CN112684288A

CN112684288A - 一种利用三相故障信号电流实现小电流单相接地选线方法

Info

Publication number: CN112684288A
Application number: CN202011462307.5A
Authority: CN
Inventors: 葛亮; 刘武; 郭栋; 王宝刚
Original assignee: Xixian New District Power Supply Company State Grid Shaanxi Electric Power Co; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: Xixian New District Power Supply Company State Grid Shaanxi Electric Power Co; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明公开的一种利用三相电流中的故障信号电流实现小电流单相接地选线方法，根据叠加原理构建电力系统的故障信息网络，获取系统小电流单相接地时，故障信息网络中每条负载线路上每相的故障信号电流，根据得到的每相的故障信号电流的特征，选线装置动作，最后根据选线装置动作确定接地的负载线路和接地相，可满足中性点不接地或经消弧线圈接地的系统对单相接地选线的要求。该方法通过故障信号电流即可筛选出接地负载线路及接地相，既可用于变电站侧判断接地线路，又可通过开关内电流互感器判断接地区段，不仅适用于小电流接地系统的单相接地选线，也可用于与电网直接相连的发电机、变压器和电动机等。

Description

一种利用三相故障信号电流实现小电流单相接地选线方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体为一种利用三相故障信号电流实现小电流单相接地选线及保护方法。

背景技术

6kV-35kV电力系统通常采用中性点不接地，或经消弧线圈接地的小电流接地方式。在这种系统中发生单相接地时，由于故障情况复杂且电流很小，很难正确可靠地选出发生接地的故障线路，迄今，国内外所生产出多种选出单相接地线路的方法和装置大都基于零序电流或电压实现，但实际运行的效果表明，还是不能准确选出故障线路。

因此，研究开发新的小电流单相接地的选线方法和装置仍是一项迫切的任务。

发明内容

针对现有单相接地的故障线路难以辨识的问题，本发明提供一种利用三相故障信号电流实现小电流单相接地选线方法，能够快速准确的识别出接地的故障线路。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种利用三相故障信号电流实现小电流单相接地的选线方法，包括以下步骤：

步骤1、根据叠加定理构建电力系统的故障信息网络，故障信息网络的构建方法如下：

设母线任一相发生单相接地时，将接地点的电压等效为两个方向相反的电压源，根据叠加原理电力系统的响应等于正常运行条件下的网络与故障附加网络中的响应之和，从而得到故障信息网络；

步骤2、获取系统小电流单相接地时，故障信息网络中每条负载线路上每相的故障信号电流；

步骤3、根据得到的故障信号电流的特征构成动作判据，控制选线装置动作；

步骤4、根据动作的选线装置确定接地的负载线路和接地相。

优选的，步骤3中选线装置动作的方法具体如下：

同一负载线路中，任一相的故障信号电流值大于该负载线路接地电容电流与设定的可靠系数的乘积时，选线装置动作。

优选的，选线装置动作的判据表达式如下：

其中，j为负载线路中A相、B相或C相，

为发生单相接地时负载线路中任一相j的故障信号电流，I_C0j为发生单相接地时该负载线路任一非接地相j的故障信号电流，

为系统相电压，C_0j为各相对地电容，ω为角频率。

优选的，步骤3中选线装置动作的方法具体如下：

同一负载线路中，任一相的故障信号电流值与该负载线路接地电容电流的差值大于设定的不平衡电流时，选线装置动作。

优选的，选线装置动作的判据表达式如下：

其中，I_bp为不平衡电流，

为发生单相接地时负载线路中任一相j的故障信号电流，I_C0j为发生单相接地时该负载线路任一非接地相j的故障信号电流。

优选的，步骤3中选线装置动作的方法具体如下：

同一负载线路中，当任意两相的故障信号电流的计算值的差值大于设定的不平衡电流时，选线装置动作。

优选的，选线装置动作的判据表达式如下：

|I'_C0j|＝ωC_0jU₀

其中，U₀为发生单相接地故障时的零序电压，C_0j为各相对地电容，ω为角频率，I_bp为不平衡电流，

优选的，步骤4中动作的选线装置对应的负载线路为接地线路，该接地线路中三相的故障信号电流其中两相相同，另外一相不相同，则故障信号电流不相同的相为接地相。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提出了利用三相电流中的故障信号电流实现小电流单相接地选线方法，根据叠加原理构建电力系统的故障信息网络，获取系统小电流单相接地时，故障信息网络中每条负载线路上每相的故障信号电流，根据得到的每相的故障信号电流的特征，选线装置动作，最后根据选线装置动作确定接地的负载线路和接地相，可满足中性点不接地或经消弧线圈接地的系统对单相接地选线的要求。该方法通过故障信号电流即可筛选出接地负载线路及接地相，既可用于变电站侧判断接地线路，又可通过开关内电流互感器判断接地区段，不仅适用于小电流接地系统的单相接地选线，也可用于与电网直接相连的发电机、变压器和电动机等。

附图说明

图1为本发明小电流接地系统原理图；

图2为本发明小电流接地线路外部故障信息网络图；

图3为本发明小电流接地线路内部故障信息网络图；

图4为本发明绝对值判断法判据一的原理框图；

图5为本发明绝对值判断法判据三的原理框图；

图6为本发明相对判断法判的原理框图。

具体实施方式

本发明对小电流单相接地时在线路的三相中产生的故障信号电流的故障特征进行了分析计算，提出了直接利用三相中的故障信号电流实现小电流单相接地选线方法，原理说明如下:

1.线路三相的故障信号电流及其故障特征的分析

线路三相的故障信号电流是在小电流接地系统中发生单相接地时，在线路的三相中产生的电流。

图1中给出了一个简化的小电流接地系统，它适用于单相接地稳态故障分析。系统中性点不接地或经消弧线圈接地，母线上有两条线路I和II，线路各相对地电容分别为C_0I和C_0II，系统综合阻抗为Z_s，对地电容为C_0w。

设图1母线A相上的D点发生单相接地，把图1中的接地线用D点在正常运行条件下，与电压

大小相等，方向相反的两个电压源替代，根据叠加原理，图1中的响应等于正常运行条件下的网络与故障附加网络中的响应之和，显然，在图1中只有三相电源和

作用下，系统仍为正常运行状态。而在图1中只有-

作用下，即为故障附加网络(图2)。在此定义故障附加网络为“故障信息网络”，而在“故障信息网络”中的线路的三相电流称为线路三相的故障信号电流，在图2中分别用

表示。

2.线路三相的故障信号电流故障特征的分析

要选出小电流单相接地时的接地故障线路必须在线路内部和外部单相接地时，对线路三相的故障信号电流故障特点进行分析。为此利用“故障信息网络”将接地点D改设在线路I的A相内,如图2所示。这时对线路I为内部故障，对线路II为外部故障。内部故障指发生接地故障的线路，外部故障是除发生故障线路以外的所有线路及母线等。

图2中，

表示线路三相的故障信号电流。

为接地点的故障电流。当系统中性点不接地时用

表示,经消弧线圈接地时用

表示。消弧线圈中的电流为

在分析计算中，规定线路各相电流的正方向均为母线指向线路,并取

根据图2分析结果可得：

在线路外部发生A相单相接地时，非接地线路II各相故障信号电流:

在线路内部发生A相单相接地时，接地线路I的非接地相的信号电流:

在线路内部发生A相单相接地时，接地相A的信号电流为：

当中性点不接地时(DL断)

式中:

为系统电容电流的总和。

当中性点经消弧线圈接地时(DL合)

式中:

为过补偿后的接地点电流。

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1-6，一种利用三相故障信号电流实现小电流单相接地选线方法，包括以下步骤：

步骤1、根据叠加定理构建电力系统故障信息网络，故障信息网络的构建方法如下：

设母线任一相发生单相接地时，将接地点的电压等效为两个方向相反的电压源，根据叠加原理电力系统的响应等于正常运行条件下的网络与故障附加网络中的响应之和，从而得到故障信息网络。

步骤3、根据故障信号电流的故障信号电流特征构成动作判据，控制选线装置动作；

步骤4、根据动作的选线装置确定单相接地故障发生的位置及接地线路和接地相。

具体的，步骤4中动作的选线装置对应的负载线路为接地线路，该接地线路中三相的故障信号电流其中两相相同，另外一相不相同，则故障信号电流不相同的相为接地相。

上述步骤3中选线装置动作的判断方法共2中，分为绝对值判断法、相对比较判断法。

绝对值判断法分为3中方法，分别如下：

方法1：

设定可靠系数K_K，K_K≥1.2。

同一负载线路中，任一相的故障信号电流值大于该负载线路接地电容电流与设定的可靠系数的乘积时，选线装置动作，即接地相的故障信号电流值大于本线路接地电容电流的1.2倍时，选线装置动作，表达式如下：

其中，j为负载线路中A相、B相或C相，

为发生单相接地时流过本线路任一相j的故障信号电流，I_C0j为发生单相接地时该负载线路任一非接地相j的故障信号电流，

为系统相电压，C_0j为各相对地电容，ω为角频率。

方法2：

也就是说，当接地相的故障信号电流与本线路接地电容电流差值大于设定的不平衡电流时，选线装置动作，判断表达式如下：

其中，I_bp为不平衡电流，为定值。

方法3：同一负载线路中，当任意两相的故障信号电流的计算值的差值大于设定的不平衡电流时，选线装置动作。

也可以理解为，当接地相的故障信号电流与非接地相的故障信号电流的计算值的差值大于设定的不平衡电流时，选线装置动作，判断表达式如下：

|I'_C0j|＝ωC_0jU₀

其中，U₀为发生单相接地故障时的零序电压。

方法4，相对比较判断法。

相对比较判断法可用以下两种判据实现。

1.最大值输出法

在本线路外部单相接地时，

在本线路内部单相接地时(例如A相接地)，非接地两相仍有

而接地相的故障信号电流

则显著大于非故障相的

和

由此便可用相对判断法根据比较本线路三相的故障信号电流的大小判定出接地线路和接地相，判据可表示为：

I_gk＝max[I_gj],j＝A,B,C。

当某条线路的判据I_gk有输出时，即可判定K相为接地相，该判据所在的线路即为接地线路。

2.最小值输出法

应该指出，利用三相的故障信号电流用相对比较判断法实现选线时，由于三相的故障信号电流在同一装置内，并且判据与线路具体参数无关，无需进行整定计算，可简便和可靠灵敏实现。同时，相对比较判断法具有优良的适应性能，因此相对判据法可作为首选的选线方法。

根据只有在发生单相接地时判据才进行判断和选出接地线路的基本要求。为防止开关操作，线路负荷波动、相间短路和单相接地产生的过渡过程引起判据误动，对以上所有选线方法采用了零序电流或零序电压启动和延时动作措施。图中t₁/0为延时环节可取t₁≥0.04-0.06s；

延时的作用除能提高系统保护动作的可靠性外，还为实现差分滤波获得故障信号电流所必需。

由于必须用单相接地t₁s后获得的故障信号电流做出选相判断。因此不能直接利用全周差分滤波公式i_g(n)＝i(n)-i(n-K)进行运算。为了达到全周差分滤波的效果，变通处理方法如下：在发生单相接地后，存储故障前一个周波的电流数据i_-，再提取故障后t₁s与i_-对应的一个或多个周波的电流数据i₊。再将i₊与i_-进行差分运算即可得到故障信号电流i_g。

本发明提出了利用三相电流中的故障信号电流实现小电流单相接地选线方法，其中包括绝对值判断法，相对比较判断法及其实现方案，分析结果表明，所提出的方法及判据适用于不同条件，可满足中性点不接地或经消弧线圈接地的系统对单相接地选线的要求。该方法通过电流互感器获取故障信号电流即可筛选出接地线路及接地相，无需增加新设备，既可用于变电站侧判断接地线路，又可利用开关内电流互感器判断接地区段，不仅适用于小电流接地系统的单相接地选线(包括架空线和电缆线)，也可用于与电网直接相连的发电机、变压器和电动机等。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。