝|Y′0i-Y0i|。
5.根据权利要求4所述的适用于含同母线环路配电网小电流接地故障选线方法，其特征在于：确定故障线路的方式为：确定Y′0i≠0且ΔY0i≥ΔY0_min的线路为故障线路，ΔY0_min表示对地零序导纳变化量整定值，取ΔY0_min＝0.75mS。
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