CN1397807A - 小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法 - Google Patents

小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法，其步骤为：1)监测馈线上各配电开关处的零序电压和零序电流；2)零序电压大于整定值则判定系统故障；3)计算故障前后流过各开关的零序电流变化量，求出由区段的各分段开关流入该区段的零序电流；4)根据馈线上流入各区段零序电流的幅值、相位特征可判定该馈线故障状态并定位故障区段。本发明只需测量一条馈线上各分段开关处的零序电流和零序电压，即可实现对此馈线单相接地故障判断和区段定位。本发明方法适用于各种小电流接地系统，它采用各开关互相通信的原理，符合了配电自动化向分布式控制发展的要求。

Description

小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法
技术领域
本发明涉及配电系统故障区段定位隔离技术及电力系统继电保护技术，具体地说就是一种小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法。
2000年09月06日公开、申请号为0114452.9的发明专利申请提供了一种“小电流接地系统接地保护方法”，其步骤为：①监测系统的零序电压、各馈线的零序电流，选择监测各相电压和各馈线零序电流；②零序电压大于整定值则判定系统故障；③计算故障发生前后各馈线负序电流变化量；④某馈线负序电流变化量大于精确工作电流时，分别可根据负序电流大小、方向或能量函数判定该线路故障。上述专利申请及现有的单相接地保护仅实现接地故障选线的功能，一般需采集并比较各出线的电量信息，才能确定单相接地故障线路，不能适应馈线自动化故障区段自动识别隔离的发展要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法，以克服上述现有技术的不足，实现故障区段的快速识别和隔离。
一种小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法，包括如下步骤：(1)在线监测一条馈线上出线开关和各分段开关处的零序电压和零序电流；(2)零序电压大于整定值时，判定系统故障，以零序电压突变时刻为故障发生时刻；(3)计算故障后流过各开关零序电流变化量，并计算流入各区段零序电流；(4)记馈线上流入各区段零序电流幅值的最大值为IOMAX，IOMAX与馈线上流入其他区段零序电流幅值的平均值的比值为KM，此馈线的最长区段长度与其他区段长度平均值的比值为DM；若KM＞KKDM，判定单相接地故障点在此馈线上，满足该条件的区段为故障区段，上式中KK为可靠系数。考虑到目前10kV系统一般满足单相金属接地故障电流大于2A，区段最大长度小于5kM，一般KK可取3。
上述步骤(4)可以替换为：记馈线上流入各区段零序电流幅值的最大值为IOMAX，IOMAX对应的流入区段零序电流与零序电压夹角为φ；在中性点不接地系统中，若sinφ＞0，判定单相接地故障点在此馈线上，满足该条件的区段为故障区段；在中性点经电阻接地系统和中性点经消弧线圈接地系统中，若cosφ＜0，判定单相接地故障点在此馈线上，满足该条件的区段为故障区段。
本发明只需测量一条馈线上各分段开关处的零序电流和零序电压，即可实现对此馈线单相接地故障判断和区段定位。流入故障区段的零序电流约为接地故障电流，两者方向相同；流入非故障区段的零序电流很小，超前零序电压90度。采用本发明方法进行接地保护，保护精度只与接地故障残流(接地稳态电流)有关，因此本发明方法适用于各种小电流接地系统。同时，本方法采用各开关互相通信的原理，符合了配电自动化向分布式控制发展的要求。
以两条出线的小配电网系统为例，两出线均分为三个区段。记录区段的各分段开关流入该区段的零序电流为流入区段零序电流。设系统的e区段某处c相发生单相接地，零序等效网络如图1。图中节点1、4为出线断路器，节点2、3、5、6为线路分段开关；ZN为中性点接地元件等效阻抗(对于中性点不接地系统ZN＝∞)，R为接地点过渡电阻： 为系统零序电压， (j＝1，2，3，4，5，6)为流过各开关的零序电流， (i＝a，b，c，d，e，f)为流过各区段单相对地电容的电流，为流入故障点的零序电流。流入各区段零序电流 (i＝a，b，c，d，e，f)为：I·0a=I·01-I·02-I·03=I·0ca]]>I·0b=I·02=I·0cb]]>I·0c=I·03=I·0cc]]>I·0d=I·04-I·05=I·0cd]]>I·0e=I·05-I·06=I·0ce-I·F0]]>I·0f=I·06=I·0cf]]>流入故障区段零序电流约为接地故障电流，两者方向相同；流入非故障区段零序电流很小，超前零序电压90度。采用上述方法进行接地保护，保护精度只与接地故障残流有关，因此上述方法适用于各种小电流接地系统。
下面对采用不同接地方式的3个10kV系统进行分析，各系统描述如下：各系统中性点接地元件等效阻抗记为ZN；系统所有出线均折算为架空线，其中一条架空出线M分为三个区段La＝2km，Lb＝3km，Lc＝1km，则根据馈线M的各区段长度，得DM＝2。(1)系统1为中性点不接地方式(ZN＝∞)，架空出线总长为18km。(2)系统2为中性点高阻接地方式，ZN＝RN＝2000Ω，架空出线总长为81km。(3)系统3为中性点经消弧线圈接地方式，ZN＝6000+j345.4Ω，架空出线总长为506km。
对系统1中馈线M的区段b发生单相接地故障，接地点过渡电阻R＝5Ω的情况仿真，流入各区段零序电流如图2。图中流入故障区段b零序电流i0b与流入健全区段零序电流i0a、i0c幅值差异明显，相位相反。
对系统1、2、3中单相接地故障发生在线路M的b区段，R＝5Ω的情况，R＝2000Ω的情况；单相接地故障发生在其他线路的情况进行仿真，所有仿真结果汇总如表1。表中I0a为流入区段a的零序电流，I0b为流入区段b的零序电流，I0c为流入区段c的零序电流，φb为流入区段b零序电流与零序电压的夹角。由表1的结果可知，在接地点过渡电阻R＝5Ω和R＝2000Ω的情况下，KM和IOMAX对应的φb仅有微小变化，运用流入区段零序电流的幅值、相位特征可以准确判断单相接地故障区段，上述方法具有很强的抗接地过渡电阻能力。
该方法能实现小电流接地系统馈线接地故障区段的准确定位，克服了传统的小电流接地系统接地保护需采集并比较各出线的电量信息，且仅能实现接地故障选线的不足。
表1单相接地仿真结果汇总

Claims (2)

1.一种小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法，包括如下步骤：(1)在线监测一条馈线上出线开关和各分段开关处的零序电压和零序电流；(2)零序电压大于整定值时，判定系统故障，以零序电压突变时刻为故障发生时刻；(3)计算故障后流过各开关零序电流变化量，并计算流入各区段零序电流；(4)记馈线上流入各区段零序电流幅值的最大值为IOMAX，IOMAX与馈线上流入其他区段零序电流幅值的平均值的比值为KM，此馈线的最长区段长度与其他区段长度平均值的比值为DM；若KM＞KKDM，判定单相接地故障点在此馈线上，满足该条件的区段为故障区段，上式中KK为可靠系数。
2.根据权利要求1所述的一种小电流接地系统馈线接地故障区段定位方法，其特征在于：步骤(4)可以替换为：记馈线上流入各区段零序电流幅值的最大值为IOMAX，IOMAX对应的流入区段零序电流与零序电压夹角为φ；在中性点不接地系统中，若sinφ＞0，判定单相接地故障点在此馈线上，满足该条件的区段为故障区段；在中性点经电阻接地系统和中性点经消弧线圈接地系统中，若cosφ＜0，判定单相接地故障点在此馈线上，满足该条件的区段为故障区段。
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