CN114527352A - 一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,只需主动调整配电网零序电压一至两次即可精确测量被测线路不对称度、零序导纳和线路自然不平衡电流。本发明在提出的故障检测方法简单方便,仅依据被测线路不对称度的变化即可精确检测故障发生的线路,不影响系统运行,适用范围极其广泛。本发明针对高阻接地故障和低阻接地故障提出不同故障检测方法,相关技术人员在使用本方法时可针对故障发生前后的零序电压变化量选择合适的故障检测方法,操作简单、易实施。
Description
技术领域
本发明涉及的是配电网接地故障检测技术领域,具体是一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法。
背景技术
我国中压配电网广泛采用非有效接地方式,包括中性点不接地、谐振接地和经电阻接地,非有效接地方式下单相接地故障仍可继续运行一段时间,提高了供电可靠性。现实中,配电线路不换位、与配电网络电磁耦合的设备安装不对称等因素造成配电线路对地分布参数不对称。配电网发生非金属性接地故障尤其是高阻接地故障时,故障引起的不对称分量微弱,系统三相自然不对称产生的零序电流甚至大于系统发生单相高阻接地故障时的零序电流,导致当前高阻接地故障的检测准确率不高。
传统电力系统分析和继电保护技术均是在配电网线路三相分布参数严格对称的基础上进行配电网接地故障检测与保护,然而,受配电线路对地参数不对称的影响,中性点不接地配电网正常运行时各线路依然存在零序电流。配电网零序电压与系统参数总体不对称有关,而每条配电线路零序电流除了受线路自身参数不对称的影响外,各线路的参数不对称还存在相互作用。
经对现有技术领域的检索发现,中国专利申请号为201710220903.4,申请公告号为CN106990324A,专利名称为:一种配电网接地故障检测定位方法,该专利以零序电流作为原始信号数据,通过小波分解的细节系数平方积分作为识别特征指标,适用于故障时零序电流变化明显的电网,但该专利忽略了高阻接地故障时即故障特征量变化不明显的情况,存在理论测量误差。中国专利申请号为201811505511.3,申请公告号为CN109406948A,专利名称为:采用暂态及稳态特征融合的配网单相接地故障检测方法,该专利通过健全馈线和故障馈线的稳态和暂态特征,实现接地故障检测,但该专利未考虑每条配电线路对地分布参数的特征,使得配电网接地故障检测时的精度不够准确;
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提出一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,以解决现有技术对配电网接地故障检测方法存在灵敏性和可靠性不足的问题。
本发明具体采用以下技术方案:
一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,其特征在于,包含以下步骤:
S1:电网正常运行时,通过主动调整配电网零序电压,测取调整前后配电网零序电压分别记为 记配电网中有n条线路,记线路i为被测线路,i=1,..,n;测取调整前后的线路i的零序电流记线路i的不对称度为ρi1、线路的零序导纳为线的对地参数不对称矢量和线路i的自然不平衡电流分别通过式1、式2、式3、式4可计算得到ρi1、
S2:实时监测配电网零序电压,当其不超过α1%倍相电压,判定正常状态;当配电网零序电压大于α1%判定电网发生单相接地故障,进入步骤S3;其中,当配电网零序电压α1%倍相电压与α2%倍相电压之间时,判定电网发生高阻接地故障;若配电网零序电压超过α2%倍相电压,判定电网发生低阻接地故障;
S3:配电网发生单相接地故障,计算被测线路i的不对称度;
S4:根据计算得到的被测线路i的不对称度,进行故障选线、选相和过渡电阻测量。
所述步骤S2中的α1的值为3.5,α2的值为15。
若判定电网发生高阻接地故障,所述步骤S3中被测线路i的不对称度的计算步骤如下:
S3-1-1:主动调整配电网零序电压;
若判定电网发生低阻接地故障,所述步骤S3中被测线路i的不对称度的计算步骤如下:
进一步的,所述步骤S1、S3中的主动调整配电网零序电压,根据不同接地方式,采取适宜的调压方式:
谐振接地系统时,采取调节消弧线圈及其串并阻尼电阻的方式;有源柔性接地系统时,采取调节注入电流的方式;有接地变压器的系统时,采取调节接地变压器绕组分档的方式;中性点不接地系统时,可以在线路侧接入偏置元件的方式。
进一步的,所述步骤S1、S3中的主动调整配电网零序电压,过大零序电压不利于配电网安全,参考GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》,两次主动调整配电网零序电压调节量分别为
所述步骤S4中根据计算得到的被测线路i的不对称度,进行故障选线、选相和过渡电阻测量,其具体步骤如下:
S4-1:当ρi1<γ%时,视该线路对称,即当电网发生高阻接地故障时,若ρi2>ε1%判定该线路为故障线路,当电网发生低阻接地故障时,若ρiE>ε1%判定该线路为故障线路;
当ρi1≥γ%,视该线路不对称度较大,基于线路不对称度的故障选线判据为ε2%,即当电网发生高阻接地故障时,以|ρi2-ρi1|≥ε2%判定该线路为故障线路,当电网发生低阻接地故障时,以|ρiE-ρi1|≥ε2%判定该线路为故障线路;
S4-2:通过式9可进行故障选相:
当左侧计算得到的相位与的相位一致,判定线路i的A相发生接地故障且GB=GC=0;当左侧计算得到的相位与的相位一致,判定线路i的B相发生接地故障且GA=GC=0;当左侧计算出的相位与的相位一致,判定线路i的C相发生接地故障且GA=GB=0;
S4-3:根据步骤S4-2判定得到的故障相,通过式10可实现对过渡电阻的计算测量:
进一步的,所述步骤S4-1中,γ=0.5,ε1=3.5,ε2=τ·3.5,τ为值大于1的系数。
本发明具有以下有益效果:
1、与现有技术作比较,本发明充分考虑配电网在运行时各条线路由于分布参数不对称而导致的各条线路不对称度、自然不平衡电流存在的差异性,并提出基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法;
2、本发明可精确测量被测线路自然不平衡电流和不对称度,在电气参量变化明显的低阻接地故障和电气参量变化微弱的高阻接地故障时均可使用,仅需主动调整配电网零序电压一至两次即可实现其精确计算,不需要对零序电压反复操作;
3、本发明提出的故障检测方法简单方便,仅依据被测线路不对称度的变化即可精确检测故障发生的线路,不影响系统运行,适用范围极其广泛。
4、本发明对配电网发生单相接地故障时进行有效分类,针对高阻接地故障和低阻接地故障提出不同故障检测方法,相关技术人员在使用本方法时可针对故障发生前后的零序电压的变化量选择合适的故障检测方法,操作简单、易实施;
附图说明
图1是基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法流程图;
图2是仿真系统拓扑结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述地实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部地实施例。基于本发明中地实施例,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地所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
附图1为基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法流程图。
本发明提出一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,该方法包含以下步骤:
S1:电网正常运行时,通过主动调整配电网零序电压,测取调整前后配电网零序电压分别记为 记配电网中有n条线路,记线路i为被测线路,i=1,...,n;测取调整前后的线路i的零序电流记线路i的不对称度为ρi1、线路的零序导纳为线的对地参数不对称矢量和线路i的自然不平衡电流分别通过式1、式2、式3、式4可计算得到ρi1、
S2:实时监测配电网零序电压,当其不超过α1%倍相电压,判定正常状态;当配电网零序电压大于α1%判定电网发生单相接地故障,进入步骤S3;其中,当配电网零序电压α1%倍相电压与α2%倍相电压之间时,判定电网发生高阻接地故障;若配电网零序电压超过α2%倍相电压,判定电网发生低阻接地故障;
S3:配电网发生单相接地故障,计算被测线路i的不对称度;
S4:根据计算得到的被测线路i的不对称度,进行故障选线、选相和过渡电阻测量。
所述步骤S2中的α1的值为3.5,α2的值为15。
若判定电网发生高阻接地故障,所述步骤S3中被测线路i的不对称度的计算步骤如下:
S3-1-1:主动调整配电网零序电压;
若判定电网发生低阻接地故障,所述步骤S3中被测线路i的不对称度的计算步骤如下:
进一步的,所述步骤S1、S3中的主动调整配电网零序电压,根据不同接地方式,采取适宜的调压方式:
谐振接地系统时,采取调节消弧线圈及其串并阻尼电阻的方式;有源柔性接地系统时,采取调节注入电流的方式;有接地变压器的系统时,采取调节接地变压器绕组分档的方式;中性点不接地系统时,可以在线路侧接入偏置元件的方式。
进一步的,所述步骤S1、S3中的主动调整配电网零序电压,过大零序电压不利于配电网安全,参考GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》,两次主动调整配电网零序电压调节量分别为
所述步骤S4中根据计算得到的被测线路i的不对称度,进行故障选线、选相和过渡电阻测量,其具体步骤如下:
S4-1:当ρi1<γ%时,视该线路对称,即当电网发生高阻接地故障时,若ρi2>ε1%判定该线路为故障线路,当电网发生低阻接地故障时,若ρiE>ε1%判定该线路为故障线路;
当ρi1≥γ%,视该线路不对称度较大,基于线路不对称度的故障选线判据为ε2%,即当电网发生高阻接地故障时,以|ρi2-ρi1|≥ε2%判定该线路为故障线路,当电网发生低阻接地故障时,以|ρiE-ρi1|≥ε2%判定该线路为故障线路;
S4-2:通过式9可进行故障选相:
当左侧计算得到的相位与的相位一致,判定线路i的A相发生接地故障且GB=GC=0;当左侧计算得到的相位与的相位一致,判定线路i的B相发生接地故障且GA=GC=0;当左侧计算出的相位与的相位一致,判定线路i的C相发生接地故障且GA=GB=0;
S4-3:根据步骤S4-2判定得到的故障相,通过式10可实现对过渡电阻的计算测量:
进一步的,所述步骤S4-1中,γ=0.5,ε1=3.5,ε2=τ·3.5,τ为值大于1的系数。
上式中,YAi、YBi、YCi为被测线路i的各相电力线路对地分布导纳。
将式d带入式b,整理得:
再将式e带入式e得:
联立式c与式f得到正常运行时线路i的不对称度ρi1:
利用MATLAB/Simulink仿真验证本发明提出基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,图2为仿真系统拓扑结构图,仿真系统为10kV配电网,具体参数设置见表1:
表1仿真系统零序参数设置
为了验证线路绝缘参数包括线路i的零序导纳线路对地参数不对称矢量和线路自然不平衡电流和不对称度ρ测量的准确性,调节仿真系统的零序电压,测取调压前后线路零序电流,并根据本发明的测量计算方法进行计算,并将计算结果与系统设置实际值作误差分析,采取调整中性点接地阻抗的方式改变零序电压,具体为中性点经800Ω电阻接地和过补偿为15%的经消弧线圈接地,仿真结果见表2、表3、表4:
表2线路零序导纳计算仿真结果
表3线路自然不平衡电流计算仿真结果
表4线路对地参数不对称度计算仿真结果
由表2、表3、表4可知,本发明可较为准确的、独立的测量配电线路绝缘参数,包括零序导纳、线路参数不对称度等。
Claims (8)
1.一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,其特征在于,包含以下步骤:
S1:电网正常运行时,通过主动调整配电网零序电压,测取调整前后配电网零序电压分别记为记配电网中有n条线路,记线路i为被测线路,i=1,...,n;测取调整前后的线路i的零序电流记线路i的不对称度为ρi1、线路i的零序导纳为线路i的对地参数不对称矢量和线路i的自然不平衡电流分别通过式1、式2、式3、式4可计算得到ρi1、
S2:实时监测配电网零序电压,当其不超过α1%的相电压,判定正常状态,当配电网零序电压大于α1%判定电网发生单相接地故障,进入步骤S3;其中,当配电网零序电压α1%倍相电压与α2%倍相电压之间时,判定电网发生高阻接地故障;若配电网零序电压超过α2%倍相电压,判定电网发生低阻接地故障;
S3:配电网发生单相接地故障,计算被测线路i的不对称度;
S4:根据计算得到的被测线路i的不对称度,进行故障选线、选相和过渡电阻测量。
2.根据权利要求1所述的一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,其特征在于,所述步骤S2中的α1的值为3.5,α2的值为15。
5.根据权利要求1所述的一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,其特征在于,所述步骤S1、S3中的主动调整配电网零序电压,根据不同接地方式,采取适宜的调压方式:
谐振接地系统时,采取调节消弧线圈及其串并阻尼电阻的方式;有源柔性接地系统时,采取调节注入电流的方式;有接地变压器的系统时,采取调节接地变压器绕组分档的方式;中性点不接地系统时,可以在线路侧接入偏置元件的方式。
7.根据权利要求1所述的一种基于线路不对称度的配电网单相接地故障检测方法,其特征在于,所述步骤S4中根据计算得到的被测线路i的不对称度,进行故障选线、选相和过渡电阻测量,其具体步骤如下:
S4-1:当ρi1<γ%时,视该线路对称,即当电网发生高阻接地故障时,若ρi2>ε1%判定该线路为故障线路,当电网发生低阻接地故障时,若ρiE>ε1%判定该线路为故障线路;
当ρi1<γ%时,视该线路不对称度较大,基于线路不对称度的故障选线判据为ε2%,即当电网发生高阻接地故障时,以|ρi2-ρi1|≥ε2%判定该线路为故障线路,当电网发生低阻接地故障时,以|ρiE-ρi1|≥ε2%判定该线路为故障线路;
S4-2:通过式9可进行故障选相:
当左侧计算得到的相位与的相位一致,判定线路i的A相发生接地故障且GB=GC=0;当左侧计算得到的相位与的相位一致,判定线路i的B相发生接地故障且GA=GC=0;当左侧计算出的相位与的相位一致,判定线路i的C相发生接地故障且GA=GB=0;
S4-3:根据步骤S4-2判定得到的故障相,通过式10可实现对过渡电阻的计算测量:
8.根据权利要求6所述步骤S4中根据计算得到的被测线路i的不对称度,进行故障选线、选相和过渡电阻测量的具体步骤,其特征在于,γ=0.5,ε1=3.5,ε2=τ·3.5,τ为值大于1的系数。
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