CN111130071A - 适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，包括：数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块用于实时采集测量点的电气量；数据处理模块根据电气量特征进行故障类型识别；若为单相接地故障，则断路器三相跳闸；三相自动重合闸，若为瞬时性故障，则故障消失重合闸成功；若为永久性故障，则重合闸失败，断路器立即再次跳开，对侧断路器加速跳开，备用电源自动投入；实现故障自愈。本发明提供的自愈方法及系统，有利于加速故障区段隔离与恢复供电，减少停电时间与停电范围，减小因停电带来的经济社会损失，提供供电可靠性，同时本技术方案适用范围广，反应速度快，具有良好的实用性能和经济性能。

Description

适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统。

背景技术

配电网是电力系统的重要组成部分，也是面向用户供电的重要环节。配电网中性点接地方式对系统供电可靠性影响很大。目前配电网中性点通常采用小电流接地方式，既发生单相接地故障后无明显过电流的系统。在结构上，配电网通常采用开环结构，闭环运行的方式。每条馈线设分段保护，分段处为单断路器保护。配电自动化是实现对电力用户安全、可靠、连续供电的重要保障。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统。

根据本发明提供的适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，包括：

数据采集模块，用于实时采集输电线路的电气量数据；

控制处理器，根据电气量数据特征进行接地故障识别判断，当判定为单相接地故障时，则控制断路器三相跳闸，再进行三相自动重合闸，若故障消失重合闸成功，则表示为瞬时性故障；若重合闸失败，则控制断路器立即再次跳开，对侧断路器加速跳开，并控制备用电源自动投入，实现故障自愈；

数据存储模块，用于对数据采集模块采集的电气量数据，以及数据处理模块处理的中间数据与处理结果进行存储；

通信模块，用于数据采集模块与控制处理器之间的数据通信；

电源模块，用于为整个系统供电。

优选的，所述电气量数据包括三相工频电压数据、三相电压行波数据和三相电流行波数据。

优选的，所述数据采集模块采用高频测量装置，对于工频三相电压信号的采样频率为1kHz，对于三相电压行波信号和三相电流行波信号的采样频率均为1MHz。

优选的，先对采集到的工频电气量进行相序变换处理，进行工频量的三相解耦，将ABC三相的量分别转换为正序、负序和零序分量；

再对工频电气量进行离散傅里叶变换(DFT)，计算所需工频量的基波幅值得到工频三相电压；

最后进行单相接地故障判断，判据为：一相电压U_A小于设定阈值ε，接近于0；另外两相电压U_B和U_C超阈值U_set，上升为原来的

倍；零序电压U₀超阈值U_0.set；对应工频启动判据为：

优选的，的行波电气量进行相模变换处理，对行波量进行三相解耦，所述相模变换包括凯仑贝尔变换和克拉克变换，并利用零模电压行波与零模电流行波来判断断路器位于故障点的电源侧还是负荷侧。

优选的，所述利用零模电压行波与零模电流行波来判断断路器位于故障点的电源侧还是负荷侧，具体为：

对零模电压行波与零模电流行波进行二进小波变换，选择三次B样条函数的导数作为二进小波变换的基本小波函数，并采用第三尺度小波变换模极大值，用初始零模电压行波与初始零模电流行波所对应的小波变换模极大值M_U、M_I的正负来表征行波的极性：

行波启动判据为：电压行波与电流行波首波头模极大值极性相反，判定启动，保证电源侧断路器先跳闸；

时间整定原则为：断路器动作时间按照梯形原则整定，从线路末端到线路首端整定时间依次增加。

优选的，次跳开后健全相的电气量特征，构造加速判据，加速对侧断路器跳闸，对侧断路器的加速判据为：

在时间窗内，线路连续两次出现三相低电压，三相电压同时接近于0；

对侧断路器加速跳开后，控制自动投切装置将备用电源投入，实现原负荷侧线路的供电恢复。

相比相关现有技术，本发明的显著进步性至少体现在：

所提供的一种适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，可以减少瞬时性故障引起的不必要停电，还可以缩短停电时间，缩小停电范围，减少因停电带来的经济损失，有效提高供电可靠性，避免配电线路单相接地运行，有效保护人身安全，具有很高的实用价值和经济价值。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统的原理结构示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的配电网络示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，本发明的一个实施例，提出了一种适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，其中，该系统包括：

数据采集模块，用于实时采集输电线路的电气量数据；

控制处理器，根据电气量数据特征进行接地故障识别判断，当判定为单相接地故障时，则控制断路器三相跳闸，再进行三相自动重合闸，若故障消失重合闸成功，则表示为瞬时性故障；若重合闸失败，则控制断路器立即再次跳开，对侧断路器加速跳开，并控制备用电源自动投入，实现故障自愈；

数据存储模块，用于对数据采集模块采集的电气量数据，以及数据处理模块处理的中间数据与处理结果进行存储；

通信模块，用于数据采集模块与控制处理器之间的数据通信；

电源模块，用于为整个系统供电。

可以理解的是，在配电架空线路或者架空与电缆混合线路中发生的故障以瞬时性故障为主，断路器第一次动作切除故障后，故障点的绝缘强度能重新恢复，此时如果把断开的断路器再合上，就能恢复正常供电，这样可以有效提高供电可靠性，减少不必要的停电，缩短停电时间，缩小停电范围，避免因停电带来的经济损失。同时，若第一次重合闸失败，则可以确定故障为永久性故障，立即进行第二次跳闸，同时对端保护加速动作，避免配电线路单相接地运行，有效保护人身安全，避免触电事故发生。

作为一种具体的，所述数据采集模块可设置于输电线路的测量点处，所采集的数据通过通信模块传输给所述控制处理器，控制处理器根据电气量数据特征分析识别是否存在单相接地故障，若存在单相接地故障，则控制断路器三相跳闸，再进行三相自动重合闸，若故障消失重合闸成功，则表示为瞬时性故障，作为一种优选的，此时，处理器可通过显示器进行瞬时性故障的报警显示，以提醒相关人员注意；若重合闸失败，则控制断路器立即再次跳开，对侧断路器加速跳开，并控制备用电源自动投入，实现故障自愈。

作为优选的实施例方案，数据采集模块实时采集线路三相工频电压信号、三相电压行波信号和三相电流行波信号，进一步的，工频三相电压信号的采样频率为1kHz，三相电压行波信号的采样频率为1MHz，三相电流行波信号的采样频率为1MHz。根据采集行波信号判断，所监测的网络中是否发生了行波扰动。

在该实施例中，需要满足行波采样率要求的高频测量装置，再根据采集到的行波信号判断，所监测的网络中是否发生了行波扰动。

作为优选的实施例方案，若电气信号出现异常，则根据电气量特征进行故障类型识别，具体包括：先对采集到的工频电气量进行相序变换处理，对于工频量的三相解耦，通常需要用到相序变换，将ABC三相的量，转换为正序、负序和零序分量。其中零序电压可以用来判断接地故障。

再对工频电气量进行离散傅里叶变换，对于工频判据，需要计算工频零序电压和工频三相电压，因此需要采用离散傅里叶变换(DFT)来计算所需工频量的基波幅值；

最后，进行单相接地故障判断，判据为：一相电压U_A小于设定阈值ε，接近于0；另外两相电压U_B和U_C超阈值U_set，上升为原来的

倍；零序电压U₀超阈值U_0.set；对应工频启动判据为：

在该实施例中，利用小电流接地系统单相接地故障后的工频电压特征，进行故障类型识别，可以有效解决配电线路由于中性点不接地引起的单相接地故障难以识别的问题。

作为优选的实施例方案，若为单相接地故障，则断路器三相跳闸，具体包括：先对采集到的行波电气量进行相模变换处理，对于行波量的三相解耦，相模变换通常采用的相模变换有凯仑贝尔变换，克拉克变换等。本技术方案中采用凯伦贝尔变换，本发明利用零模电压行波与零模电流行波来判断断路器位于故障点的电源侧还是负荷侧。

再对零模电压行波与零模电流行波进行二进小波变换，对应于二进小波变换的基函数有很多。三次B样条函数的导数函数在所有多项式样条函数中都需要最少的支持，并且可以得到类似于高斯函数的良好逼近。因此，选择三次B样条函数的导数作为二进小波变换的基本小波函数，本方案采用第三尺度小波变换模极大值，用初始零模电压行波与初始零模电流行波所对应的小波变换模极大值M_U、M_I的正负来表征行波的极性。

行波启动判据为：电压行波与电流行波首波头模极大值极性相反，即M_U×M_I<0，则判定启动，保证电源侧断路器先跳闸。

时间整定原则为：断路器动作时间按照梯形原则整定，从线路末端(靠近负荷侧)到线路首端(靠近电源侧)整定时间依次增加，如图2所示。

在该实施例中，利用零模电压行波和零模电流行波的极性特征，实现对故障区段的有效识别，保证单相接地故障时，故障点上游即电源侧的断路器先动作，为重合闸消除瞬时性故障做准备。

进一步地，对侧断路器加速跳开，备用电源自动投入，具体包括：根据断路器再次跳开后，健全相的电气量特征，构造加速判据，对侧断路器加速跳闸，对侧断路器的加速跳闸判据为：

在时间窗内，线路连续两次出现三相低电压，三相电压同时接近于0。

最后自动投切装置将备用电源投入，实现原负荷侧线路的供电恢复。

在该实施例中，利用无通道保护原理实现对故障区段的快速隔离，根据电源侧断路器跳闸后的二次扰动信息，加速负荷侧断路器跳开。无通道保护可以在不依赖通讯的前提下从电源侧和负荷侧快速、有选择性地隔离配电线路上发生的不对称故障，并通过备用电源自动投入装置(BZT)对非故障区间的负荷恢复供电。图2所示为本发明所适用的配电网络示意图，在配电线路各区段设置数据采集模块。

本发明提出的一种适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，电源侧断路器进行三相一次重合闸，瞬时性故障可重合成功，永久性故障立即第二次跳闸，同时负荷侧加速跳闸。负荷侧断路器跳闸后闭锁重合闸功能，其下游负荷由备用电源自动投入装置动作，环网开关合闸后恢复供电。本发明提出的技术方案具有很高的实用价值和经济价值。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，除非另有明确的规定和限定；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于实时采集输电线路的电气量数据；

控制处理器，根据电气量数据特征进行接地故障识别判断，当判定为单相接地故障时，则控制断路器三相跳闸，再进行三相自动重合闸，若故障消失重合闸成功，则表示为瞬时性故障；若重合闸失败，则控制断路器立即再次跳开，对侧断路器加速跳开，并控制备用电源自动投入，实现故障自愈；

数据存储模块，用于对数据采集模块采集的电气量数据，以及数据处理模块处理的中间数据与处理结果进行存储；

通信模块，用于数据采集模块与控制处理器之间的数据通信；

电源模块，用于为整个系统供电。

2.根据权利要求1所述的适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，其特征在于，所述电气量数据包括三相工频电压数据、三相电压行波数据和三相电流行波数据。

3.根据权利要求1所述的适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，其特征在于，所述数据采集模块采用高频测量装置，对于工频三相电压信号的采样频率为1kHz，对于三相电压行波信号和三相电流行波信号的采样频率均为1MHz。

4.根据权利要求1所述的适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，其特征在于，所述控制处理器根据电气量特征进行故障类型识别，具体包括：

先对采集到的工频电气量进行相序变换处理，进行工频量的三相解耦，将ABC三相的量分别转换为正序、负序和零序分量；

再对工频电气量进行离散傅里叶变换(DFT)，计算所需工频量的基波幅值得到工频三相电压；

最后进行单相接地故障判断，判据为：一相电压U_A小于设定阈值ε，接近于0；另外两相电压U_B和U_C超阈值U_set，上升为原来的

倍；零序电压U₀超阈值U_0.set；对应工频启动判据为：

5.根据权利要求1所述的适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，其特征在于，若为单相接地故障，则断路器三相跳闸，具体包括：

先对采集到的行波电气量进行相模变换处理，对行波量进行三相解耦，所述相模变换包括凯仑贝尔变换和克拉克变换，并利用零模电压行波与零模电流行波来判断断路器位于故障点的电源侧还是负荷侧。

6.根据权利要求5所述的适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，其特征在于，所述利用零模电压行波与零模电流行波来判断断路器位于故障点的电源侧还是负荷侧，具体为：

对零模电压行波与零模电流行波进行二进小波变换，选择三次B样条函数的导数作为二进小波变换的基本小波函数，并采用第三尺度小波变换模极大值，用初始零模电压行波与初始零模电流行波所对应的小波变换模极大值M_U、M_I的正负来表征行波的极性：

行波启动判据为：电压行波与电流行波首波头模极大值极性相反，判定启动，保证电源侧断路器先跳闸；

时间整定原则为：断路器动作时间按照梯形原则整定，从线路末端到线路首端整定时间依次增加。

7.根据权利要求1所述的适用于小电流接地系统的接地故障自愈系统，其特征在于，对侧断路器加速跳开，备用电源自动投入，具体包括：

根据断路器再次跳开后健全相的电气量特征，构造加速判据，加速对侧断路器跳闸，对侧断路器的加速判据为：

在时间窗内，线路连续两次出现三相低电压，三相电压同时接近于0；

对侧断路器加速跳开后，控制自动投切装置将备用电源投入，实现原负荷侧线路的供电恢复。

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