CN110456230A - 一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，属于配电自动化技术领域，该技术方案主要适用于中性点延时投小电阻接地模式，同时可兼用于中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地等接地方式。该方案在变电站10kV出线首级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，后级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能或者电压‑时间型馈线自动化功能，在接地故障发生时，利用各级开关的逻辑配合实现单相接地故障的快速处置。

Description

一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法
技术领域
本发明涉及配电自动化技术领域，具体涉及一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法。
技术背景
配电网故障是造成用户停电的主要因素，其中单相接地故障占据配电线路全故障类型的80％以上。基于人身、设备安全和供电可靠性等因素考虑，部分国际先进地区已实现对永久性单相接地故障的选线选段与就近快速隔离。国家电网有限公司最新颁布的《配电网技术导则》明确提出了针对中性点不接地与经消弧线圈接地系统，发生永久性接地故障后，宜按快速就近隔离故障原则进行处理。其中，“快速”是指接地故障经过一段足够的熄弧时间后仍然没有消除的情况下，采取自动化措施迅速将其隔离。“就近”是指将故障隔离停电范围控制在一个尽可能小的区域内。与之不相适应的是，针对单相接地故障的处理，目前多数地区仍采用的人工“试拉”方式，效率低下，不仅对供电可靠性造成了严重影响，更将因故障点长时接地运行，对人身及设备安全产生严重威胁。因此，提升配电网单相接地故障处理能力，是当前需迫切解决的问题。
单相接地故障的快速处理与中性点接地方式密切相关，不同中性点接地方式下，单相接地故障的暂稳态特征分布规律差异较大，故障检测原理与亦具有明显不同。对于中性点经消弧线圈接地或中性点不接地系统，单相接地故障后稳态特征不明显，采用稳态量进行故障检测存在一定的技术难度，通过暂态功率方向法理论上可实现故障检测，但原理相对复杂，对测控装置的技术原理、性能要求较高，目前仍属工程实践的难点。对于中性点经小电阻接地系统，单相接地故障判定原理较简单，技术实现难度较低，从而对于大部分单相接地故障判定准确率相对较高，但是该方案耐过渡电阻能力较弱，据测算，在接地过流定值为40A时小电阻接地系统耐过渡电阻能力仅为150Ω左右，不利于实现高阻接地故障保护，而据统计，高阻接地在架空线路单相接地故障占比为15％左右。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提出了一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，使10kV分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，结合中性点延时投小电阻接地模式，在低阻接地模式下，通过短时放大故障特征量，利用零序过流保护实现单相接地故障判断，在中高阻接地模式下，通过暂态功率方向保护实现单相接地故障判断，能够有效提高10kV配电网单相接地故障的判定准确率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
在变电站10kV出线首级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，在后级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能或者电压-时间型馈线自动化功能，分为两种部署模式，其中
模式一为10kV出线各级分段开关均部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，单相接地故障处理包括以下步骤：
1)常态情况下，变电站中性点为不接地或经消弧线圈接地模式，单相接地故障发生时，各级分段开关感受到暂态变化量，暂态功率方向保护启动，并根据负荷电流方向选择延时定值，最后一级分段开关的跳闸延时为t2，倒数第二级分段开关的跳闸延时为t2+△t2，即在后一级开关的基础上取一个延时增量，以形成级差配合，以此类推，越靠近电源侧延时时间越长；
2)若为瞬时性接地故障，则在一定时间后故障点自动熄弧，故障消失，若为永久性接地故障，在设定时间延时t1后，变电站中性点并联小电阻投入；
3)若为低阻接地，则各级分段开关感受到电流变化量，零序过流保护启动，并根据负荷电流方向选择延时定值，最后一级分段开关跳闸延时为t3，倒数第二级分段开关跳闸延时为t3+△t3，以此类推，越靠近电源侧延时时间越长，并跳闸隔离故障；
4)若为中高阻接地，各级分段开关未启动零序过流保护，则由暂态功率方向保护到达设定延时后跳闸隔离故障，时间延时参见步骤1；
模式二为10kV出线首级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，后级分段开关部署电压-时间型馈线自动化功能，单相接地故障处理包括以下步骤：
1)常态情况下，变电站中性点为不接地或经消弧线圈接地模式，单相接地故障发生时，首级分段开关感受到暂态变化量，暂态功率方向保护启动，并启动计时，延时定值t2；
2)若为瞬时性接地故障，则在一定时间后故障点自动熄弧，故障消失，若为永久性接地故障，t1时间后，变电站中性点并联小电阻投入，此时将带来一定的电流突变；
3)若为低阻接地，则首级分段开关感受到电流变化量，零序过流保护启动，达到延时定值t3后跳闸，此时后级分段开关执行电压-时间型馈线自动化逻辑，配合首级分段开关重合闸隔离故障；
4)若为中高阻接地，首级分段开关未启动零序过流保护，则由暂态功率方向保护到达设定延时后跳闸隔离，此时后级分段开关执行电压-时间型馈线自动化逻辑，配合首级分段开关重合闸隔离故障。
进一步的，所述的双模功能即一二次融合成套柱上开关同时具备暂态功率方向保护或接地过流保护两种单相接地故障判定原理，功能可同时投入或单独投入，对于中性点经小电阻接地模式，投入接地过流保护功能；对于中性点经消弧线圈接地或不接地模式，投入暂态功率方向保护功能；对于中性点延时投小电阻接地模式，同时投入暂态功率方向保护及接地过流保护功能。
进一步的，所述的开关设备的双模功能具备双套自适应定值功能，即根据线路电流方向选择不同的跳闸延时，在电流流向为正方向时选择第一套延时，在电流流向为负方向时选择第二套延时。
进一步的，首级分段开关与后级分段开关存在两种配合模式，在均部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能的配置模式下，通过各级开关间的延时配合实现单相接地故障的处理，越靠近电源侧延时越长，以保证在发生单相接地时由故障点上游第一个开关可靠动作隔离故障，在开关未出现功能异常的情况下避免越级跳闸。
进一步的，首级分段开关与后级分段开关存在两种配合模式，在首级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，后级分段开关部署电压-时间型馈线自动化功能的模式下，通过首级开关的单相接地故障跳闸及重合闸功能与后级开关的馈线自动化功能形成逻辑配合，即在单相接地故障发生时，首级开关跳闸后，后级开关失压分闸，在首级开关重合闸后，后级开关逐步延时合闸，故障点上游第一个开关合闸于故障时再次因首级开关跳闸而失压闭锁，首级开关第二次重合闸后，后级开关逐步延时合闸隔离单相接地故障。
进一步的，对于中性点延时投小电阻接地模式，同时投入暂态功率方向保护及接地过流保护功能，与小电阻投入延时t1形成配合，设定t1≥10s以躲过瞬时性单相接地故障，暂态功率方向保护延时t2＝t1+△t4，△t4应大于小电阻投入的持续时间，设定接地过流保护延时t3，t3应小于小电阻投入的持续时间；在单相接地故障发生时，若为瞬时性故障，由于瞬时性故障一般在t1内熄弧，一二次融合成套柱上开关暂态功率方向保护启动后未达到保护延时故障消失，因此保护返回，中性点小电阻未投入；若为永久性低阻接地故障，在t1时间后，中性点小电阻投入，经过t3时间后，通过接地过流保护跳闸隔离单相接地故障；若为永久性中高阻接地故障，在t1时间后，中性点小电阻投入，再经过t3时间后，接地过流保护未能跳闸隔离单相接地故障的情况下，再经过t2-(t3+t1)时间后，由暂态功率方向保护动作隔离单相接地故障。
本发明具有如下有益效果：
本发明结合一二次融合成套设备的双模功能及变电站中性点接地方式形成单相接地故障处理优化方案。中性点延时投小电阻接地模式保留了小电流接地系统(不接地与经消弧线圈接地)可抑制瞬时性故障的优点，同时也继承了中性点经小电阻接地方式下，故障特征量突出，易于实现继电保护配合及接地故障选线选段的优势，在发生单相接地故障时，瞬时性故障在一定时间后电弧熄灭，接地故障自动消除恢复正常状态，避免了小电阻接地方式中感受到故障即立刻跳闸，影响供电可靠性的问题。而对于一段时间后(一般设定为10s)接地故障仍然存在的情况，则认为系统发生了永久性接地故障，此时投入小电阻，放大故障特征。
本方案中的10kV一二次融合成套设备具备双模功能，即一二次融合成套设备同时具备暂态功率方向保护或接地过流保护两种单相接地故障判定原理，将暂态功率方向保护及接地过流保护功能同时投入，并配置不同的时间延时，在小电阻短时投入，故障特征量充分放大的情况下，通过接地过流保护跳闸隔离大部分低阻接地故障，并通过暂态功率方向保护完成中高阻接地故障的隔离。能够充分发挥小电阻接地模式下故障特征量明显，低阻接地情况下单相接地故障判定可靠性高的特点，也能够通过暂态功率方向保护进行中高阻接地故障的隔离，全面提高了单相接地故障处理的准确度。
附图说明
图1为基于双模功能的单相接地故障处理方法流程图；
图2为模式一分段开关定值配置示例；
图3为模式二分段开关定值配置示例。
具体实施方式
本发明实施例提出了一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，要求10kV分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，结合中性点延时投小电阻接地模式，在低阻接地模式下，通过短时放大故障特征量，利用零序过流保护实现单相接地故障判断，在中高阻接地模式下，通过暂态功率方向保护实现单相接地故障判断，能够有效提高10kV配电网单相接地故障的判定准确率。如图1所示，该方案具备两种分段开关配置模式，具体实施方案如下：
模式一为10kV出线各级分段开关均部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，并配置双套时间定值。发生永久性单相接地故障后，变电站中性点在设定时间延时t1＝10s后投入小电阻，持续时间2s后退出。以图2为例。
设定各级开关延时级差△t3＝0.3s，△t2＝0.5s；设定首级分段开关正向接地过流保护时间定值t3(正)＝2.0s，正向暂态功率方向保护定值t2(正)＝17.5s(即在电流流向为正方向时选择第一套延时)；设定首级分段开关反向接地过流保护时间定值t3(反)＝0.5s，反向暂态功率方向保护t2(反)＝15.0s(即在电流流向为负方向时选择第二套延时)。保障各级开关△t4＝t2-t1大于小电阻投入持续时间2s。
在电源侧经CB1供电时，各类保护时间定值配置如下：
表1各级分段开关定值配置示例
保护类型 F1 F2 F3 LS F4 F5
暂态功率方向保护 17.5s 17.0s 16.5s 16.0s 15.5s 15.0s
零序过流保护 2.0s 1.7s 1.4s 1.1s 0.8s 0.5s
在电源侧经CB2供电时，各类保护时间定值配置如下：
表2各级分段开关定值配置示例
保护类型 F1 F2 F3 LS F4 F5
暂态功率方向保护 15.0s 15.5s 16.0s 16.5s 17.0s 17.5s
零序过流保护 0.5s 0.8s 1.1s 1.4s 1.7s 2.0s
常态情况下，变电站中性点为不接地或经消弧线圈接地模式，单相接地故障发生时，各级分段开关感受到暂态变化量，暂态功率方向保护启动，并根据负荷电流方向按照表1、表2选择延时定值。
若为瞬时性接地故障，则在10s内故障点自动熄弧，故障消失。若为永久性接地故障，t1＝10s后，变电站中性点并联小电阻投入。
若为低阻接地(接地电阻一般小于150Ω)，则各级分段开关感受到电流变化量，零序过流保护启动，经过一定延时跳闸隔离故障，例如电源侧经CB1供电，F2和F3之间发生单相接地故障的情况下，将在故障发生后约t1+t3+4△t3＝11.7s时，由F2跳闸隔离故障。若为中高阻接地(接地电阻一般大于150Ω)，各级分段开关未启动零序过流保护，则由暂态功率方向保护到达设定延时后跳闸隔离故障，例如电源侧经CB2供电，F2和F3之间发生单相接地故障的情况下，将在故障发生后约t2+2△t2＝16.0s时，由F2跳闸隔离故障。
模式二为10kV出线首级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，后级分段开关部署电压-时间型馈线自动化功能。发生单相接地故障后，变电站中性点在t1＝10s后投入小电阻，持续时间2s后退出。以附图3为例。电源侧经CB1供电时，首级分段开关F1暂态功率方向保护时间定值t2＝15s，接地过流保护定值t3＝0.5s。后级分段开关配置电压-时间型馈线自动化，来电延时合闸时间定值为7s，合闸后检失压闭锁时间定值为5s。
常态情况下，变电站中性点为不接地或经消弧线圈接地模式，单相接地故障发生时，首级分段开关感受到暂态变化量，暂态功率方向保护启动，并启动计时，延时定值t2＝15s。
若为瞬时性接地故障，则在一定时间内(一般为10s内)故障点自动熄弧，故障消失。若为永久性接地故障，t1＝10s后，变电站中性点并联小电阻投入，
若为低阻接地(接地电阻一般小于150Ω)，则首级分段开关感受到电流变化量，零序过流保护启动，经过0.5s跳闸，此时后级分段开关启动电压-时间型馈线自动化逻辑，例如电源侧经CB1供电，F2和F3之间发生单相接地故障的情况下，后级分段开关失压分闸，此时F1重合闸，7s后，F2合闸于故障，F1分闸，由于F2在5s内再次失压因而闭锁，F3检残压闭锁，故障区间定位在F2和F3之间，此时F1再次重合闸，完成单相接地故障处理。
若为中高阻接地(接地电阻一般大于150Ω)，首级分段开关未启动零序过流保护，则由暂态功率方向保护到达15s设定延时后跳闸。后级分段开关启动电压-时间型馈线自动化逻辑完成单相接地故障处理。在本模式的分段开关配置模式中，后级分段开关也可采用电压-电流-时间型或自适应综合型馈线自动化，配合首级分段开关的双模功能逻辑进行单相接地故障处理。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，其特征在于：
在变电站10kV出线首级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，在后级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能或者电压-时间型馈线自动化功能，分为两种部署模式，其中
模式一为10kV出线各级分段开关均部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，单相接地故障处理包括以下步骤：
1)常态情况下，变电站中性点为不接地或经消弧线圈接地模式，单相接地故障发生时，各级分段开关感受到暂态变化量，暂态功率方向保护启动，并根据负荷电流方向选择延时定值，最后一级分段开关的跳闸延时为t2，倒数第二级分段开关的跳闸延时为t2+△t2，即在后一级开关的基础上取一个延时增量，以形成级差配合，以此类推，越靠近电源侧延时时间越长；
2)若为瞬时性接地故障，则在一定时间后故障点自动熄弧，故障消失，若为永久性接地故障，在设定时间延时t1后，变电站中性点并联小电阻投入；
3)若为低阻接地，则各级分段开关感受到电流变化量，零序过流保护启动，并根据负荷电流方向选择延时定值，最后一级分段开关跳闸延时为t3，倒数第二级分段开关跳闸延时为t3+△t3，以此类推，越靠近电源侧延时时间越长，并跳闸隔离故障；
4)若为中高阻接地，各级分段开关未启动零序过流保护，则由暂态功率方向保护到达设定延时后跳闸隔离故障，时间延时参见步骤1；
模式二为10kV出线首级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，后级分段开关部署电压-时间型馈线自动化功能，单相接地故障处理包括以下步骤：
1)常态情况下，变电站中性点为不接地或经消弧线圈接地模式，单相接地故障发生时，首级分段开关感受到暂态变化量，暂态功率方向保护启动，并启动计时，延时定值t2；
2)若为瞬时性接地故障，则在一定时间后故障点自动熄弧，故障消失，若为永久性接地故障，t1时间后，变电站中性点并联小电阻投入，此时将带来一定的电流突变；
3)若为低阻接地，则首级分段开关感受到电流变化量，零序过流保护启动，达到延时定值t3后跳闸，此时后级分段开关执行电压-时间型馈线自动化逻辑，配合首级分段开关重合闸隔离故障；
4)若为中高阻接地，首级分段开关未启动零序过流保护，则由暂态功率方向保护到达设定延时后跳闸隔离，此时后级分段开关执行电压-时间型馈线自动化逻辑，配合首级分段开关重合闸隔离故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，其特征在于：所述的双模功能即一二次融合成套柱上开关同时具备暂态功率方向保护或接地过流保护两种单相接地故障判定原理，功能可同时投入或单独投入，对于中性点经小电阻接地模式，投入接地过流保护功能；对于中性点经消弧线圈接地或不接地模式，投入暂态功率方向保护功能；对于中性点延时投小电阻接地模式，同时投入暂态功率方向保护及接地过流保护功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，其特征在于：所述的开关设备的双模功能具备双套自适应定值功能，即根据线路电流方向选择不同的跳闸延时，在电流流向为正方向时选择第一套延时，在电流流向为负方向时选择第二套延时。
4.根据权利要求1所述的一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，其特征在于：首级分段开关与后级分段开关存在两种配合模式，在均部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能的配置模式下，通过各级开关间的延时配合实现单相接地故障的处理，越靠近电源侧延时越长，以保证在发生单相接地时由故障点上游第一个开关可靠动作隔离故障，在开关未出现功能异常的情况下避免越级跳闸。
5.根据权利要求1所述的一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，其特征在于：首级分段开关与后级分段开关存在两种配合模式，在首级分段开关部署暂态功率方向保护/接地过流保护双模功能，后级分段开关部署电压-时间型馈线自动化功能的模式下，通过首级开关的单相接地故障跳闸及重合闸功能与后级开关的馈线自动化功能形成逻辑配合，即在单相接地故障发生时，首级开关跳闸后，后级开关失压分闸，在首级开关重合闸后，后级开关逐步延时合闸，故障点上游第一个开关合闸于故障时再次因首级开关跳闸而失压闭锁，首级开关第二次重合闸后，后级开关逐步延时合闸隔离单相接地故障。
6.根据权利要求1所述的一种基于双模功能的配电网单相接地故障处理方法，其特征在于：对于中性点延时投小电阻接地模式，同时投入暂态功率方向保护及接地过流保护功能，与小电阻投入延时t1形成配合，设定t1≥10s以躲过瞬时性单相接地故障，暂态功率方向保护延时t2＝t1+△t4，△t4应大于小电阻投入的持续时间，设定接地过流保护延时t3，t3应小于小电阻投入的持续时间；在单相接地故障发生时，若为瞬时性故障，由于瞬时性故障一般在t1内熄弧，一二次融合成套柱上开关暂态功率方向保护启动后未达到保护延时故障消失，因此保护返回，中性点小电阻未投入；若为永久性低阻接地故障，在t1时间后，中性点小电阻投入，经过t3时间后，通过接地过流保护跳闸隔离单相接地故障；若为永久性中高阻接地故障，在t1时间后，中性点小电阻投入，再经过t3时间后，接地过流保护未能跳闸隔离单相接地故障的情况下，再经过t2-(t3+t1)时间后，由暂态功率方向保护动作隔离单相接地故障。
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