CN112039031B - 一种配电网单相接地故障差异化处理与故障区域隔离方法 - Google Patents

Abstract

一种配电网单相接地故障差异化处理与故障区域隔离方法，成套装置由动态智能电阻接地装置、馈线零序保护、馈线节点零序电流传感器、馈线节点智能开关和控制系统组成，在配电网发生单相接地故障时，通过不同的延时处理故障，在高阻故障时，选出接地故障线路，检查故障电流路径进行故障区域判断与隔离。在低阻故障时与馈线零序保护和节点智能开关配合实现差异化的故障处理与故障区域隔离缩小停电范围。

Description

一种配电网单相接地故障差异化处理与故障区域隔离方法

技术领域

本发明主要是配电网单相接地故障处理领域，特指一种配电网单相接地故障差异化处理与故障区域隔离方法，适用于6-66kv配电网单相接地故障处理。

背景技术

配电网中性点小电阻接地方式用于带零序保护的配电网，在正常运行时内过电压水平低，当单相接地故障发生时，通过零序保护把故障线路切除，这种接地方式结构简单，已广泛应用于城市电网，但这种接地方式最大的缺陷就是配电网一旦发生单相断线和人身触电等高阻接地会造成零序保护“失灵”，不能及时选出并切除故障线路，使故障点对人身安全构成较大的威胁，国内曾多次发生此类事故。电缆线路发生高阻接地时由于零序保护“失灵”，不能及时切除故障线路，电弧长时间持续会引起多根电缆烧坏。小电阻接地方式如用于架空电网，由于架空线路发生瞬时性接地时跳闸，使供电可靠性大幅度下降。

有些配电线路较长，带有很多用户，有些还有很多分支线路，如果发生了永久性单相接地故障，如要把整条线路切除会造成大面积的停电，使用户的供电可靠性得不到保障，因此，能找到一种以智能动态电阻接地装置为基础，结合零序保护和配电网智能开关，在配电网正常运行时能降低内过电压水平，在配电网发生单相断线接地故障、或人身触电故障时能准确选出并快速切除故障并实现故障的区域隔离，确保设备和人身安全。在发生瞬时性接地故障时， 能在配电网发生单相接地故障时能使大多数瞬时性故障恢复，能准确选出永久性接地故障线路，并能准确判断故障发生的区域进行区域故障隔离，缩小停电范围，是非常重要的。

发明内容

针对以上问题，发明了一种配电网单相接地故障差异化处理与故障区域隔离方法，在配电网正常运行时动态智能电阻接地装置工作于中电阻接地方式，并实时检测配电网中性点电压U₀和各馈线零序电流i_j0；当配电网中性点位移电压U_N≥U₀+ζ，且U_Q≤U_N<U_GL，任一馈线零序电流满足I_jmax0≥I_j0+η，判断配电网发生高阻接地故障，延时ΔT₁后，检查配电网中性点位移电压和馈线零序电流，如U_N< U₀+ζ，I_jmax0<I_j0+η，则故障为瞬时性故障，且故障已恢复；若U_N≥ U₀+ζ，I_jmax0≥I_j0+η，则为永久性故障，此时装置通过接地选线选出故障线路，然后通过接地馈线各节点零序电流传感器检测零序电流的路径判断接地故障区，并通过断开相应节点的智能开关实现故障的区域隔离。

当配电网中性点位移电压U_N≥U_GL，馈线中最大零序电流值I_max0≥I_zxmax0时，判断配电网发生低阻接地故障，分二种处理方式，一是故障馈线的最大零序电流大于自熄弧电流，即：I_max0≥I_zxmax0，启动零序Ⅰ段保护切除故障，零序Ⅰ段保的电流定值为：I_d01=f₁I_zxmax0，时间定值采用差异化的设定方法实现故障的区域隔离；二是故障馈线的最大零序电流小于自熄弧电流，即：I_max0<I_zxmax0，延时ΔT₂后，检查配电网中性点位移电压U_N的大小，如： U_N<U_Q，说明故障为瞬时性故障，且故障已恢复；如： U_N≥U_Q，说明故障未恢复，启动零序Ⅱ段切除故障线路，零序Ⅱ段保护的电流定值I_d02=f₂I_cmax，时间定值采用差异化的设定方法实现故障的区域隔离，且所有的节点开关的动作时间都要大于瞬时性故障的自熄弧时间ΔT₂。

零序Ⅰ段的电流定值I_d01=f₁I_zxmax0，时间定值采用差异化设定方法，即：节点N₁、N₂…和节点N_i为馈线干线串联接点上的智能开关时，则各节点智能开关零序Ⅰ段保护的时间定值T₁₀>T₁₁>T₁₂>…T_1i，T₁₀为馈线断路器的零序Ⅰ段保护动作时间，T₁₁、T₁₂、…T_1i为干线串联各接点上的智能开关的零序Ⅰ段保护时间定值。

零序Ⅱ段保护的电流定值I_d02=f₂I_cmax，时间定值采用差异化设定方法，零序Ⅱ段保护的动作时间为：T₂₀>T₂₁>T₂₂>…T_2i；T₂₀为为馈线断路器的零序Ⅱ段保护动作时间， T₂₁、T₂₂、…T_2i为干线串联接点上对应的智能开关对应的零序Ⅱ段保护的动作时间；要求末端节点N_i的智能开关的零序Ⅱ段保护动作时间满足：T_2i>ΔT₂；分支接点节点N_б智能开关零序Ⅱ段保护动作时间T_б2满足：T_б2= T₂₁，T_б2>ΔT₂。

ζ为判断发生单相接地故障的配电网中性点位移电压的增量标准值；η为判断发生单相接地故障的馈线零序电流的增量标准值； U_GL为区分高阻接地故障与低阻接地故障的中性点位移电压的临界值；ΔT₁为高阻接地瞬时性故障的自熄弧时间；ΔT₂为低阻接地瞬时性故障的自熄弧时间；I_zxmax0为瞬时性故障的最大自熄电流值；I_cmax为馈线中最大的电容电流；U_Q为发生低阻接地故障时故障是否恢复的中性点位移电压判定值； f₁零序Ⅰ段电流定值取值系数，为0.9-1.2； f₂零序Ⅱ段电流定值取值系数，为1.5-1.8。

I_zxmax0为瞬时性故障的最大自熄电流值，该电流根据配电网的绝缘工况采用试验的方法获得，ΔT₁为高阻接地瞬时性故障的自熄弧时间，ΔT₂为低阻接地瞬时性故障的自熄弧时间，根据配电网的绝缘工况采用试验的方法获得。

本发明具有下述优点：

1、由于在配电网发生高阻接地故障时能准确选出快速并切除故障线路，解决了配电网发生单相断线高阻接地故障时对人身安全的风险问题。

2、在配电网发生低阻接地故障时，通过延时，使部分瞬时性接地故障得到恢复，相对提高了配电网的供电可靠性。

3、在配电网发生高阻接地时通过检测零序电流的路径判断接地故障区，并通过断开相应节点的智能开关实现故障的区域隔离，缩小了故障停电范围。

4、在配电网发生低阻接地故障时，通过与零序保护电流定值的配合当故障电流大于熄弧临界值时直接启动零序保护切除故障线路防止了故障扩大，提高了电网的安全性。

5、在配电网发生低阻接地故障时，通过与零序保护时间定值的差异化配合，并通过断开相应节点的智能开关实现故障的区域隔离，缩小了故障停电范围。

具体实施方式

在配电网正常运行时动态智能电阻接地装置工作于中电阻接地方式，并实时检测配电网中性点电压U₀和各馈线零序电流i_j0；当配电网中性点位移电压U_N≥U₀+ζ，且U_Q≤U_N<U_GL，任一馈线零序电流满足I_jmax0≥I_j0+η，判断配电网发生高阻接地故障，延时ΔT₁后，检查配电网中性点位移电压和馈线零序电流，如U_N< U₀+ζ，I_jmax0<I_j0+η，则故障为瞬时性故障，且故障已恢复；若U_N≥ U₀+ζ，I_jmax0≥I_j0+η，则为永久性故障，此时装置通过接地选线选出故障线路，然后通过接地馈线各节点零序电流传感器检测零序电流的路径判断接地故障区，并通过断开相应节点的智能开关实现故障的区域隔离。

当配电网中性点位移电压U_N≥U_GL，馈线中最大零序电流值I_max0≥I_zxmax0时，判断配电网发生低阻接地故障，分二种处理方式，一是故障馈线的最大零序电流大于自熄弧电流，即：I_max0≥I_zxmax0，启动零序Ⅰ段保护切除故障，零序Ⅰ段保的电流定值为：I_d01=f₁I_zxmax0，时间定值采用差异化的设定方法实现故障的区域隔离；二是故障馈线的最大零序电流小于自熄弧电流，即：I_max0<I_zxmax0，延时ΔT₂后，检查配电网中性点位移电压U_N的大小，如： U_N<U_Q，说明故障为瞬时性故障，且故障已恢复；如： U_N≥U_Q，说明故障未恢复，启动零序Ⅱ段切除故障线路，零序Ⅱ段保护的电流定值I_d02=f₂I_cmax，时间定值采用差异化的设定方法实现故障的区域隔离，且所有的节点开关的动作时间都要大于瞬时性故障的自熄弧时间ΔT₂。

零序Ⅰ段的电流定值I_d01=f₁I_zxmax0，时间定值采用差异化设定方法，即：节点N₁、N₂…和节点N_i为馈线干线串联接点上的智能开关时，则各节点智能开关零序Ⅰ段保护的时间定值T₁₀>T₁₁>T₁₂>…T_1i，T₁₀为馈线断路器的零序Ⅰ段保护动作时间，T₁₁、T₁₂、…T_1i为干线串联各接点上的智能开关的零序Ⅰ段保护时间定值。

零序Ⅱ段保护的电流定值I_d02=f₂I_cmax，时间定值采用差异化设定方法，零序Ⅱ段保护的动作时间为：T₂₀>T₂₁>T₂₂>…T_2i；T₂₀为为馈线断路器的零序Ⅱ段保护动作时间， T₂₁、T₂₂、…T_2i为干线串联接点上对应的智能开关对应的零序Ⅱ段保护的动作时间；要求末端节点N_i的智能开关的零序Ⅱ段保护动作时间满足：T_2i>ΔT₂；分支接点节点N_б智能开关零序Ⅱ段保护动作时间T_б2满足：T_б2= T₂₁，T_б2>ΔT₂。

ζ为判断发生单相接地故障的配电网中性点位移电压的增量标准值；η为判断发生单相接地故障的馈线零序电流的增量标准值； U_GL为区分高阻接地故障与低阻接地故障的中性点位移电压的临界值；ΔT₁为高阻接地瞬时性故障的自熄弧时间；ΔT₂为低阻接地瞬时性故障的自熄弧时间；I_zxmax0为瞬时性故障的最大自熄电流值；I_cmax为馈线中最大的电容电流；U_Q为发生低阻接地故障时故障是否恢复的中性点位移电压判定值； f₁零序Ⅰ段电流定值取值系数，为0.9-1.2； f₂零序Ⅱ段电流定值取值系数，为1.5-1.8。

I_zxmax0为配电线路的自熄弧电流，该电流根据配电网的绝缘工况采用试验的方法获得，ΔT₁为高阻接地瞬时性故障的自熄弧时间，ΔT₂为低阻接地瞬时性故障的自熄弧时间，根据配电网的绝缘工况采用试验的方法获得。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种配电网单相接地故障差异化处理与故障区域隔离方法，其特征在于：在配电网正常运行时动态智能电阻接地装置工作于中电阻接地方式，并实时检测配电网中性点电压U₀和各馈线零序电流i_j0；当配电网中性点位移电压U_N≥U₀+ζ，且U_Q≤U_N<U_GL，任一馈线零序电流满足I_jmax0≥I_j0+η，判断配电网发生高阻接地故障，延时ΔT₁后，检查配电网中性点位移电压和馈线零序电流，如U_N< U₀+ζ，I_jmax0<I_j0+η，则故障为瞬时性故障，且故障已恢复；若U_N≥U₀+ζ，I_jmax0≥I_j0+η，则为永久性故障，此时装置通过接地选线选出故障线路，然后通过接地馈线各节点零序电流传感器检测零序电流的路径判断接地故障区，并通过断开相应节点的智能开关实现故障的区域隔离；

当配电网中性点位移电压U_N≥U_GL，馈线中最大零序电流值I_max0≥I_zxmax0时，判断配电网发生低阻接地故障，分二种处理方式，一是故障馈线的最大零序电流大于自熄弧电流，即：I_max0≥I_zxmax0，启动零序Ⅰ段保护切除故障，零序Ⅰ段保的电流定值为：I_d01=f₁I_zxmax0，时间定值采用差异化的设定方法实现故障的区域隔离；二是故障馈线的最大零序电流小于自熄弧电流，即：I_max0<I_zxmax0，延时ΔT₂后，检查配电网中性点位移电压U_N的大小，如： U_N<U_Q，说明故障为瞬时性故障，且故障已恢复；如： U_N≥U_Q，说明故障未恢复，启动零序Ⅱ段切除故障线路，零序Ⅱ段保护的电流定值I_d02=f₂I_cmax，时间定值采用差异化的设定方法实现故障的区域隔离，且所有的节点开关的动作时间都要大于瞬时性故障的自熄弧时间ΔT₂；

零序Ⅰ段的电流定值I_d01=f₁I_zxmax0，时间定值采用差异化设定方法，即：节点N₁、N₂…和节点N_i为馈线干线串联接点上的智能开关时，则各节点智能开关零序Ⅰ段保护的时间定值T₁₀>T₁₁>T₁₂>…T_1i，T₁₀为馈线断路器的零序Ⅰ段保护动作时间，T₁₁、T₁₂、…T_1i为干线串联各接点上的智能开关的零序Ⅰ段保护时间定值；

零序Ⅱ段保护的电流定值I_d02=f₂I_cmax，时间定值采用差异化设定方法，零序Ⅱ段保护的动作时间为：T₂₀>T₂₁>T₂₂>…T_2i；T₂₀为馈线断路器的零序Ⅱ段保护动作时间， T₂₁、T₂₂、…T_2i为干线串联接点上对应的智能开关对应的零序Ⅱ段保护的动作时间；要求末端节点N_i的智能开关的零序Ⅱ段保护动作时间满足：T_2i>ΔT₂；分支接点节点N_б智能开关零序Ⅱ段保护动作时间T_б2满足：T_б2= T₂₁，T_б2>ΔT₂；

ζ为判断发生单相接地故障的配电网中性点位移电压的增量标准值；η为判断发生单相接地故障的馈线零序电流的增量标准值； U_GL为区分高阻接地故障与低阻接地故障的中性点位移电压的临界值；ΔT₁为高阻接地瞬时性故障的自熄弧时间；ΔT₂为低阻接地瞬时性故障的自熄弧时间；I_zxmax0为瞬时性故障的最大自熄电流值；I_cmax为馈线中最大的电容电流；U_Q为发生低阻接地故障时故障是否恢复的中性点位移电压判定值； f₁零序Ⅰ段电流定值取值系数，为0.9-1.2； f₂零序Ⅱ段电流定值取值系数，为1.5-1.8。

2.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障差异化处理与故障区域隔离方法，其特征在于：I_zxmax0为瞬时性故障的最大自熄电流值，该电流根据配电网的绝缘工况采用试验的方法获得，ΔT₁为高阻接地瞬时性故障的自熄弧时间，ΔT₂为低阻接地瞬时性故障的自熄弧时间，根据配电网的绝缘工况采用试验的方法获得。