CN112731054A - 基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，通过配电网正常运行时在中性点注入电流，抑制配电网零序电压为0，并对注入电流相对原记录量的变化量的幅值进行实时监测，若变化量的幅值超过整定值后进行故障选线，若没有超过整定值，等待注入电流达到稳定后，更新记录的注入电流；否则判断发生了单相接地故障并判断线路零序电流变化量最大的线路为故障线路，并根据注入电流变化量是否超过10A选择立即断开故障线路或延时0.5s后再次判断是否发生故障，若仍故障，则断开故障线路。本发明能够感知的过渡电阻不受系统电容电流水平影响。消除了三相不对称对高阻故障选线的影响，提升了高阻故障时的选线准确率。

Description

基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法

技术领域

本发明涉及一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法。

背景技术

配电网以架空线路为主、分支多、覆盖区域广、结构复杂、运行方式多变，随机故障频繁且过渡电阻大。我国配电网一般采用中性点非有效接地方式，当发生单相接地故障时，由于故障点电流较小，而且不影响对负荷的正常供电，一般允许继续运行1～2h。在此期间，其他两相的对地电压将会升高，为了防止故障进一步扩大发展为两点或多点接地短路，对电网设备安全以及人身安全造成威胁，运行人员应尽快查找发生接地的线路采取措施予以消除。若故障点在规定时间内未找到，将会对线路进行停电处理，大大降低了配电网的供电可靠性，带来巨量经济损失。高阻接地故障如树障、导线跌落马路、草地等在配电网频繁发生，由于故障点过渡电阻大，这类故障的电气量特征不明显。而配电网覆盖面广结构复杂，由于线路不换位等原因引起的线路三相对地导纳不对称问题长期存在。此时三相不对称对故障后电气量特征的影响无法忽略，使高阻接地故障的检测与处理更加困难，导致高阻接地故障点长期存在而无法被检测，危害配电网及人身安全。因此，消除配电网三相不对称对故障选线的影响，实现高阻故障下的准确选线，对于保卫配电网最后“一公里”，提升配网供电可靠性具有重要意义。

我国10kV配电网络多采用小电流接地运行方式，系统发生故障后的故障选线问题受到普遍关注，因此进行了大量的研究。国内配电网故障选线方法主要有：零序电流幅值法，零序电流相位法，群体比较幅值和相位法，有功分量法，五次谐波法，暂态能量法等。根据故障选线所使用的信号量不同，可以分为基于暂态量的故障选线方法与基于稳态量的故障选线方法。基于稳态量的故障选线通过故障扰动后达到稳态时的零序电压、零序电流进行故障选线。但谐振接地系统中由于消弧线圈对故障电流的补偿，故障线路与非故障线路零序电流差异并不明显。因此，这类选线方法在谐振接地配电网的选线准确度不高。有学者提出了基于线路零序导纳的故障选线方法，在谐振接地系统中具有较高的准确度。但高阻接地故障下，线路零序电流幅值微弱，测量误差对结果的影响较大。由于暂态过程中消弧线圈对故障电流的影响较小，故障特征明显，因此有较多学者展开了对基于暂态量的故障选线方法的研究。但暂态信号中含有较多的干扰信号，选线结果受干扰信号影响较大。对故障特征的有效提取与充分利用是这类方法需要重点解决的问题。以上方法均没有考虑三相对地导纳不对称对故障选线的影响，导致接地故障选线尤其是高阻接地故障选线的准确度不高。此外，受零序回路阻抗的影响，高阻接地故障下零序电流幅值微弱，测量误差也是导致以上选线方法失效的原因之一。

发明内容

为了解决目前配电网故障选线方法准确度不高的技术问题，本发明提供一种能够准确快速的实现接地故障选线的基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法。

为了实现上述技术效果，本发明的技术方案是，

一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，包括以下步骤：

步骤1，向中性点注入电流使零序电压抑制为0，记录此时对应的注入电流的值；

步骤2，在保持零序电压抑制为0的情况下，实时监测注入电流相对记录值的变化幅值，若变化幅值超过预设的整定值则跳转步骤3进行故障选线，否则等待注入电流达到稳定后，更新记录的注入电流的值，重新执行步骤2；

步骤3，选择线路零序电流变化量最大的线路为故障馈线并切断线路连通。

所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，所述的步骤2中，等待注入电流达到稳定，是在经过预设时间时注入电流没有变化，即认为注入电流达到稳定。

所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，所述的预设时间为0.05秒。

所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，所述的步骤3还包括根据注入电流变化量进行判断的步骤：

在选出线路零序电流变化量最大的线路后，检测注入电流变化量是否超过预设阈值，若超过则立即切断线路连通并返回步骤2，否则延时预定时间后再次检测零序电流变化量是否仍大于预设的整定值，如果大于则切断线路连通，否则返回步骤2。

所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，所述的延时预定时间为0.5秒。

所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，所述的步骤3中，所检测的零序电流是从馈线首端检测到的零序电流。

所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，所述的步骤1中，注入电流

与故障发生时零序电压

之间的关系为：

其中，Y_A、Y_B、Y_C分别表示配电网所有馈线的A、B、C三相等效对地导纳，Y_N为中性点接地导纳；

为未故障时配电网线路对地导纳不对称产生的零序电压；

其中

分别为三相电源电动势，

为配电网的不平衡度；a＝e^j120°为相量算子；

为系统阻尼率，g_A，g_B，g_C分别表示A、B、C三相等效对地电导；C_A，C_B，C_C分别表示A、B、C三相等效对地电容；ω表示配电网工频角频率；

则抑制零序电压为0时，注入电流满足：

所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，所述的步骤2中，故障选线是根据下式计算线路m的故障系数K_m，并以具有最大K_m值的线路为故障线路：

其中ΔI_0m为发生故障后线路m的零序电流与发生故障前线路m的零序电流之差；ΔI_0n为发生故障后线路n的零序电流与发生故障前线路n的零序电流之差。

所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，当注入电流使零序电压抑制为0时，则任意馈线n的零序电流

表示为：

根据上式计算对应线路的零序电流，以进行故障选线。

本发明的技术效果在于，本发明能够感知的过渡电阻不受系统电容电流水平影响。消除了三相不对称对高阻故障选线的影响，提升了高阻故障时的选线准确率。通过与三相不平衡动态抑制相结合，弥补了注入法实现三相不平衡抑制时，无法识别单相接地故障的缺点。提出的故障选线方法可根据故障点电流大小判断是否应立即切除故障，减少故障电流过大对电气设备造成的危害。

附图说明

图1为本发明实施原理示意图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明实施例中10kV配电网故障选线模型示意图；

图4为线路3发生8kΩ单相接地故障时，各馈线零序电流示意图。

具体实施方式

本发明实施原理如图1所示。配电网在正常运行时通过在中性点并联有源逆变注入装置向中性点注入电流

将零序电压抑制到0，通过检测注入电流与各馈线零序电流是否满足故障条件实现选线。其中，

分别为三相电源电动势，

为零序电压，Y_X1＝g_X1+jωC_X1(X＝A,B,C即A、B、C三相)分别为馈线1三相的对地导纳，ω表示配电网工频角频率，g_X1和C_X1分别为馈线1三相的对地电导与对地电容，Y_Xn＝g_Xn+jωC_Xn(X＝A,B,C即A、B、C三相)分别为馈线n三相的对地导纳，g_Xn和C_Xn分别为馈线n三相的对地电导与对地电容，Y_N为中性点接地导纳，g_f为故障点过渡电导。

三相对地导纳不对称下，零序电压

为：

其中：

为配电网线路对地导纳不对称产生的不平衡电压；Y_A、Y_B、Y_C分别表示配电网所有馈线的A、B、C三相等效对地导纳；

为配电网的不平衡度；a＝e^j120°为相量算子；

为系统阻尼率，配电网的正常阻尼率在2％～5％之间，馈线受潮或绝缘破损时可达10％。

通过有源逆变装置向中性点注入电流

零序电压与注入电流的关系为：

当抑制不平衡过电压为0时，注入电流满足：

此时，馈线n的零序电流

为：

根据式(4)、(5)，若配电网中发生单相接地故障，则故障相的对地导纳必然发生变化，注入电流以及故障线路零序电流也将随之变化，且变化量与对地导纳变化量有关，而非故障馈线由于对地导纳不变，线路零序电流也不变。因此，可以监测注入电流与馈线零序电流的变化量，当变化量超过设定阈值即可实现故障选线。

如图1所示，当馈线n的C相经过渡电导g_f发生单相接地故障，仍将零序电压抑制到0时的注入电流为：

故障馈线n与健全馈线m的零序电流为：

根据式(4)～(8)可以看到，故障后健全馈线零序电流不变，而注入电流与故障馈线零序电流随过渡电阻变化并具有相同的变化量，该变化量即为过渡电导上流过的电流：

由此可以实现单相接地故障的动态感知与故障选线：当注入电流变化量超过整定值即可判断发生单相接地故障，并比较各馈线零序电流变化量，变化量最大的馈线即为故障馈线。

本实施例中，设置整定值为λ＝0.1A，当注入电流变化量大于λ＝0.1A时，认为发生了单相接地故障，并判断零序电流变化量最大的线路为故障线路。故障选线是根据式(11)计算线路m的故障系数K_m，并以具有最大K_m值的线路为故障线路.

选线装置启动判据与故障选线判据分别如式(10)、(11)所示：

ΔI_i＞λ (10)

国标GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》规定：6～66kV配电网故障点残流应不超过10A。由式(9)可知，对于10kV配电网，当过渡电阻小于577.37Ω时故障点电流便大于10A，不利于电弧自行熄灭。因此，当注入电流变化量不小于10A时，选出故障馈线后应立即切除故障馈线，当注入电流变化量小于10A时，故障点可自行熄弧，因此不必立即切除故障线路，延时0.5s后，若注入电流仍然没有恢复至最初值，则切除故障线路，实现故障隔离。

利用PSCAD搭建图3所示的10kV配电网故障选线模型，共3条出线，各馈线参数如表1所示，设置接地故障动态感知判据的整定值λ＝0.1A，故障在0.04s发生。

表1馈线参数

图4为线路3发生8kΩ单相接地故障时，各馈线零序电流；表2为馈线1与馈线3经不同过渡电阻接地时的故障选线结果。

表2馈线1与馈线3经不同过渡电阻接地时的故障选线结果

Claims (9)

1.一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，向中性点注入电流使零序电压抑制为0，记录此时对应的注入电流的值；

步骤2，在保持零序电压抑制为0的情况下，实时监测注入电流相对记录值的变化幅值，若变化幅值超过预设的整定值则跳转步骤3进行故障选线，否则等待注入电流达到稳定后，更新记录的注入电流的值，重新执行步骤2；

步骤3，选择线路零序电流变化量最大的线路为故障馈线并切断线路连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述的步骤2中，等待注入电流达到稳定，是在经过预设时间时注入电流没有变化，即认为注入电流达到稳定。

3.根据权利要求2所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述的预设时间为0.05秒。

4.根据权利要求1所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述的步骤3还包括根据注入电流变化量进行判断的步骤：

在选出线路零序电流变化量最大的线路后，检测注入电流变化量是否超过预设阈值，若超过则立即切断线路连通并返回步骤2，否则延时预定时间后再次检测零序电流变化量是否仍大于预设的整定值，如果大于则切断线路连通，否则返回步骤2。

5.根据权利要求4所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述的延时预定时间为0.5秒。

6.根据权利要求1所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述的步骤3中，所检测的零序电流是从馈线首端检测到的零序电流。

7.根据权利要求1所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述的步骤1中，注入电流

与故障发生时零序电压

之间的关系为：

其中，Y_A、Y_B、Y_C分别表示配电网所有馈线的A、B、C三相等效对地导纳，Y_N为中性点接地导纳；

为未故障时配电网线路对地导纳不对称产生的零序电压；

其中

分别为三相电源电动势，

为配电网的不平衡度；a＝e^j120°为相量算子；

为系统阻尼率，g_A，g_B，g_C分别表示A、B、C三相等效对地电导；C_A，C_B，C_C分别表示A、B、C三相等效对地电容；ω表示配电网工频角频率；

则抑制零序电压为0时，注入电流满足：

8.根据权利要求1所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述的步骤2中，故障选线是根据下式计算线路m的故障系数K_m，并以具有最大K_m值的线路为故障线路：

其中ΔI_0m为发生故障后线路m的零序电流与发生故障前线路m的零序电流之差；ΔI_0n为发生故障后线路n的零序电流与发生故障前线路n的零序电流之差。

9.根据权利要求8所述的一种基于零序残压抑制的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，当注入电流使零序电压抑制为0时，则任意馈线n的零序电流

表示为：

根据上式计算对应线路的零序电流，以进行故障选线。

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