CN110146783B - 一种故障区段定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网设备技术领域，具体涉及一种故障区段定位方法，包括：先进行判断故障发生，判断单相接地故障发生后，接地故障消弧与选线保护装置开始进行故障选线，5s后若故障未消失，则上报故障选线结果，通过接地故障消弧与选线保护装置在150ms内将系统中性点电压调控为故障相反向电压，实现单相接地故障100％消弧。若故障点已消弧，则故障消失；若注入电流与中性点电压成线性变化，则表明故障点已熄弧，判断为瞬时性故障；否则，判断为永久性故障。再进行故障线路的选择，配合配电自动化终端对故障区段进行检测及定位，可显著提高高阻接地故障感知范围以及故障区段定位的精确性、可靠性。

Description

一种故障区段定位方法

技术领域

本发明涉及电网设备技术领域，尤其涉及一种故障区段定位方法。

背景技术

配电网接地方式可分为小电流接地系统(非有效接地)和大电流接地系统，小电流接地方式包括不接地、谐振接地(消弧线圈)、高电阻接地，大电流接地方式包括直接接地、小电阻接地，其优缺点包括：大电流接地系统可降低接地过电压幅值，继电保护易于实现，但会造成跳闸率上升，降低配电网的供电可靠性；小电流接地系统能有效抑制故障电流，但会造成故障选线定位困难，存在一定的人身安全风险。无论采用哪种技术思路，均无法有效协调供电可靠性与安全性之间的矛盾。

为此，建设一流配电网建议优先考虑谐振接地。实际上，世界范围内包括法国、英国、意大利等国家已均着手将其他接地方式配电网改造为谐振接地配电网，而实现选线定位相对困难。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种故障区段定位方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种故障区段定位方法，其特征在于，包括：

步骤S1，实时测量系统参数，当中性点电压、中性点电压变化量、配电网对地绝缘参数的至少一种满足设定条件时，判断为发生故障；

步骤S2，进行中性点柔性接地电压消弧并启动选线，并于所述故障发生的第一预定时间后判断故障性质属于瞬时性故障还是永久性故障；如果为永久性故障；执行步骤S3，否则，退出；

步骤S3，继续消弧并上报选线结果，并通过调节所述中性点电压的幅值来增大故障线路零序电流放大故障特征，配合配电自动化终端，进行故障区段定位；

步骤S4，第二预定时间后，智能开关动作隔离故障区段，故障消除后，装置自动退出运行。

优选的，所述步骤S1通过实时监测所述中性点电压偏移、所述中性点电压偏移突变量、配电网对地参数，当所述中性点电压偏移大于第一预定百分比的相电压或所述中性点电压偏移突变量大于第二预定百分比的相电压或所述配电网对地参数的测量值大于整定门槛值时，判定为发生所述单相接地故障。

优选的，所述步骤S2中柔性调控中性电压，使得所述中性点电压分阶段下降到预定电压；通过向所述中性点注入固定幅值、相位的注入电流，测量注入电流，当所述注入电流与所述中性点电压成线性变换，表明故障点已熄弧，判断为瞬时性故障，否则为永久性故障。

优选的，所述步骤S3于第三预定时间内将系统的所述中性点电压调控为故障相反向电压，使所述故障点电压低于故障电弧重燃电压。

优选的，所述步骤S3中通过控制所述中性点电压放大故障相电压，通过柔性调控配电网的零序电压形成若干零序脉冲波以及设定时间的零序高电平信号，增大零序电流。

优选的，所述步骤S2中判断故障消失，当装置自动退出运行后，弧光再次重燃，所述接地故障消弧与选线保护装置将再次检测到故障发生，此时，判断为间歇性弧光接地故障，所述故障区段定位方法与永久性所述故障区段定位方法相同。

优选的，所述步骤S3中包括：

步骤S31，一主站接收所述接地故障消弧与选线保护装置上报的所述单相接地故障告警信号，根据所述单相接地故障发生时间，延时第四预定时间后，接收智能开关/线路运行状态智能分析装置/故障指示器上报所述单相接地故障告警数据，启动单相接地告警定段分析流程。

优选的，所述步骤S3中还包括：

步骤S32，根据所述接地故障消弧与选线保护装置选线上报的单相接地故障馈线，启动分析该馈线的所述智能开关/所述线路运行状态智能分析装置/所述故障指示器上报是否发生单相接地告警信号，采集单相接地告警信息有效时间段为一设定时间段，所述主站显示所述单相接地故障定段结果。

优选的，所述步骤S4中包括：

步骤S41，柔性调控所述中性点电压，使所述中性点电压分一定步数下降至一预设电压，测量注入电流，若注入电流与所述中性点电压成线性变化，则说明故障已消除，装置自动退出运行。

优选的，所述步骤S4中还包括：

步骤S42，若注入电流与所述中性点电压不成线性变化，则说明故障未消除，第五预定时间后再次进行此判断过程，直至故障消除，装置自动退出运行。

其有益效果在于：系统通过柔性调控系统零序电压，配合配电自动化终端对故障区段进行检测及定位，可显著提高高阻接地故障感知范围，提高故障区段定位的精确性、可靠性。

附图说明

图1为本发明配电网单相接地故障判断流程图；

图2为本发明配电自动化终端与主站配合流程图；

图3-8为本发明F1点不同过渡电阻故障时中性点电压波形及零序电流波形图；

图9-14为本发明F2点不同过渡电阻故障时中性点电压波形及零序电流波形图；

图15-20为本发明F3点不同过渡电阻故障时中性点电压波形及零序电流波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图1为本发明配电网单相接地故障判断流程图，包括：

步骤S1，实时测量系统参数，当中性点电压、中性点电压变化量、配电网对地绝缘参数的至少一种满足设定条件时，判断为发生故障；

步骤S2，进行中性点柔性接地电压消弧并启动选线，并于所述故障发生的第一预定时间后判断故障性质属于瞬时性故障还是永久性故障；如果为永久性故障；执行步骤S3，否则，退出；

步骤S3，继续消弧并上报选线结果，并通过调节中性点电压的幅值来增大故障线路零序电流放大故障特征，配合配电自动化终端，进行故障区段定位；

步骤S4，第二预定时间后，智能开关动作隔离故障区段，故障消除后，装置自动退出运行。

步骤S1通过实时监测中性点电压偏移、中性点电压偏移突变量、配电网对地参数，当中性点电压偏移大于第一预定百分比的相电压述中性点电压偏移突变量大于第二预定百分比的相电压或配电网对地参数的测量值大于整定门槛值时，判定为发生单相接地故障。

步骤S2中柔性调控中性电压，使得中性点电压分阶段下降到预定电压；通过向中性点注入固定幅值、相位的注入电流，测量注入电流，当注入电流与中性点电压成线性变换，表明故障点已熄弧，判断为瞬时性故障，否则为永久性故障。

步骤S3于第三预定时间内将系统的中性点电压调控为故障相反向电压，使故障点电压低于故障电弧重燃电压。

步骤S3中通过控制所述中性点电压放大故障相电压，通过柔性调控配电网的零序电压形成若干零序脉冲波以及设定时间的零序高电平信号，增大零序电流。

步骤S2中判断故障消失，当装置自动退出运行后，弧光再次重燃，接地故障消弧与选线保护装置将再次检测到故障发生，此时，判断为间歇性弧光接地故障，故障区段定位方法与永久性故障区段定位方法相同。

在本发明较佳的实施例中，表1为配电自动化终端对比：

表1

在本发明较佳的实施例中，步骤S3中包括：

步骤S31，一主站接收接地故障消弧与选线保护装置上报的所述单相接地故障告警信号，根据单相接地故障发生时间，延时第四预定时间后，接收智能开关/线路运行状态智能分析装置/故障指示器上报单相接地故障告警数据，启动单相接地告警定段分析流程。

所述步骤S3中还包括：

步骤S32，根据接地故障消弧与选线保护装置选线上报的单相接地故障馈线，启动分析该馈线的智能开关/线路运行状态智能分析装置/故障指示器上报是否发生单相接地告警信号，采集单相接地告警信息有效时间段为一设定时间段，主站显示单相接地故障定段结果。

进一步的，图2为本发明配电自动化终端与主站配合流程图；主站先接收到接地故障消弧与选线保护装置单相接地故障告警信号，然后根据单相接地故障发生时间，延时100秒，接收终端上报告警数据，启动单相接地告警定段分析流程，最后根据故障时刻前70秒到故障时刻后100秒时间段内，智能开关/线路运行状态智能分析装置/故障指示器上报的单相接地故障告警/脉冲告警信号，定位故障线路段。

在本发明较佳的实施例中，首先主站收到接地故障消弧与选线保护装置上报的单相接地故障告警信号；然后根据单相接地故障发生时间，延时100秒，接收智能开关/线路运行状态智能分析装置/故障指示器上报单相接地故障告警数据，启动单相接地告警定段分析流程，根据接地故障消弧与选线保护装置选线上报的单相接地故障馈线，启动分析该馈线的智能开关/线路运行状态智能分析装置/故障指示器上报是否发生单相接地告警信号，采集单相接地告警信息有效时间段为，接地故障消弧与选线保护装置接地故障告警前70秒至后100秒(可设)；如果接地故障消弧与选线保护装置选线上报的接地故障馈线无单相接地告警信号，则启动分析其余馈线是否有单相接地告警信号，采集单相接地告警信息有效时间段为，接地故障消弧与选线保护装置接地故障告警前70秒至后100秒(可设)，最终主站显示单相接地故障定段结果。

在本发明较佳的实施例中，步骤S4中包括：

步骤S41，柔性调控所述中性点电压，使中性点电压分一定步数下降至一预设电压，测量注入电流，若注入电流与中性点电压成线性变化，则说明故障已消除，装置自动退出运行。

步骤S4中还包括：

步骤S42，若注入电流与中性点电压不成线性变化，则说明故障未消除，第五预定时间后再次进行此判断过程，直至故障消除，装置自动退出运行。

进一步的，柔性调控中性点电压，使中性点电压分5步下降至1kV(U0＝5kV、4kV、3kV、2kV、1kV)，测量注入电流，若注入电流与中性点电压成线性变化(此过程为1s)，则说明故障已消除，装置自动退出运行；否则，20s后再次进行此判断过程，直至故障消除，装置自动退出运行。

在本发明较佳的实施例中，通过接地故障消弧与选线保护装置柔性控制中性点电压，将故障相电压抬升至线电压值，放大零序电流，提高配电自动化终端辨识故障可靠性，线路运行状态智能分析装置和智能开关的故障检测精度约为2A，因此，注入变二次侧电感投入导致系统中的电感与电容元件处于并联谐振状态，当故障相电压抬升至线电压时，有：

对于10kV配电网，可计算出配电自动化终端能应对的故障过渡电阻上限为5000Ω。

在本发明较佳的实施例中，设定故障发生时间为0.1s，接地故障消弧与选线保护装置投入时间为0.2s。F1处故障发生于线路二环网柜1后线路中；F2处故障发生于线路二环网柜2后线路中；F3处故障发生于线路一智能开关1后线路中。设置故障过渡电阻分别为500Ω、3kΩ、16kΩ。线路运行状态智能分析装置和智能开关设定单相接地故障的零序电流越限值为2A，架空型故障指示器设定对地电流越限值为5A。

在本发明较佳实施例中，参照图3-8为本发明F1点不同过渡电阻故障时中性点电压波形及零序电流波形图，表2为F1点500Ω过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值：

表2

可以看出，F1点发生500Ω单相接地故障时，线路运行状态智能分析装置1可准确检测到故障信号，其余装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，线路运行状态智能分析装置1可准确检测到脉冲信号，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

表3为F1点3kΩ过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值：

表3

可以看出，F1点发生3kΩ单相接地故障时，所有装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，线路运行状态智能分析装置1可准确检测到脉冲信号，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

表4为F1点10kΩ过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值：

表4

可以看出，F1点发生10kΩ单相接地故障时，所有装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，线路运行状态智能分析装置1可准确检测到脉冲信号，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

在本发明较佳实施例中，参照图9-14为本发明F2点不同过渡电阻故障时中性点电压波形及零序电流波形图；表5为F2点500Ω过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值：

表5

可以看出，F2点发生500Ω单相接地故障时，线路运行状态智能分析装置1、2可准确检测到故障信号，其余装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，线路运行状态智能分析装置1、2可准确检测到脉冲信号，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

表6为F2点3kΩ过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值：

表6

可以看出，F2点发生3kΩ单相接地故障时，所有装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，线路运行状态智能分析装置1、2可准确检测到脉冲信号，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

表7为F2点10kΩ过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值：

表7

可以看出，F2点发生10kΩ单相接地故障时，所有装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，线路运行状态智能分析装置1、2可准确检测到脉冲信号，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

在本发明较佳实施例中，参照图15-20为本发明F3点不同过渡电阻故障时中性点电压波形及零序电流波形图，表8为F3点500Ω过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值：

表8

可以看出，F3点发生500Ω单相接地故障时，智能开关2可准确检测到故障信号，故障指示器1、2可能检测到故障信号，其余装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，智能开关2可准确检测到脉冲信号，故障指示器1、2检测到故障信号的可能性大幅提升，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

表9为F3点3kΩ过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值：

表9

可以看出，F3点发生3kΩ单相接地故障时，所有装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，智能开关2可准确检测到脉冲信号，故障指示器1、2检测到故障信号的可能性大幅提升，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

表10为F3点10kΩ过渡电阻故障时各测量点测得的零序电流有效值

表10

可以看出，F3点发生10kΩ单相接地故障时，所有装置均检测不到故障信号；当柔性调控中性点电压，放大故障特征信号后，可使所有装置检测到的故障信号增强，智能开关2可准确检测到脉冲信号，故障指示器1、2检测到故障信号的可能性大幅提升，其余装置均检测不到故障信号，可准确区段定位。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种故障区段定位方法，其特征在于，包括：

步骤S1，实时测量系统参数，当中性点电压偏移、中性点电压偏移突变量、配电网对地参数的至少一种满足设定条件时，判断为发生故障；

步骤S2，进行中性点柔性接地电压消弧并启动选线，并于所述故障发生的第一预定时间后判断故障性质属于瞬时性故障还是永久性故障；如果为永久性故障；执行步骤S3，否则，退出；

步骤S3，继续消弧并上报选线结果，并通过调节所述中性点电压的幅值来增大故障线路零序电流放大故障特征，配合配电自动化终端，进行故障区段定位；

所述步骤S3中通过控制所述中性点电压放大故障相电压，通过柔性调控配电网的零序电压形成若干零序脉冲波以及设定时间的零序高电平信号，增大零序电流；

步骤S4，第二预定时间后，智能开关动作隔离故障区段，故障消除后，接地故障消弧与选线保护装置自动退出运行。

2.根据权利要求1所述的一种故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S1通过实时监测所述中性点电压偏移、所述中性点电压偏移突变量、所述配电网对地参数，当所述中性点电压偏移大于第一预定百分比的相电压或所述中性点电压偏移突变量大于第二预定百分比的相电压或所述配电网对地参数的测量值大于整定门槛值时，判定为发生单相接地故障。

3.根据权利要求1所述的一种故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S2中柔性调控中性电压，使得所述中性点电压分阶段下降到预定电压；通过向所述中性点注入固定幅值、相位的注入电流，测量注入电流，当所述注入电流与所述中性点电压成线性变换，表明故障点已熄弧，判断为瞬时性故障，否则为永久性故障。

4.根据权利要求1所述的一种故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S3于第三预定时间内将系统的所述中性点电压调控为故障相反向电压，使所述故障点电压低于故障电弧重燃电压。

5.根据权利要求1所述的一种故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S2中判断故障消失，当装置自动退出运行后，弧光再次重燃，所述接地故障消弧与选线保护装置将再次检测到故障发生，此时，判断为间歇性弧光接地故障，所述故障区段定位方法与所述永久性故障区段定位方法相同。

6.根据权利要求2所述的一种故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S3中包括：

步骤S31，一主站接收所述接地故障消弧与选线保护装置上报的所述单相接地故障告警信号，根据所述单相接地故障发生时间，延时第四预定时间后，接收智能开关/线路运行状态智能分析装置/故障指示器上报所述单相接地故障告警数据，启动单相接地告警定段分析流程。

7.根据权利要求6所述的一种故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：

步骤S32，根据所述接地故障消弧与选线保护装置选线上报的单相接地故障馈线，启动分析该馈线的所述智能开关/所述线路运行状态智能分析装置/所述故障指示器上报是否发生单相接地告警信号，采集单相接地告警信息有效时间段为一设定时间段，所述主站显示所述单相接地故障定段结果。

8.根据权利要求1所述的一种故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S4中包括：

步骤S41，柔性调控所述中性点电压，使所述中性点电压分一定步数下降至一预设电压，测量注入电流，若注入电流与所述中性点电压成线性变化，则说明故障已消除，装置自动退出运行。

9.根据权利要求1所述的一种故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括：

步骤S42，若注入电流与所述中性点电压不成线性变化，则说明故障未消除，第五预定时间后再次进行此判断过程，直至故障消除，装置自动退出运行。

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