CN111175612A - 谐振接地系统单相接地故障区段定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，包括：在电力网络中设置区段定位装置；接收系统接地故障信号，根据系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化；由区段定位装置对线路的零序电流进行检测，并根据检测结果进行故障区段定位。本发明通过调节故障后消弧线圈的补偿电流，利用调节前后线路上多个FTU测量到的零序电流变化量信息来确定故障区段，同时考虑了过度电阻接地造成的影响，具有很强的实用性，有效帮助电网企业定位故障区段。

Description

谐振接地系统单相接地故障区段定位方法
技术领域
本发明涉及电力系统故障分析技术领域，尤其是涉及谐振接地系统单相接地故障区段定位方法。
背景技术
中国配电网的特点是分支多，覆盖区段广，单相接地故障电阻大，而且越来越多地采用中性点谐振接地的方式，单相接地故障定位问题长期以来困扰供电部门，没有得到良好的解决。
目前配电网发生单相接地故障后存在2种处理措施：一种是先将故障线路停电进行定位，成为停电定位或离线定位，如注入交直流信号法；另一种是带故障运行过程中进行定位，成为带电定位或在线定位。随着配电网自动化的广泛开展，馈线终端单元(FTU)等现场监控终端的应用越来越多，为故障定位提供了强有力的数据平台,但对于FTU的单相接地故障带电区段定位方法研究较少。
综上所述，单相接地故障作为最为常见的接地故障，其定位问题长期困扰供电部门，如何利用FTU实现故障区段的带电定位，帮助电网企业更好地提升故障抢救水平成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，通过调节故障后消弧线圈的补偿电流，利用调节前后线路上多个FTU测量到的零序电流变化量信息来确定故障区段，同时考虑了过度电阻接地造成的影响，具有很强的实用性，有效帮助电网企业定位故障区段。
第一方面，本发明实施例提供了谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，包括：
在电力网络中设置区段定位装置；
接收系统接地故障信号，根据所述系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化；
由所述区段定位装置对线路的零序电流进行检测，并根据检测结果进行故障区段定位。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述区段定位装置包括上位机和馈线终端单元FTU，所述在电力网络中设置区段定位装置包括：
将所述上位机设置于变电站处，将所述FTU设置于线路上。
结合第一方面第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述根据所述系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化包括：
根据所述系统接地故障信号判断电网线路中是否发生单相接地故障；
调节消弧线圈的电感电流以使消弧线圈的电感电流发生变化。
结合第一方面第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述由所述区段定位装置对线路的零序电流进行检测，并根据检测结果进行故障区段定位包括：
所述FTU对所述零序电流进行检测，并判断所述零序电流是否发生变化；
如果FTU检测到的零序电流发生变化，则单相接地故障点位于所述FTU的下游线路；
如果FTU检测到的零序电流未发生变化，则所述FTU的下游线路为非故障区段。
结合第一方面第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述FTU对所述零序电流进行检测，并判断所述零序电流是否发生变化包括：
根据系统接地故障信号判断接地故障是否为单向金属性接地；
若为金属性接地，则将消弧线圈调节后的零序电流进行折算，并根据折算后的零序电流判断是否发生变化。
结合第一方面第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述根据所述系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化还包括：
在故障持续的时间段内对所述消弧线圈进行连续性调节。
本发明提供了谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，包括：在电力网络中设置区段定位装置；接收系统接地故障信号，根据系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化；由区段定位装置对线路的零序电流进行检测，并根据检测结果进行故障区段定位。本发明通过调节故障后消弧线圈的补偿电流，利用调节前后线路上多个FTU测量到的零序电流变化量信息来确定故障区段，同时考虑了过度电阻接地造成的影响，具有很强的实用性，有效帮助电网企业定位故障区段。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法流程图；
图2为本发明实施例提供的零序等值电路图；
图3为本发明实施例提供的实验线路结构图；
图4为本发明实施例提供的电感电流变化前检测的波形；
图5为本发明实施例提供的电感电流变化后检测的波形。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。
中国配电网的特点是分支多，覆盖区段广，单相接地故障电阻大，而且越来越多地采用中性点谐振接地的方式，单相接地故障定位问题长期以来困扰供电部门，没有得到良好的解决。目前配电网发生单相接地故障后存在2种处理措施：一种是先将故障线路停电进行定位，成为停电定位或离线定位，如注入交直流信号法；另一种是带故障运行过程中进行定位，成为带电定位或在线定位。随着配电网自动化的广泛开展，馈线终端单元(FTU)等现场监控终端的应用越来越多，为故障定位提供了强有力的数据平台,但对于FTU的单相接地故障带电区段定位方法研究较少。
综上所述，单相接地故障作为最为常见的接地故障，其定位问题长期困扰供电部门，如何利用FTU实现故障区段的带电定位，帮助电网企业更好地提升故障抢救水平成为亟待解决的问题。基于此，本发明实施例提供了谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，通过调节故障后消弧线圈的补偿电流，利用调节前后线路上多个FTU测量到的零序电流变化量信息来确定故障区段，同时考虑了过度电阻接地造成的影响，具有很强的实用性，有效帮助电网企业定位故障区段。
实施例一：
图1为本发明实施例提供的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法流程图。
参照图1，谐振接地系统单相接地故障区段定位方法包括：
步骤S101，在电力网络中设置区段定位装置，区段定位装置包括上位机和馈线终端单元FTU；
具体地，将上位机设置于变电站处，将FTU设置于线路上。
步骤S102，接收系统接地故障信号，根据系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化；
步骤S103，由区段定位装置对线路的零序电流进行检测，并根据检测结果进行故障区段定位。
根据本发明的示例性实施例，步骤S102包括：
根据单相接地故障信号判断电网线路中是否发生单相接地故障；
调节消弧线圈的电感电流以使消弧线圈的电感电流发生变化。
根据本发明的示例性实施例，步骤S103包括：
FTU对零序电流进行检测，并判断零序电流是否发生变化；
如果FTU检测到的零序电流发生变化，则单相接地故障点位于FTU的下游线路；
如果FTU检测到的零序电流未发生变化，则FTU的下游线路为非故障区段。
根据本发明的示例性实施例，步骤S201包括：
根据系统接地故障信号判断接地故障是否为单向金属性接地；
若为金属性接地，则将消弧线圈调节后的零序电流进行折算，并根据折算后的零序电流判断是否发生变化。
具体地，要求在故障持续的时间段内对所述消弧线圈进行调节。
实施例二：
下面对区段定位的判据进行阐述。图2中，定义母线至故障点的拓扑路径为故障路径，FTU装置A和C位于故障路径上，而FTU装置B不在故障路径上。如果发生单相接地后，调节消弧线圈的参数，使IL发生变化，通过式(1)可知，故障路径上的IA和IC会发生变化，而非故障路径上的IB不变。
该结论可以推广至一般情况。由于消弧线圈电感电流经过故障路径流入故障点，因此当电感电流发生变化时，故障路径上的FTU检测到的零序电流必然发生变化，而非故障路径上的FTU检测到的零序电流为固有电容电流，不会发生变化。根据上述分析，可以得到故障区段定位的方法：发生单相接地后，调节消弧线圈的参数，使电感电流发生变化，如果某个FTU检测到的零序电流发生变化，说明故障点位于该FTU的下游；如果某个FTU检测到的零序电流没有发生变化，说明该FTU的下游为非故障区段。这样就可以准确获知故障区段。
需要注意的是，当单相金属性接地时，改变消弧线圈的电感电流不会使零序电压发生变化。为了克服这个问题，本发明实施例采用如下方法解决。以图3为例，设故障后消弧线圈调节前各FTU的零序电流有效值为IA、IB、IC，零序电压有效值为U0，电感值为L；调节后各FTU的零序电流有效值为IA’、IB’、IC’，零序电压有效值为U0’，电感值为L’。将调节后的零序电流进行折算，得到IA”＝IA’U0/U0’，IB”＝IB’U0/U0’，IC”＝IC’U0/U0’。根据折算后的零序电流，计算各FTU的零序电流变化量如式(1)：
Figure BDA0002404761920000071
通过上式可知，将零序电流进行折算后，故障路径上的零序电流会发生改变，而非故障路径上的零序电流不发生变化，定位方法依旧有效。消弧线圈电流变化量与零序电压成正比，一般当零序电压超过相电压的15％时，将发出报警信号。设金属接地时，消弧线圈电流变化量为IL，则单相经电阻接地时，消弧线圈电流最小变化量为0.15IL。例如IL＝6A，最小变化量为0.9A，FTU完全可以测量出来。因此，只要接地电阻的数值能够保证零序电压超过相电压的15％，本发明实施例提供的方法就可以准确定位。在实际应用中，由于测量的误差，零序电流变化量不会为0，应根据消弧线圈电感电流的变化量设定阈值，如果变化量小于此阈值，即认为没有发生变化。
如图3所示，配电网为10kV系统，母线有12条出线，电容电流为30A。中性点经消弧线圈接地，且消弧线圈与40kVA的电抗器相并联，用于产生6.6A的电感电流变化量。在试验线路上的2个线路分段开关位置分别安装FTU，利用分段开关的内置三相电流互感器合成零序电流，这样2个FTU将线路分为3个区段。在区段b上模拟单相经3千欧电阻接地，接地后短时投入电抗器产生电感电流变化量。投入电抗器前和投入电抗器后的电气量波形如图4和图5所示，可以看出，电感电流确实发生了变化。根据式(1)计算FTU在电抗器投入前后的零序电流变化量数据如表1所示。
由于在金属接地时，消弧线圈电流变化量为6.6A，因此设定阈值为1A，由表1可知，装置A检测到零序电流变化，说明故障点在FTU装置A的下游，而FTU装置B检测到零序电流没有变化，说明B的下游为非故障区段，因此，故障点位于A与B之间，即区段b上。分析结果与实际情况一致。
表1各FTU零序电流数据
FTU I<sub>0</sub>/A I<sub>0</sub>’/A I<sub>0</sub>”/A △I<sub>0</sub>/A
A 5.66 9.07 11.16 5.50
B 3.12 2.65 3.25 0.14
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，包括：
在电力网络中设置区段定位装置；
接收系统接地故障信号，根据所述系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化；
由所述区段定位装置对线路的零序电流进行检测，并根据检测结果进行故障区段定位。
2.根据权利要求1所述的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述区段定位装置包括上位机和馈线终端单元FTU，所述在电力网络中设置区段定位装置包括：
将所述上位机设置于变电站处，将所述FTU设置于线路上。
3.根据权利要求2所述的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述根据所述系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化包括：
根据所述系统接地故障信号判断电网线路中是否发生单相接地故障；
调节消弧线圈的电感电流以使消弧线圈的电感电流发生变化。
4.根据权利要求3所述的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述由所述区段定位装置对线路的零序电流进行检测，并根据检测结果进行故障区段定位包括：
所述FTU对所述零序电流进行检测，并判断所述零序电流是否发生变化；
如果FTU检测到的零序电流发生变化，则单相接地故障点位于所述FTU的下游线路；
如果FTU检测到的零序电流未发生变化，则所述FTU的下游线路为非故障区段。
5.根据权利要求4所述的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述所述FTU对所述零序电流进行检测，并判断所述零序电流是否发生变化包括：
根据系统接地故障信号判断接地故障是否为单向金属性接地；
若为金属性接地，则将消弧线圈调节后的零序电流进行折算，并根据折算后的零序电流判断是否发生变化。
6.根据权利要求4所述的谐振接地系统单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述根据所述系统接地故障信号调节线路消弧线圈的参数以使消弧线圈的补偿电流发生变化还包括：
在故障持续的时间段内对所述消弧线圈进行连续性调节。
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