CN1800867A

CN1800867A - 中低压配电网单相接地故障选线方法

Info

Publication number: CN1800867A
Application number: CN 200510132179
Authority: CN
Inventors: 陈玉国; 崔建江; 李文奎
Original assignee: Shandong Dachi Electric Co Ltd
Current assignee: Shandong Dachi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2006-07-12

Abstract

本发明涉及一种电网故障检测装置，具体来说是一种中性点不接地、消弧线圈接地或高阻接地系统中低压配电网单相接地故障选线方法。本发明可以作为单相接地保护继电器的保护原理，在系统出现单相接地故障时，能够快速确定故障线路或故障区段，进一步自动或人工指令相应断路器、开关操作切除故障线路或隔离故障区段。利用本发明的方法进行单相接地故障选线或分段时，各馈线的零序电流在投影轴上的余弦分量最大、易于检测；不受系统中性点接地方式、电压互感器或电流互感器极性的影响；幅值信号更加丰富、适用面广，故障选线时，不需要考虑极性的影响。

Description

中低压配电网单相接地故障选线方法

技术领域

本发明涉及一种电网故障检测装置，具体来说是一种中性点不接地、消弧线圈接地或高阻接地系统中低压配电网单相接地故障选线方法。

技术背景

我国配电系统大多采用中性点不接地或消弧线圈接地(谐振接地)处理方式。单相接地故障是小电流接地系统中发生几率较高的一种故障，由于单相接地故障电流仅为系统分布电容电流或消弧线圈补偿后的残余电流，所以单相接地故障的检测一直是继电保护中难以解决的问题，而且，判断的依据相对复杂。

中性点不接地电网中，已提出了多种基于故障零序稳态量和暂态量的选线方法，并有多种选线装置应用于实际系统中，但选线准确率仍然不高，例如：注入法方法在一定程度上改善了选线装置的动作正确率，但由于注入信号微弱及受过渡电阻和分布电容的影响，也没有达到理想的选线准确率。

中低压配电网系统的单相接地故障选线原理已经有一些方法，如中性点不接地系统利用零序电流的稳态和暂态无功分量法以及能量法；中性点经消弧线圈接地系统利用零序电流的五次谐波法、有功分量方向法、暂态无功分量法及能量法；也有使用系统的零序导纳、阻尼率和负序电流等物理量进行选线。基于多种故障特征的综合型选线方案、基于外加诊断信号的注入法以及新兴的小波变换等数字信号处理方法，造成单相接地故障选线准确率低的原因，除了装置工作环境噪声污染严重外，一个重要的原因就是装置的安装需要考虑电压互感器或电流互感器的极性，一旦极性接错，就得不到正确得选线结果。例如利用零序电流的有功功率方向，以零序电压作为参考量，比较故障线路的零序电流与零序电压的相位和非故障线路与零序电压的相位关系进行选线，如果电压互感器的极性接反或有的电流互感器的极性接反将不能正确地确定故障线路。计算所有馈线中零序有功电流的相量和，并选取该相量和的垂直线作为参考轴，再对所有馈线的基波零序电流在参考轴的投影上进行比较。故障馈线接地电流的投影与各条非故障馈线零序电流的投影不仅相位相反，而且数值也大。若馈线上的电流互感器接反，也将不能实现正确的故障选线。

随着配电自动化的发展和故障管理功能的不断完善，如何对单相接地故障实现故障线路的快速选定、隔离并恢复非故障线路的供电，而不仅是局限于传统的故障选线，成为业内技术人员研究的主要课题。

发明内容

本发明克服了上述缺点，提供一种操作简便，检测准确率高的，中性点不接地、消弧线圈接地(谐振接地)、经高阻接地等形式的中低压配电网单相接地故障选线方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：包括以下步骤：

1)实时检测各馈线的零序电流矢量和有功分量；

2)以零序电压矢量方向作为参考轴，计算各馈线的零序电流相对于零序电压的余弦分量；

3)将各馈线中的零序电流相对于所述参考轴的余弦分量进行比较，其中，余弦分量的数值最大的馈线判断为故障线路的。

还可包括根据对各馈电线路的检测出的零序电流判断出的故障信息，具体过程为：检测各馈线零序电流的有功分量比幅，作为故障选线、分段依据。

对中性点经消弧线圈接地系统和经高阻接地系统，各馈线零序电流在参考轴上的投影计算方法可以如下：

I_i＝|I_0icos_i|，(i＝1，2，…，n)

I_i(i＝1，2，…，n)中最大者为故障线路。

对于中性点不接地系统，各馈线零序电流在参考轴上的投影计算方法可以如下：

cos^i(i＝1，2，…，n)，都取1，则

I_i＝I_0i(i＝1，2，…，n)

I_i(i＝1，2，…，n)中最大者为故障线路。

本发明是利用比较故障产生的各馈线的零序电流相对于参考轴的余弦分量作为判断依据，通过在馈线出口或线路上按区段安装的在线监测装置，实现中低压配电网单相接地故障选线。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

对中性点经消弧线圈接地系统，目前主要采用消弧线圈并(串)电阻运行的派生方式，且消弧线圈本身的有功成分较大(实测单相接地时其有功电流达2～3A)。当此系统发生接地故障时，故障线路始端所反映的零序电流在参考轴上的投影数值会很大，非故障线路始端所反映的零序电流主要是容性的，在参考轴上的投影很小。

对中性点经高阻接地系统，中性点电阻流过阻性电流，该电流经故障线路流通而不经过非故障线路。故障线路始端所反映的零序电流既有阻性电流又有容性电流，在参考轴上的投影数值会很大，非故障线路的始端所反映的零序电流主要是容性的，在参考轴上的投影数值很小。

对中性点不接地系统，当发生接地故障时，流过故障和非故障线路的零序电流皆容性且故障线路的零序电流为所有非故障线路零序电流的和在投影轴上的投影数值都很小。各馈线零序电流任意方向旋转90°后再投影，因故障线路的零序电流为所有非故障零序电流之和，在参考轴上的投影数值最大。

可以作为单相接地保护继电器的保护原理，在系统出现单相接地故障时，能够快速确定故障线路或故障区段，进一步自动或人工指令相应断路器、开关操作切除故障线路或隔离故障区段。

综上所述，利用本发明的方法进行单相接地故障选线或分段时，各馈线的零序电流在投影轴上的余弦分量最大、易于检测；不受系统中性点接地方式、电压互感器或电流互感器极性的影响；幅值信号更加丰富、适用面广，故障选线时，不需要考虑极性的影响。

附图说明

图1为中性点非有效接地系统零序等效网络图；

图2中性不接地系统零序电流投影矢量图；

图3中性经消弧线圈接地系统零序电流投影矢量图；

图4中性点经高阻接地系统零序电流投影矢量图；

图5中性点经消弧线圈或高阻接地系统单相接地零序电流投影值波形；

图6中性点不接地系统单相接地零序电流投影值波形。

R_g为接地点过渡电阻，C_I，C_II，C_III为线路对地分布电容，₀为母线零序电压，线路电流，为零序电流，Z_L为消弧线圈阻抗，R_N中性点接地电阻。

具体实施方式

以下根据具体实施例对本发明内容做进一步描述。在电网馈线出口或线路上按区段安装在线监测装置，当电网中出现较高零序电压(排除TV二次回路断线)时，如3U。＞20～30V，就可认为电网中发生了单相接地故障。

如图1中所示为中性点非有效接地系统零序等效网络图，本发明通过以下步骤实现对中性点不接地、消弧线圈接地(谐振接地)、经高阻接地等形式的中低压配电网单相接地故障的选线：

1)实时检测各馈线的零序电流矢量和有功分量，其中零序电流为矢量为：i0＝ia+ib+ic(矢量和)

从电压互感器PT开口三角处取得零序电压₀，由每条馈线的零序电流互感器CT获得其零序电流 n为母线上的所有馈线数。用傅立叶算法算出零序电流压和每条出线零序电流的基波幅值和相角。其具体计算过程为：

周期采样的电流值：i1，i2，i3，......，i20；

周期采样的电压值：u1，u2，u3，.......，u20。

根据傅氏算法的理论公式，可以得出每一相电流或电压向量得实部(用r表示)与虚部(用i表示)分量。如电流为：

I_{r} = \frac{1}{10} [0.951 (i_{1} + i_{19} - i_{9} - i_{11}) + 0.809 (i_{2} + i_{18} - i_{8} - i_{12}) +

0.588 (i_{3} + i_{17} - i_{7} - i_{13}) + 0.309 (i_{4} + i_{16} - i_{6} - i_{14}) +

(i_{20} - i_{10})]

I_{i} = \frac{1}{10} [0.309 (i_{1} + i_{9} - i_{11} - i_{19}) + 0.588 (i_{2} + i_{8} - i_{12} - i_{18}) +

0.809 (i_{3} + i_{7} - i_{13} - i_{17}) + 0.951 (i_{4} + i_{6} - i_{14} - i_{16}) +

(i_{5} - i_{15})]

电压分量与电流分量相同，电流、电压有效值以及初始相位角为：

I = \sqrt{I_{r}^{2} + I_{i}^{2}}

U = \sqrt{U_{r}^{2} + U_{i}^{2}}

任一相有功功率、无功功率和功率因数角为：

P＝U_r·I_r+U_i·I_i

Q＝U_i·I_r-U_r·I_i

设零序电压基波的相角为∠_U0，馈线零序电流的基波幅值为∠_I0，相角为∠_Ui，i＝1，2，…，n。则零序电压与各出线零序电流之间的夹角为

如图3、4、5所示，对中性点经消弧线圈接地系统和经高阻接地系统，各馈线零序电流在参考轴上的投影计算方法如下：

I_i＝|I_0icos_i|，(i＝1，2，…，n)

其中，I_i(i＝1，2，…，n)中最大者为故障线路，当I₁，I₂，…，I_n的差别不大时，为母线故障。

如图2、6中所示，对于中性点不接地系统，cos_i(i＝1，2，…，n)，都取1，则

I_i＝I_0i，(i＝1，2，…，n)

同样也可找出故障线路。

4)根据对各馈电线路的检测出的零序电流判断出的故障信息，具体过程为：检测各馈线零序电流的有功分量比幅，作为故障选线、分段依据，即根据在各馈线出口和线路上按区段检测到的零序电流有功分量与非故障状态下零序电流有功分量的比幅最大的相为发生接地故障的相。

此外，还可以通过计算出各相得有功功率和无功功率后，计算出三相电路的总功率：

P＝P_A+P_B+P_C＝U_ArI_Ar+U_AiI_Ai+U_BrI_Br+

U_BiI_Bi+U_CrI_Cr+U_CiI_Ci

Q＝Q_A+Q_B+Q_C＝U_AiI_Ar-U_ArI_Ai+U_BiI_Br-

U_BrI_Bi+U_CiI_Cr-U_CrI_Ci

对于功率因数的计算，为了方便软件编程的实现，利用下面的计算公式：

有功电度的计算可以采取有功功率对时间的积分实现，在实际计算时取dt＝1s，即：

W = {&Integral;}_{0}^{T} Pdt = Σ_{t = 0}^{t = T} P

采用本发明提供的故障选线和分段方法，可以实现具有专一功能的专用设备，也可以和其它装置，如配网自动化系统、馈线出口保护设备共用软硬件平台。

以上对本发明所提供的中低压配电网单相接地故障选线方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种中低压配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)实时检测各馈线的零序电流矢量和有功分量；

2.根据权利要求1所述的中低压配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：还包括根据对各馈电线路的检测出的零序电流判断出的故障信息，具体过程为：检测各馈线零序电流的有功分量比幅，作为故障选线、分段依据。

3.根据权利要求1或2所述的中低压配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：对中性点经消弧线圈接地系统和经高阻接地系统，各馈线零序电流在参考轴上的投影计算方法如下：

I_i＝|I_0icos_i|，(i＝1，2，…，n)

I_i(i＝1，2，…，n)中最大者为故障线路。

4.根据权利要求1或2所述的中低压配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：对于中性点不接地系统，各馈线零序电流在参考轴上的投影计算方法如下：

cos_i(i＝1，2，…，n)，都取1，则

I_i＝I_0i，(i＝1，2，…，n)

I_i(i＝1，2，…，n)中最大者为故障线路。