CN112986862B - 基于中性点电阻控制的配电网故障指示器灵敏度提升方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小电流接地系统的单相接地故障识别方法，控制器通过控制各断路器的开断和闭合实现各个中性点接地电阻的投切，并根据母线零序电压确定中性点接地电阻是否投入，根据出线零序电流大小确定投入中性点接地电阻的数量，从而增大各故障指示器所在处的故障电流，提升故障指示器的灵敏度，准确定位故障区段。本发明解决了现有技术中故障指示器灵敏度不足、故障区段定位不准确等问题，通过改变中性点接线方式实现故障指示器灵敏度的提高，具有广泛的适用性和较强的可行性。

Description

基于中性点电阻控制的配电网故障指示器灵敏度提升方法
技术领域
本发明涉及电力系统故障识别领域，具体涉及一种基于中性点电阻控制的配电线路故障指示器灵敏度提升方法。
背景技术
随着经济社会的高速发展，人民生活对电能的依赖，我国电力行业也不断地发展，电力网已趋向于“高电压、大容量、宽范围”的规划方向，对供电安全的可靠性要求必须提高。配电网直接为用户提供电能，其运行的安全可靠性直接影响到用户的经济损失以及生活质量。目前，我国配电网广泛采用小电流接地方式，包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经高阻接地。然而，在这种接地方式中，单相接地故障率最高。据电力运行部门的故障统计，小电流接地系统单相接地故障发生率约为80％。
小电流接地系统发生单相接地故障时经线路对地电容形成电流回路，电网线电压仍然对称，不影响对用户的正常供电，因此允许电网继续运行1～2h。然而，发生单相接地故障后，非故障相电压升高为线电压，且间歇性弧光接地可能引起电弧接地过电压。随着馈线的增多，电容电流增大，长时间带故障运行容易导致故障扩大为两点或多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。不论是从安全方面还是经济方面考虑，都应尽可能缩短系统带故障运行时间。因此，及时确定故障区段并切除故障尤为重要。
由于在小电流接地系统中，零序电流普遍较小，导致了零序电流保护的灵敏度要求较高，不能满足故障隔离和识别的要求。此外，受过渡电阻的影响，接地故障特征更为微弱，给故障选线和定位都带来了较大的困难。本领域技术人员也对此进行了大量研究，已提出了基于稳态分量、暂态分量以及人工智能算法等多种选线方法。然而在实际工程应用中，受数据获取途径、信号干扰、复杂工况等多种因素影响，均存在一定的局限性。因此，在保证可行性的同时，有必要对故障识别灵敏度的提高方法进行研究。
综上所述，由于小电流接地系统配电线路单相接地故障时故障电流小，故障指示器灵敏度较低，当故障发生时指示故障区段。因此，如何根据微弱故障电流，快速可靠地识别配电网接地故障，并实现准确的故障区段定位，成为了本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明提供了一种基于中性点电阻控制的配电网故障指示器灵敏度提升方法，解决如何提高故障指示器的灵敏度的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于中性点电阻控制的配电线路故障指示器灵敏度提升方法，通过中性点接地电阻提供过压保护，通过线缆出口处的故障指示器对故障进行指示，所述中性点接地电阻为对地支路阻抗可变的电阻装置；所述中性点接地电阻串联接地总开关；控制器根据母线零序电压判断是否发生单相接地故障；若否，则断开接地总开关；若是，则闭合接地总开关，并根据出线零序电流调控所述中性点接地电阻的对地支路阻抗，从而将出线零序电流升高至超过故障指示器的动作阈值，使故障指示器得以识别故障。
进一步的，单相接地故障的判断条件如下：
U0＞Kre1Uunb；
式中，U0为母线零序电压；Uunb为配电网正常运行时母线最大不平衡电压；Krel为可靠系数，取1.1～1.2。
进一步的，所述中性点接地电阻包括n个串联连接的接地电阻，每个接地电阻均并联有各自的断路器；控制器根据出线零序电流的大小控制断路器的断开数量，从而控制接地电阻的投入数量，使中性点接地电阻的对地支路阻抗得到调节。
进一步的，所述中性点接地电阻包括n个串联连接的接地电阻，其中，前n-1个接地电阻均并联有各自的断路器，第n个接地电阻直接与接地点相连，并且第n个接地电阻不并联断路器；控制器根据出线零序电流的大小控制断路器的断开数量，从而控制接地电阻的投入数量，使中性点接地电阻的对地支路阻抗得到调节。
进一步的，控制器按如下策略控制接地电阻的投入数量：先投入全部接地电阻，然后再逐次减少接地电阻的投入数量，直到出线零序电流大于故障指示器的动作阈值。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括：
1、本发明通过对中性点接地电阻接线方式进行改造，实现了故障指示器灵敏度的提升。由于当小电流接地系统发生单相接地故障时，故障线路零序电流最大等于除故障线路外系统的电容电流大小，且过渡电阻越大，零序电流越小，导致了故障指示器灵敏度较差。而现有普遍使用的零序电流保护的灵敏度和可靠性也受此限制，难以满足实际工程应用的需求。因此，与现有方法相比，本发明在中性点对地支路中接入可控的接地电阻，在发生接地故障时，接地电阻电流为故障电流提供了助增，提高了故障指示器的灵敏度。
2、本发明利用控制器实现各断路器的动作，能够灵活改变中性点接地电阻的接入情况。我国配电网普遍采用中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地三种典型接地方式，但其中性点对地支路阻抗均固定不变。与现有方法相比，本发明在中性点对地支路中加入断路器和控制器灵活改变中性点对地阻抗，从而根据需求实现故障电流大小的改变。
3、本发明基于中性点电阻控制的配电线路故障指示器灵敏度提升方法中，中性点对地支路可接入多个电阻，且各中性点接地电阻投入与否均可控，拓扑灵活可调。
4、本发明实施方式明确，仅需对配电网中性点进行改造，且该接线方式简单明了，适用于各种电压等级、网架结构的配电网，保证了本发明的可行性。
附图说明
图1为本具体实施方式中10kV配电网模型的故障识别原理示意图。
具体实施方式
一种基于中性点电阻控制的配电线路故障指示器灵敏度提升方法，通过中性点接地电阻提供过压保护，通过线缆出口处的故障指示器对故障进行指示。根据线路数量设置故障指示器数量，各馈线出口处、分支线路出口处均接有故障指示器FD1、FD2、…、FDm，其中m为故障指示器总个数。
中性点接地电阻为对地支路阻抗可变的电阻装置，中性点接地电阻串联接地总开关。中性点接地电阻可采用如下三种结构形式：1)所述中性点接地电阻为可变电阻器，可变电阻器的阻抗调节方法为现有技术，在此不再赘述。2)所述中性点接地电阻包括n个串联连接的接地电阻，每个接地电阻均并联有各自的断路器；控制器根据出线零序电流的大小控制断路器的断开数量，从而控制接地电阻的投入数量，使中性点接地电阻的对地支路阻抗得到调节。3)所述中性点接地电阻包括n个串联连接的接地电阻，其中，前n-1个接地电阻均并联有各自的断路器，第n个接地电阻直接与接地点相连，并且第n个接地电阻不并联断路器；控制器根据出线零序电流的大小控制断路器的断开数量，从而控制接地电阻的投入数量，使中性点接地电阻的对地支路阻抗得到调节。
第三种中性点接地电阻结构与第二种中性点接地电阻结构的区别在于：一旦发生单相接地故障，始终能保证第n个接地电阻投入，从而提高了安全性。当然，为了提高第二种结构的安全性，也可以通过控制第n个接地电阻的并联继电器始终保持断开来实现。
控制器根据母线零序电压判断是否发生单相接地故障；若否，则断开接地总开关；若是，则闭合接地总开关，并根据出线零序电流调控所述中性点接地电阻的对地支路阻抗，从而将出线零序电流升高至超过故障指示器的动作阈值，使故障指示器得以识别故障。单相接地故障的判断条件如下：
U0＞Kre1Uunb；
式中，U0为母线零序电压；Uunb为配电网正常运行时母线最大不平衡电压；Krel为可靠系数，取1.1～1.2。
下面以10kV配电网模型为例对故障识别方法进行具体说明。如图1所示，T1为主变压器，T2为接地变压器，出线1长度为10km，出线2长度为8km，F点表示接地故障点。出线1与出线2的出口处分别设置故障指示器FD1、FD2。中性点对地支路串联接入了两个接地电阻，RD1为10Ω、RD2为20Ω。接地电阻RD1并联有断路器DLR1。在中性点对地支路中串联接入总断路器DL1。所有断路器均受控制器CDLR控制，实现闭合和断开操作。控制器CDLR通过检测母线零序电压确定中性点电阻是否投入。若母线零序电压满足投入条件，则投入中性点电阻；否则，不投入中性点电阻。本实施例中，Uunb为5V，Krel取1.1，投入条件为U0＞5.5V。
控制器CDLR通过监测出线零序电流确定投入接地电阻的数量。若I0＜IFD，则闭合DL1，投入所有中性点电阻；若则闭合DLR1，投入后n-1个中性点电阻，以此类推。其中，IFD为故障指示器动作阈值，I0为投入中性点接地电阻前的出线零序电流，/>为投入n个接地电阻后的出线零序电流。
正常运行时，断路器DL1、DLR1均处于断开状态，当F点发生经100Ω过渡电阻接地故障时，控制器CDLR检测母线零序电压为8106V，满足投入条件。监测出线2零序电流I0为6.8A，IFD为30A。由于I0＜IFD，控制器CDLR闭合断路器DL1，投入RD1和RD2；再次监测出线2零序电流为88.3A，此时/>说明已满足故障指示器动作阈值，使故障指示器得以识别故障，根据故障指示器的位置就能判断故障发生的线路，从而对故障进行定位。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于中性点电阻控制的配电网故障指示器灵敏度提升方法，通过中性点接地电阻提供过压保护，通过线缆出口处的故障指示器对故障进行指示，其特征在于：所述中性点接地电阻为对地支路阻抗可变的电阻装置；所述中性点接地电阻串联接地总开关；控制器根据母线零序电压判断是否发生单相接地故障；若否，则断开接地总开关；若是，则闭合接地总开关，并根据出线零序电流调控所述中性点接地电阻的对地支路阻抗，从而将出线零序电流升高至超过故障指示器动作阈值，使故障指示器得以识别故障；
其中，所述中性点接地电阻包括n个串联连接的接地电阻，每个接地电阻均并联有各自的断路器；控制器根据出线零序电流的大小控制断路器的断开数量，从而控制接地电阻的投入数量，使中性点接地电阻的对地支路阻抗得到调节；
或者，所述中性点接地电阻包括n个串联连接的接地电阻，其中，前n-1个接地电阻均并联有各自的断路器，第n个接地电阻直接与接地点相连，并且第n个接地电阻不并联断路器；控制器根据出线零序电流的大小控制断路器的断开数量，从而控制接地电阻的投入数量，使中性点接地电阻的对地支路阻抗得到调节；
控制器按如下策略控制接地电阻的投入数量：若I0≤IFD，投入全部接地电阻；其中，I0为投入中性点接地电阻前的出线零序电流，IFD为故障指示器的动作阈值；然后再逐次减少接地电阻的投入数量，直到出线零序电流大于故障指示器的动作阈值；若则无需继续减少接地电阻的投入数量；/>为投入n个接地电阻后的出线零序电流。
2.根据权利要求1所述的基于中性点电阻控制的配电网故障指示器灵敏度提升方法，其特征在于：单相接地故障的判断条件如下：
U0＞Kre1Uunb；
式中，U0为母线零序电压；Uunb为配电网正常运行时母线最大不平衡电压；Krel为可靠系数，取1.1～1.2。
3.根据权利要求1所述的基于中性点电阻控制的配电网故障指示器灵敏度提升方法，其特征在于：每次减少的投入数量为1个。
4.根据权利要求1所述的基于中性点电阻控制的配电网故障指示器灵敏度提升方法，其特征在于：所述中性点接地电阻为可变电阻器。
5.根据权利要求1所述的基于中性点电阻控制的配电网故障指示器灵敏度提升方法，其特征在于：所述接地总开关采用断路器。
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