WO2015139587A1 - 一种配电网区域接地故障检测方法及一种配电网接地故障区域定位系统 - Google Patents

一种配电网区域接地故障检测方法及一种配电网接地故障区域定位系统 Download PDF

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WO2015139587A1
WO2015139587A1 PCT/CN2015/074276 CN2015074276W WO2015139587A1 WO 2015139587 A1 WO2015139587 A1 WO 2015139587A1 CN 2015074276 W CN2015074276 W CN 2015074276W WO 2015139587 A1 WO2015139587 A1 WO 2015139587A1
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    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Abstract

针对配电网中的一个区域，在该区域不存在接地故障时，离线或在线测量该区域的区域三相对地电纳；在配电网出现接地故障时，测量区域三相对地电压和区域对地电流，利用区域三相对地电压、区域对地电流和区域三相对地电纳计算区域三相对地电导，根据计算结果判断该区域是否存在接地故障；还可以在配电网出现接地故障时，测量区域三相对地电压和区域对地电流，利用区域三相对地电压、区域对地电流和区域三相对地电纳之间的关系，通过计算，判断该区域是否存在接地故障。在配电网中划定不同的区域，在配电网出现接地故障时，利用上述方法针对每个区域进行本区域是否存在接地故障检测，确定哪个区域存在接地故障，从而实现配电网接地故障区域定位功能。

Description

一种配电网区域接地故障检测方法及一种配电网接地故障区域定位系统 技术领域
本发明涉及配电网区域接地故障检测和配电网接地故障区域定位。
背景技术
现在中压配电系统一般都采用小电流接地系统，一些有特殊要求的低压配电系统也采用小电阻接地系统。采用中性点经消弧线圈接地方式可降低配电网发生接地故障时流过接地故障点的电流，有利于配电网的连续平稳供电，但是由消弧线圈产生的补偿电流的加入，使早期普遍采用的利用零序电流的幅值和相位进行接地选线的规则失效，为此国内外相关科研人员研究开发了多种途径的接地选线和定位方法，但到目前为止，实际应用效果并不理想，尤其是对于高阻接地故障的选线和定位还没有很好的解决方案。由于小电流接地系统在接地选线定位方面存在的问题，国内有些配电网改为采用中性点经小电阻接地系统，目的是在系统出现接地故障时能够及时切除故障线路；但中性点经小电阻接地系统出现高过渡电阻接地故障时，由于故障电流小，保护可能拒动，所以也同样存在接地选线定位的难题。接地选线定位已成为配电网提高供电质量的一个瓶颈，迫切需要更准确、更有效的接地选线定位方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种配电网区域接地故障检测方法，实现在配电网出现接地故障时，在线判断一个区域范围内是否存在接地故障。
本发明还提供一种配电网接地故障区域定位系统，该系统利用配电网区域接地故障检测方法实现配电网的接地故障区域定位功能。
为了实现上述目的，本发明的配电网区域接地故障方法如下:
在配电网中划定一个区域，所述区域中可以只包括一台设备或一段线路，也可以包括相连并相邻的若干台设备和若干段线路；
采用离线检测或在线检测的方法测量所述区域的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；
利用电压检测装置检测所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000001
利用电流检测装置检测流入所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000002
在配电网出现接地故障期间，利用所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000003
区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000004
和区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0，判断所述区域是否存在接地故障。
针对所述区域，区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000005
区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000006
和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC、区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间存在以下关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000007
在所述区域不存在接地故障期间，区域三相对地电导GEA0＝GEB0＝GEC0＝0；这时区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000008
即是区域电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000009
区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000010
区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000011
和区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0之间存在以下关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000012
利用这个关系式，在不同的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000013
下，测量多组区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000014
和区域电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000015
每组数据可形成一个求解区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0的方程，通过解方程，可以得到所述区域的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0。
针对类似三相电缆这样的三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0对称性比较好的设备，三相对地电纳相等，即BEA0＝BEB0＝BEC0，这时区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000016
区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000017
和区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0之间的关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000018
就变为：
Figure PCTCN2015074276-appb-000019
由于
Figure PCTCN2015074276-appb-000020
所以该关系式又可以变为：
Figure PCTCN2015074276-appb-000021
可以利用后两个关系式在线测量区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0。
在配电网出现接地故障期间，如果所述区域不存在接地故障，所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000022
等于所述区域的区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000023
如果所述区域存在接地故障，这时区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000024
将由区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000025
和经过接地故障点流入大地的接地故障电流组成；由于接地故障电流的加入，所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000026
与所述区域的区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000027
不再相等；可据此判断所述区域是否存在接地故障。
在配电网出现接地故障期间，实时检测的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000028
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000029
利用区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000030
和区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0计算所述区域的区域电容电流理论值
Figure PCTCN2015074276-appb-000031
Figure PCTCN2015074276-appb-000032
将计算的区域电容电流的理论值
Figure PCTCN2015074276-appb-000033
与实际测量的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000034
相比较，如果区域电容电流的理论值
Figure PCTCN2015074276-appb-000035
与区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000036
接近，则本区域范围内不存在接地故障；如果区域电容电流的理论值
Figure PCTCN2015074276-appb-000037
与区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000038
之间相差较大，则本区域范围内存在接地故障。
在配电网出现接地故障时，假设所述区域不存在接地故障，区域三相对地电导GEA＝GEB＝GEC＝0，这时区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000039
区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000040
和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC之间的存在以下关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000041
利用这个关系式，在不同的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000042
下，测量多组区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000043
和对应的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000044
的数据，每组数据可形成一个求解区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程，通过解方程，可以求解出所述区域的区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC；如果所述区域范围内不存在接地故障，所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000045
等于所述区域的区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000046
检测的区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC与之前测量的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0应该接近；如果所述区域范围内存在接地故障，由于故障电流的 加入，所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000047
与所述区域的区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000048
不再相等，检测的区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC与之前测量的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0之间应该存在较大的差异；可据此判断所述区域是否存在接地故障。
在配电网出现接地故障期间，如果所述区域不存在接地故障，所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000049
等于所述区域的区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000050
如果所述区域存在接地故障，这时区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000051
将由区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000052
和由接地故障点流入大地的故障电流组成；这时，可利用区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000053
区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000054
和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC和区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间的关系，在线测量区域三相对地电导GEA、GEB、GEC，根据测量结果判断所述区域是否存在接地故障。
在配电网出现接地故障期间，所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000055
区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000056
和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC、区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间存在以下关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000057
将区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0作为已知值代入，可得到求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的方程式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000058
将已知的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0代入，得到下述关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000059
利用这个关系式，在不同的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000060
下，测量多组区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000061
区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000062
的数据，每组数据可形成一个求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的方程，通过解方程，可以求解出所述区域的区域三相对地电导GEA、GEB、GEC；如果区域三相对地电导GEA、GEB、GEC中出现较大值，或者区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间不平衡率较大，可判定该区域存在接地故障。
在配电网出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；
假设已经确定配电网的C相出现接地故障，可设定所述区域的A相和B相的区域对地电导GEA、GEB为0，即GEA＝GEB＝0；前述的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000063
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000064
与区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC、区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间的关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000065
变为求解C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000066
利用这个关系式，在不同的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000067
下，测量多组区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000068
区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000069
的数据，每组数据可形成一个求解区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程，通过解方程，可以求解出所述区域的区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC；如果区域C相对地电导GEC数值较大，可判定该区域存在接地故障。
在配电网出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；
假设已经确定配电网的C相出现接地故障，可设定所述区域的A相和B相的区域对地电导GEA、GEB为0，即GEA＝GEB＝0；前述的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000070
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000071
与区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC、区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间的关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000072
变为求解区域C相对地电导GEC的关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000073
将已知的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0代入，得到下述关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000074
在同一时刻检测三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000075
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000076
将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导GEC的方程，可计算出区域C相对地电导GEC；如果区域C相对地电导GEC数值较大，可判定该区域存在接地故障。
针对所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000077
的测量方法是：可以在区域内测量所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000078
也可以在所述区域外测量与所述区域内三相线路存在电连接关系的三相导体的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000079
利用区域外的测量结果计算区域内的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000080
还可以将区域外的测量结果直接作为区域内的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000081
加以利用。
针对所述区域的区域对地电流的检测方法是：在所述区域与其他区域交界处安装电流检测装置，利用电流检测装置检测从其他区域流入所述区域的零序电流，将全部流入所述区域的零序电流按零序电流流入所述区域的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000083
针对所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000084
的检测方法是：在所述区域范围内，各相导体与大地之间存在一个设备地，设备地与各相导体之间处于绝缘状态，设备地与大地之间也处于绝缘状态，设备地可通过一条或多条接地线与大地连接；利用电流检测装置检测流过设备地与大地之间的各条接地线的电流，将流过各条接地线的电流按流入大地的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000085
可以采用人为调整配电网的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000086
的方法配合区域三相对地参数的检测，每改变一次三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000087
测量一次所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000088
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000089
形成求解所述区域的区域三相对地参数的线性不相关的方程组，通过解方程，可以获得所述区域的区域三相对地参数，从而实现可以随时进行区域三相对地参数的检测，并且提高检测精度的目的。
人为调整配电网三相对地电压的方法可以是使配电网一相接地；可以是使配电网一相通过电阻、电感或电容接地；可以是在配电网中性点或人工中性点与地之间加入电阻、电感或电容；可以是使连接在配电网中性点或人工中性点与地之间的电阻、电感或电容的阻抗发生改变；可以是通过在配电网中性点或人工中性点与地之间加入偏移电源使配电网中性点对地电压发生偏移；可以是通过调整变压器的分接开关使变压器的输出电压发生中性点偏移；可以是采用上述方法的组合调整配电网三相对地电压。
本发明的配电网接地故障区域定位系统如下：
所述配电网接地故障区域定位系统在配电网中划分不同的区域，按照前述的配电网区域接地故障检测方法中的一种方法或几种方法，分别针对每个区域检测本区域范围内是否存在接地故障，确定接地故障在哪个区域，或确定接地故障在所检测的这些区域之外，从而实现配电网接地故障区域定位功能。
所述配电网接地故障区域定位系统包括电压检测装置、电流检测装置、电压偏移装置和配电网接地故障区域定位装置；利用分布安装的电流检测装置在配电网中划定不同的区域；由电压检测装置检测各区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000090
由电流检测装置检测各电流检测点的电流；由配电网接地故障区域定位装置接收来自电压检测装置和电流检测装置的检测数据，经过处理得到各区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000091
和各区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000092
电压偏移装置可根据配电网接地故障区域定位装置的指令调整配电网的三相对地电压；所述配电网接地故障区域定位系统按照前述的配电网区域接地故障检测方法中的一种方法或几种方法，分别针对每个区域检测本区域范围内是否存在接地故障，从而实现配电网接地故障区域定位功能。
所述电压偏移装置可以是能够使配电网一相接地的装置；可以是能够使配电网的一相通过电阻器、电抗器或电容器接地的装置；可以是能够使电阻器、电抗器或电容器串接在供配电网络的中性点或人工中性点与地之间的装置；可以是能够使串接在供配电网络的中性点或人工中性点与地之间的电阻器、电抗器或电容器的阻抗发生改变的装置；可以是连接于配电网的中性点或人工中性点与地之间调压设备，该设备能够使供配电网络中性点对地电压发生偏移；可以是一台能够输出三相对称电压并且可以调整三相对地电压的三相电源；也可以是上述装置的组合。
所述的电压偏移装置还包括控制所述电压偏移装置的电压偏移控制装置，所述电压偏移控制装置能够根据配电网接地故障区域定位装置的指令控制所述电压偏移装置改变配电网的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000093
配合配电网接地故障区域定位系统实现配电网接地故障区域定位功能。
所述的配电网接地故障区域定位系统还包括信号输出装置，可由信号输出装置将区域对地参数传送给配电网中的开关装置；或由信号输出装置将区域对地参数传送给供配电自动化系统；或由信号输出装置将区域对地参数传送给上位机系统；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送给供配电网络中的开关装置，由开关装置隔离存在接地故障的区域；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送给供配电自动化系统，由供配电自动化系统隔离存在接地故障的区域；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送到上位机系统，由供配电网络的运行人员安排相关设备的操作，隔离存在接地故障的区域。
所述的配电网接地故障区域定位系统还包括信号输入装置，所述信号输入装置可以接收来自上位机系统的信息；或接收来自配电自动化系统的信息；或接收来自开关装置的信息；所述的配电网接地故障区域定位系统可以根据接收的信息调整相关数据，或根据接收的信息调整内部的工作状态，或根据接受的信息进行相关的操作。
本发明的有益效果
1、本系统可在线测量配电网的区域对地参数，可用于在线测量配电网的电容电流，为消弧线圈调整档位提供依据；可用于查找存在三相对地参数不平衡的区域，指导系统三相电压不平衡治理；可用于小电流接地选线；可用于接地故障区域定位；测量的对地参数还可用于配电网继电保护的定值计算和接地故障点定位计算。
2、以测量区域对地参数为基础进行接地故障区域定位的方法，参加计算的是所述区域的三相对地电压、区域对地电流和区域对地参数，与系统采用哪种中性点接地方式没有关系。所以本发明不仅适用于各种小电流接地系统，而且对中性点经小电阻接地系统也同样有效；对于中性点经小电阻接地系统，如果采用适当的方法调整中性点对地电压，也可以实现区域对地参数测量和接地故障区域定位，尤其是在高阻接地故障的选线和定位方面具有优势。
3、对于多点接地故障，本发明的接地故障区域定位方法同样适用。存在接地故障的区域都会存在区域对地电流的异常变化，由于对每个区域分别进行接地故障判断，自然可以发现全部存在接地故障的区域。
4、发生高阻接地时，中性点电压偏移小，故障电流小，区域三相线路对地参数不平衡对区域对地电流的幅值和相位的影响增大；本发明的接地故障的区域定位方法考虑了三相线路对地参数的影响，可提高高阻接地故障的区域定位准确性。提高三相对地电压和区域对地电流的检测精度，有利于提高高阻接地故障区域的定位的成功率。
5、在配电网发生弧光接地期间，由于系统存在大量的谐波，会对本发明的接地故障区域定位方法产生不利影响，应设法熄灭电弧。如果在电压、电流检测环节采取滤波措施可改善接地故障判断效果。针对弧光接地选线定位问题，目前有些其他技术方案可达到良好的效果，可考虑同时采用多种接地选线定位技术进行综合判断，以期达到更好的效果。
6、系统具有自检功能。由于是以检测三相对地电压和区域对地电流为基础进行计算和判断，如果电压互感器和零序电流互感器的接线存在错误或相关设备出现故障，可在计算过程中发现。
7、由于采用工频数据进行接地故障区域定位，有利于与现有的继电保护系统结合；如果配电网配备了供配电自动化设备，可利用供配电自动化设备完成零序电流、对地电流的采集和上传，在配电主站系统中进行接地故障的区域定位，再利用供配电自动化设备实现接地故障区域的自动隔离。
附图说明
图1配电网区域集中参数等效模型
图2配电网区域集中对地参数简化模型之一
图3配电网区域集中对地参数简化模型之二
图4配电网区域接地故障判断方法的基本原理示意图
图5配电网接地故障区域定位系统基本原理示意图。
图6利用接地电阻器调整三相对地电压原理示意图
图7利用接地电抗器调整三相对地电压原理示意图
图8利用接地开关调整三相对地电压原理示意图
图9利用串接于中性点与地之间的调压设备调整中性点对地电压原理示意图
图10针对分配电室设有对地电压检测装置的配电网接地故障区域定位原理示意图
图11环网线路接地故障区域定位原理示意图
图12小电阻接地系统接地故障区域定位方面的应用原理图
图13是具有上位机系统的配电网接地故障区域定位系统原理示意图
图14配电网区域接地故障检测方法和配电网接地故障区域定位的仿真试验原理图
图1是配电网区域集中参数等效模型。
图中，RA、RB、RC是三相线路的电阻，LA、LB、LC是三相线路的自感，LAB、LAC、LBC是三相线路的互感，CAB、CAC、CBC是三相线路线间电容，REA、REB、REC是三相线路对地电阻，CEA、CEB、CEC是三相线路对地电容。
三相电流流过区域内线路，会在各相线路上产生压降，使区域范围内各相线路沿线各点对地电压不相等；假设区域范围不是很大，线路不是很长，负载电流通过线路造成的线路压降很小，可近似认为在区域范围内各相线路沿线各点对地电压相等，这样就可忽略三相线路电阻RA、RB、RC、三相线路自感LA、LB、LC、三相线路互感LAB、LAC、LBC、三相线路线间电容CAB、CAC、CBC的影响；因此，在计算区域对地参数时可只考虑三相对地电阻REA、REB、REC和对地电容CEA、CEB、CEC。
图2是配电网区域集中对地参数简化模型之一。
图中，各相导体对地参数仅有三相对地电阻REA、REB、REC和对地电容CEA、CEB、CEC。
图3是配电网区域集中对地参数简化模型之二。
由于是并联电路，为了方便计算，采用三相对地电导GEA、GEB、GEC和三相对地电纳BEA、BEB、BEC代替三相对地电阻REA、REB、REC和对地电容CEA、CEB、CEC。
图4是配电网区域接地故障判断方法的基本原理示意图。
一、针对配电网一个区域的区域接地故障判断方法基本原理图
如图4所示，在配电网中划定一个待检测区域，区域对地参数包括区域三相对地电导GEA、GEB、GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC；
针对待检测区域，判断区域内是否存在接地故障需要配置的基本设备包括电压互感器PT、零序电流互感器CT1和CT2、电压检测模块、电流检测模块和信号处理装置；
电压检测模块与电压互感器PT的二次连接组成电压监测装置，检测区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000094
电流检测模块与零序电流互感器连接组成电流检测装置，检测流过两个零序电流互感器CT1、CT2的零序电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000095
和
Figure PCTCN2015074276-appb-000096
由信号处理装置接收来自电压检测装置检测的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000097
和来自 电流检测装置检测的零序电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000098
和
Figure PCTCN2015074276-appb-000099
信号处理装置将零序电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000100
和
Figure PCTCN2015074276-appb-000101
按电流流向区域内部的方向矢量相加，得到待检测区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000102
信号处理装置通过对区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000103
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000104
进行处理和计算，实现对所述区域范围内是否存在接地故障的判断。
二、针对配电网一个区域的区域对地参数测量方法的集中说明：
1、配电网一个区域对地参数测量方法一：
针对待检测区域，区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000105
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000106
与区域三相对地电导GEA、GEB、GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC之间存在以下关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000107
以此关系为基础，将在同一时刻检测的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000108
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000109
作为已知量，区域三相对地电导GEA、GEB、GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC作为未知量，可以形成求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程；
或以此关系为基础，在已知部分区域对地参数时，将在同一时刻检测的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000110
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000111
作为已知量，并且将已知的区域对地参数带入上述关系式，可形成求解未知区域对地参数的方程；
由于区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000112
不是恒定不变的，在不同时刻测量区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000113
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000114
使我们有机会获得求解未知的区域对地参数的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出未知的区域对地参数。
通过人为改变配电网中性点对地电压，可以改变区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000115
每改变一次区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000116
测量一次区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000117
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000118
可以形成求解未知的区域对地参数的方程；重复这一过程，可获得求解未知的区域对地参数的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出未知的区域对地参数。
可将求解区域三相对地参数的矢量方程：
Figure PCTCN2015074276-appb-000119
沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为下面的两个标量方程：
UAE·GEA+UBE·cosθB·GEB+UCE·cosθC·GEC+UBE·sinθB·BEB+UCE·sinθC·BEC
＝IE·cosθE
UBE·sinθB·GEB+UCE·sinθC·GEC-UAE·BEA-UBE·cosθB·BEB-UCE·cosθC·BEC
＝IE·sinθE
其中θB、θC、θE分别为B相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000120
C相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000121
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000122
滞后A相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000123
的角度。可利用这两个标量方程进行区域对地参数的计算。
2、配电网一个区域对地参数测量方法二：
针对所述区域，在所述区域不存在接地故障时，通常区域对地阻性电流远小于区域对地容性电流，可以忽略阻性电流，设定区域三相对地电导GEA0、GEB0、GEC0均为0，则前述的 区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000124
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000125
与区域三相对地电导GEA、GEB、GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC之间的关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000126
变为求解区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000127
在同一时刻检测区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000128
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000129
将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程；
由于区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000130
不是恒定不变的，在不同时刻测量区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000131
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000132
使我们有机会获得求解区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的值。
通过人为改变配电网中性点对地电压，可以改变区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000133
每改变一次区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000134
测量一次区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000135
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000136
可以形成一个求解区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程；重复这一过程，可获得求解区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出区域范围内区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC。
可将求解区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的矢量方程：
Figure PCTCN2015074276-appb-000137
沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为两个标量方程：
UBE·sinθB·BEB+UCE·sinθC·BEC＝IE·cosθE
-UAE·BEA-UBE·cosθB·BEB-UCE·cosθC·BEC＝IE·sinθE
其中θB、θC、θE分别为B相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000138
C相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000139
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000140
滞后A相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000141
的角度。可利用这两个标量方程进行区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的计算。
在所述区域不存在接地故障时，利用该方法测量的区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC可保存为该区域的区域三相对地电纳的参数值BEA0、BEB0、BEC0，该参数值可在区域接地故障检测中作为线路参数参加引用。在配电网出现接地故障时，可利用该方法测量区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC，将测量结果与BEA0、BEB0、BEC0比较，用作判断本区域内是否存在接地故障的判据。
3、配电网一个区域对地参数测量方法三：
在所述区域范围内不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；则前述的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000142
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000143
与区域对地参数之间的关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000144
变为求解区域三相对地电导的关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000145
在同一时刻检测区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000146
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000147
将检测的结果代 入上述关系式可形成求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的方程；
由于区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000148
不是恒定不变的，在不同时刻测量区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000149
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000150
使我们有机会获得求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的值。
通过人为改变配电网中性点对地电压，可以改变区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000151
每改变一次区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000152
测量一次区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000153
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000154
可以形成一个求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的方程；重复这一过程，可获得求解的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出区域三相对地电导GEA、GEB、GEC。
可将求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的矢量方程：
Figure PCTCN2015074276-appb-000155
沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为两个标量方程：
UAE·GEA+UBE·cosθB·GEB+UCE·cosθC·GEC
＝IE·cosθE-UBE·sinθB·BEB0-UCE·sinθC·BEC0
UBE·sinθB·GEB+UCE·sinθC·GEC
＝IE·sinθE+UAE·BEA0+UBE·cosθB·BEB0+UCE·cosθC·BEC0
其中θB、θC、θE分别为B相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000156
C相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000157
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000158
滞后A相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000159
的角度。可利用这两个标量方程进行区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的计算。
计算得到的区域三相对地电导GEA、GEB、GEC可用于判断本区域范围内是否存在接地故障的判据。
4、配电网一个区域对地参数测量方法四：
在配电网出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；
假设已经确定配电网的C相出现接地故障，可设定A相和B相的区域对地电导GEA0、GEB0为0，前述的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000160
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000161
与区域对地参数之间的关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000162
变为求解C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000163
在同一时刻检测区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000164
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000165
将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程；
由于区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000166
不是恒定不变的，在不同时刻测量区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000167
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000168
使我们有机会获得求解区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的满足线性无关需要的方程组，通过对方程组求解，可计算出区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的值。
通过人为改变配电网中性点对地电压，可以改变区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000169
每 改变一次区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000170
测量一次区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000171
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000172
可以形成一个求解区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程；重复这一过程，可获得求解区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的满足线性无关需要的方程组；通过对方程组求解，可计算出区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC。
可将求解区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的矢量方程：
Figure PCTCN2015074276-appb-000173
沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为两个标量方程：
UCE·cosθC·GEC+UBE·sinθB·BEB+UCE·sinθC·BEC＝IE·cosθE
UCE·sinθC·GEC-UAE·BEA-UBE·cosθB·BEB-UCE·cosθC·BEC＝IE·sinθE
其中θB、θC、θE分别为B相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000174
C相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000175
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000176
滞后A相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000177
的角度。可利用这两个标量方程进行区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的计算。
计算得到的区域C相对地电导GEC可用于本区域是否存在接地故障的判据。也可利用该方法测量本区域的区域三相对地电纳的参数值BEA0、BEB0、BEC0。
5、配电网一个区域对地参数测量方法五：
在所述区域范围内不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；在配电网出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；
假设已经确定配电网的C相出现接地故障，可设定A相和B相的区域对地电导GEA0、GEB0为0，前述的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000178
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000179
与区域对地参数之间的关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000180
变为求解区域C相对地电导GEC的关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000181
在同一时刻检测区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000182
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000183
将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导GEC的方程，可计算出区域C相对地电导GEC。
可将求解区域C相对地电导GEC的矢量方程：
Figure PCTCN2015074276-appb-000184
沿A相对地电压的方向和垂直于A相对地电压的方向分解为两个标量方程：
UCE·cosθC·GEC＝IE·cosθE-UBE·sinθB·BEB0-UCE·sinθC·BEC0
UCE·sinθC·GEC＝IE·sinθE+UAE·BEA0+UBE·cosθB·BEB0+UCE·cosθC·BEC0
其中θB、θC、θE分别为B相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000185
C相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000186
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000187
滞后A相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000188
的角度。可利用这两个标量方程进行区域C相对地电导GEC的计算。
计算得到的区域C相对地电导GEC可用于本区域是否存在接地故障的判据。
三、配电网中一个区域的区域三相对地电压测量方法：
针对一个区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000189
的测量方法是：可以在区域内测量三 相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000190
也可以在区域外测量与区域内三相线路存在电连接关系的三相导体的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000191
利用区域外的测量结果计算区域内的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000192
或将区域外的测量结果直接作为区域内的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000193
加以利用。
四、配电网一个区域的区域对地电流的测量方法：
1、将零序电流互感器安装在本区域与其他区域交界处，检测各个零序电流互感器流入所述区域的零序电流，将各个零序电流互感器检测的零序电流按流入所述区域的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000194
图4所示的“配电网区域接地故障判断方法的基本原理示意图”清楚显示了利用零序电流互感器检测区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000195
的原理。
2、在所述区域范围内，各相导体与大地之间存在一个设备地，设备地与各相导体之间处于绝缘状态，设备地与大地之间也处于绝缘状态，设备地可通过一条或多条接地线与大地连接；利用电流检测装置检测流过设备地与大地之间的各条接地线的电流，将流过各条接地线的电流按流入大地的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000196
比较明显的例子是带有铠装的三相高压电缆，如图11所示，图中的区域5和区域6是带有屏蔽层的电缆，电缆金属导线的外面是绝缘层，绝缘层的外面是金属屏蔽层，铠装电缆的金属屏蔽层的外面还有铠装钢带，铠装钢带的外面是绝缘护套；通常会在电缆两端利用铜导线连接屏蔽层和铠装钢，并将铜导线接地；利用电流检测装置检测流过两端铜导线的电流，将两端电流按流入大地的方向矢量相加，可以得到该条电缆的对地电流；如果将该条电缆作为一个区域，该对地电流就是该条电缆的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000197
五、针对配电网中一个区域的接地故障判断方法的集中说明：
在配电网中划定一个区域；
在所述区域不存在接地故障时，采用离线测量或在线测量的方法检测所述区域的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；可按前述的“配电网区域对地参数测量方法”测量所述区域的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；
在配电网出现接地故障时，测量的所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000198
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000199
利用在所述区域不存在接地故障时检测的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0和在配电网出现接地故障时测量的所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000200
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000201
根据区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000202
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000203
与区域对地参数之间的关系：
Figure PCTCN2015074276-appb-000204
判断所述区域是否存在接地故障；
1、配电网区一个区域的接地故障判断方法一：
针对所述区域，在配电网出现接地故障时，根据前述的“配电网区域对地参数测量方法三、四、五”测量区域三相对地电导GEA、GEB、GEC，如果测量的区域三相对地电导GEA、GEB、GEC出现异常，例如出现所述区域某相对地电导值较低，可判断所述区域范围内存在接地故障。
2、配电网中一个区域的接地故障判断方法二：
在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电导GEA0、GEB0、GEC0和区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；在配电网出现接地故障时，测量所述区域的区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000205
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000206
判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的三相对地电导GEA0、GEB0、GEC0和三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0与在配电网出现接地故障时测量得到的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000207
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000208
是否符合关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000209
如果偏差较大，可确定该区域存在接地故障。
3、配电网中一个区域的接地故障判断方法三：
在所述区域不存在接地故障时，区域三相对地电导GEA0、GEB0、GEC0非常小，可忽略不计，GEA0＝GEB0＝GEC0＝0；这时区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000210
就是区域对地电容电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000211
上述公式就变为：
Figure PCTCN2015074276-appb-000212
利用区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0和区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000213
计算区域对地电容电流理论值
Figure PCTCN2015074276-appb-000214
如果区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000215
与区域对地电容电流理论值
Figure PCTCN2015074276-appb-000216
接近，本区域不存在接地故障，如果两者偏差较大，可确定该区域存在接地故障。
4、配电网中一个区域的接地故障判断方法四：
在所述区域不存在接地故障时，离线或在线测量区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；
在配电网出现接地故障时，根据前述的“配电网区域对地参数测量方法二”再次测量区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC；
将前后两次测量的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0和BEA、BEB、BEC进行对比，如果差别较大，可以确定所述区域范围内存在接地故障。
图5是配电网接地故障区域定位系统基本原理示意图。
一、配电网接地故障区域定位系统基本原理
该系统包括电压互感器PT、零序电流互感器CT1～CT5、电压检测模块、电流检测模块、电压偏移装置、电压偏移控制装置和信号处理装置组成；其中零序电流互感器将线路划分为5个区域，CT1、CT2和CT4检测区域1的区域对地电流，CT2和CT3检测区域2的区域对地电流，CT3单独检测区域3的区域对地电流，CT4和CT5检测区域4的区域对地电流，CT5单独检测区域5的区域对地电流；零序电流互感器和电流检测模块组成电流检测装置，电流检测装置检测检测各零序电流互感器的零序电流，并将零序电流检测结果送信号处理装置。
电压检测装置由电压互感器和电压检测模块组成，电压监测装置检测区域三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000217
并将检测结果送信号处理装置；
图中三个电容器C1、C2、C3和控制三个电容器C1、C2、C3的三个单相接触器J1、J2、J3组成的电压偏移装置；电压偏移控制装置接收信号处理装置的指令，控制电压偏移装置的动作。电压偏移装置的三个电容器C1、C2、C3的一端接地，三个电容器C1、C2、C3的另一端通过三个单相接触器J1、J2、J3分别与三相线路连接。
引入电压偏移装置的目的是人为造成配电网的三相对地电压不平衡，并且导致各区域对地电流增大，这样，一方面可获得满足线性无关需要的求解区域对地参数的方程组，另一方面区域对地电流在一定程度上增大有利于提高对地电流测量的精度，有利于提高区域对地参数的检测准确度。
信号处理装置接收来自电压检测装置的区域三相对地电压，接收来自电流检测装置的各零序电流，由信号处理装置利用各零序电流检测值计算各区域的区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000218
在配电网不存在接地故障时，信号处理装置按前述的“配电网一个区域的区域对地参数测量方法”检测各区域的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；在配电网出现接地故障时，按前述的“配电网中一个区域的接地故障判断方法”分别判断各区域是否存在接地故障，从而实现配电网的接地故障区域定位功能。
二、人为改变配电网中性点对地电压的方法：
人为改变三相对地电压的方法可以是使配电网一相接地；可以是使配电网一相通过电阻、电感或电容接地；可以是在配电网中性点或人工中性点与地之间加入电阻、电感或电容；可以是使连接在配电网中性点或人工中性点与地之间的电阻、电感或电容的阻抗发生改变；可以是通过在配电网中性点或人工中性点与地之间加入偏移电源使配电网中性点对地电压发生偏移；可以是通过调整变压器的分接开关使变压器的输出电压发生中性点偏移；可以是采用上述方法的组合调整配电网三相对地电压。
图6是利用接地电阻器调整三相对地电压原理示意图
在配电网中增设三个电阻器R1、R2、R3和控制三个电阻器R1、R2、R3的三个单相接触器J1、J2、J3。三个电阻器R1、R2、R3的一端接地，三个电阻器R1、R2、R3的另一端通过三个单相接触器J1、J2、J3分别与三相线路连接。利用电阻器调整中性点对地电压的原理与利用电容器调整中性点对地电压的原理类似。也可以只设置一个电阻器，电阻器的一端接地，电阻器的另一端通过三个单相接触器与三相线路连接。
图7是利用接地电抗器调整三相对地电压原理示意图。
在配电网中增设三个电抗器L1、L2、L3和控制三个电抗器L1、L2、L3的三个单相接触器J1、J2、J3。三个电抗器L1、L2、L3的一端接地，三个电抗器L1、L2、L3的另一端通过三个单相接触器J1、J2、J3分别与三相线路连接。利用电抗器调整中性点对地电压的原理与利用电容器调整中性点对地电压的原理类似。
图8是利用接地开关调整三相对地电压原理示意图。
在配电网中增设三个单相接地开关DL1、DL2、DL3和三个熔断器RD1、RD2、RD3。三个单相接地开关DL1、DL2、DL3的一端接地，三个单相接地开关DL1、DL2、DL3的另一端通过三个熔断器RD1、RD2、RD3分别与三相线路连接。
利用单相接地开关调整中性点对地电压与利用电阻器调整中性点对地电压的原理类似，相当于电阻器的阻值为0Ω。目前有些配电网配备有单相接地开关，在系统出现接地故障时利用单相接地开关将故障相与地短接，能够起到及时熄灭电弧的作用；针对这样的系统，可以利用现有的单相接地开关实现配电网的中性点电压调整。
图9是利用串接于中性点与地之间的调压设备调整中性点对地电压原理示意图。
3个电抗器L1、L2、L3的一端分别连接三相线路，3个电抗器的另一端连接在一起形成人工中性点。在人工中性点与大地之间串接变压器T1的二次线圈；变压器T1的一次线圈的一端接380V低压系统的零线N，一次线圈的另一端可分别通过3个开关K1、K2、K3与低压系统的相线A、B、C连接。设置3个熔断器RD1、RD2、RD3起短路保护作用。分别闭合3个开关K1、K2、K3可调整待测量配电网的中性点对地电压。合理设置变压器T1的容量、变比和漏抗等参数，可以获得理想的调压效果。
图10是针对分配电室设有对地电压检测装置的配电网接地故障区域定位原理示意图
变电站设有电压互感器PT1，PT1的二次接主站电压检测装置，检测变电站母线各相对地电压；QF1为变电站的一个出线开关；QF2为分配电室的进线开关，分配电室还有两个出线开关QF3和QF4。分配电室设有电压互感器PT2，PT2的二次接分站电压检测装置，检测分配电室母线各相对地电压。
共划定6个区域，由CT1和CT2检测变电站到分配电室的电缆的对地电流；由CT2、CT3和CT5检测分配电室配电柜内的对地电流；由CT3和CT5分别检测开关QF3和QF4控制的出线回路的对地电流；QF3回路的电缆的外屏蔽层的首端通过接地线接地，尾端通过过电压保护器接地，首端接地线穿过精密电流互感器CT4，由CT4检测该条电缆的对地电流；QF4回路的电缆的外屏蔽层的首尾两端都通过接地线接地，首端的接地线穿过精密电流互感器CT6，尾端的接地线穿过精密电流互感器CT7，将CT6和CT7测量的电流按流入大地的方向矢量相加，可得到该条电缆的对地电流。
区域1采用主站电压检测装置检测的三相对地电压；区域2、区域3、区域4区域5、区域6采用分站电压检测装置检测的三相对地电压。
当变电站与分配电室距离较远，负荷电流又较大，考虑线路压降的影响，可以在分配电室设电压检测装置，减小分配电室供电范围内区域对地电压的误差，改善分配电室供电范围内接地故障区域定位的效果。
图11环网线路接地故障区域定位原理示意图
本图以两个变电站供电的环网供电系统部分线路为例，说明在环网供电时的配电网接地故障区域定位原理。两个变电站各有一套配电网接地故障区域定位系统，两个变电站还各有一套电压偏移装置。
全部线路分为12个区域，包括3个环网柜区域、8个线路区域和1个变压器区域，由13个零序电流互感器测量12个区域的区域对地电流。其中，区域1、区域4和区域9为环网柜区域，检测环网柜内部的接地故障；区域2、区域3、区域5、区域6、区域8、区域10、区域11和区域12各负责一段线路，区域7负责一台变压器；其中CT7采用三个电流互感器分别检测三相电流，由FTU通过计算获得该处的零序电流。针对架空线路、架空母线等场合，有时不方便安装零序电流互感器，可利用三相电流计算获得，但该方法测量的零序电流误差较大，可能影响判断的准确性，最好还是采用零序电流互感器。
两个变电站的三相线路对地电压由两个配电主站系统分别检测并提供给各自的配电网 接地故障区域定位系统，由环网柜开闭所远方终端(DTU)、馈线远方终端(FTU)和变压器远方终端(TTU)测量各电流检测点的零序电流的幅值和相位并分别传送给两个变电站配电主站系统，再由两个配电主站系统传送给两个配电网接地故障区域定位系统，同时两个变电站配电主站系统分别向各自的配电网接地故障区域定位系统传送本变电站的三相对地电压和本变电站的供电范围信息和线路运行方式信息，由两个站的配电网接地故障区域定位系统分别对本系统负责范围内的各区域进行对地参数测量和接地故障的区域定位。
在环网供电的情况下，两个变电站的供电范围存在相互交叉现象，例如A变电站供电范围内的部分线路和设备因为某种原因暂时由B变电站供电；这时，由B变电站供电的这些原本属于A变电站供电范围内的线路和设备的接地故障监测是需要解决的问题；可以针对这些区域，由B变电站检测这部分线路的三相对地电压，传送给A变电站的配电网接地故障区域定位系统，由A变电站处理这部分线路和设备的接地故障检测；需要利用A和B两套配电网接地故障区域定位系统之间的通讯实现相关数据的传送；
两套系统都利用GPS标准时间和秒脉冲实现三相对地电压和零序电流的相位同步检测，一方面可提高三相对地电压和零序电流的相位检测精度，提高对地参数测量精度，提高接地故障区域定位判断的准确性；另一方面也可实现两套系统之间的协调配合，解决环网供电线路的接地故障的区域定位功能。
配电网接地故障区域定位系统可以将对地参数测量和接地故障定位的结果提供给配电主站系统，由配电主站系统完成接地故障区域的隔离。当然，也可以将配电网接地故障区域定位系统的功能包括在配电主站系统中。
图12是本发明在小电阻接地系统接地故障区域定位方面的应用原理图
中性点经小电阻接地系统的中性点与地之间串接了一个阻值约为几十欧姆的电阻器R1，在系统出现接地故障时，故障电流达到几百安培，由微机保护装置检测到接地故障回路，并由断路器切除故障回路。但是如果出现高阻接地故障，可能出现接地保护拒动，如果不能实现故障区域的及时定位并隔离故障线路，可能烧坏中性点接地电阻，带来更大的安全隐患，所以对于中性点经小电阻接地系统同样需要接地故障区域定位；针对中性点经小电阻接地方式的系统，调整中性点对地电压时有必要暂时断开小电阻，这时系统变为不接地系统，可以进行三相对地电压的调整，测量各区域三相对地电纳；在参数测量期间一旦发生接地故障，应立即接通小电阻，快速切除故障线路，从而保证配电系统的安全运行；如果出现高阻接地故障，可采用前述的接地故障区域定位的方法实现接地故障的区域定位，并隔离故障区域。
中性点经小电阻接地系统的三相对地电压调整方法是：如图13所示，小电阻一端接地，另一端通过开关J4连接到中性点，在检测区域对地参数期间，断开开关J4，测量结束闭合开关J4；在测量区域对地参数期间一旦出现接地故障，立即闭合开关J4，成为小电阻接地系统，迅速切断故障回路；如果出现高阻接地故障，保护拒动，可通过本发明的接地故障区域定位方法检测存在接地故障的区域，隔离故障回路。
图13是具有上位机系统的配电网接地故障区域定位系统原理示意图
配电网接地故障区域定位系统包括上位机系统、电压检测模块、电流检测模块、带GPS授时的集中器、无线通讯模块和电压偏移装置。由电压检测模块检测区域三相对地电压；由电流检测模块检测各检测点的零序电流；带GPS的集中器一方面向电压检测模块和电流检测模块提供GPS秒脉冲实现测电压和电流的相位角的同步检测，同时采集电压和电流的检测数据，通过有线或无线方式将检测的数据传送到上位机系统；上位机系统通过电压偏移控制器控制电压偏移装置调整配电网的三相对地电压，配合配电网接地故障区域定位系统对区域对地参数的测量；由上位机系统控制配电网接地故障区域定位系统的工作，按照前述的区域对地参数测量方法检测各区域的区域对地参数，在配电网出现接地故障时，按前述的区域接地故障判断方法对每个区域进行是否存在接地故障的判断，从而实现配电网接地故障区域定位功能。可利用上位机系统实现与其他配电网接地故障区域定位系统的通讯，实现与配电自动化系统的通讯，实现与电力调度系统的通讯。
关于区域划分方法：
前面的例子基本都是采用的平行分区法，即将供配电线路划分为若干个区域，各个区域之间没有重叠，可直接判断存在接地故障的区域。
此外，还可以采用分级分区法，即将供配电网路先划分为几个大区域，再在大区域中划分出若干个小区域，在小区域中还可以再划分出若干个更小的区域。分级分区法的一个具体方案是从变电站开始逐级布置零序电流互感器，每一个零序电流互感器的检测范围包括其后的全部线路；如果某个前级零序电流互感器检测到接地故障，而其后的各个零序电流互感器都没有检测到接地故障，则接地故障位于该两级之间的区域。
图14根据本发明的配电网区域接地故障检测方法和配电网接地故障区域定位系统的仿真试验原理图
在图14中，由CT1检测区域1、区域2、区域3、区域4全部范围的对地电流，由CT2检测区域2、区域3、区域4全部范围的对地电流，由CT3检测区域3的对地电流，由CT5检测区域4的对地电流；如果CT1检测到接地故障，而CT2检测结果正常，则接地故障在区域1范围内。如果CT1和CT2都检测到接地故障，则接地点在CT2之后。
中性点经消弧线圈接地系统的接地故障选线和定位难度相对较大，所以仿真实验按照中性点经消弧线圈接地系统配置，当然本发明同样适用于其他形式的小电流接地系统；
线路为10kV中性点经消弧线圈接地系统，在该系统中，由4个零序电流互感器CT1～CT4分别检测4个区域的零序电流，其中区域4是为了体现中性点经消弧线圈接地系统较大的电容电流而设置的，仿真实验只针对区域1、区域2、区域3进行。
仿真实验采用单相导线通过接地电阻接地的方式调整三相对地电压。
下面，是针对本发明的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位方法进行仿真实验的结果。
仿真实验1：采用“供配电网络区域对地参数测量方法二”检测区域三相对地电容。
设定区域内三相对地电导为0，改变中性点对地电压，测量三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000219
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000220
代入下述关系式：
UBE·sinθB·BEB+UCE·sinθC·BEC＝IE·cosθE
-UAE·BEA-UBE·cosθB·BEB-UCE·cosθC·BEC＝IE·sinθE
通过解方程可得到三相对地电纳，并转换出三相对地电容。
仿真实验中的区域对地参数如表1，消弧线圈电抗为0.2H；采用偏置电阻调整三相对地电压，偏置电阻1kΩ。
表1
  RAE RBE RCE CAE CBE CCE
区域1 100MΩ 100MΩ 100MΩ 0.010uf 0.011uf 0.012uf
区域2 50MΩ 50MΩ 50MΩ 0.12uf 0.10uf 0.11uf
区域3 20MΩ 20MΩ 20MΩ 1.1uf 1.2uf 1.0uf
区域4 10MΩ 10MΩ 10MΩ 15uf 15uf 15uf
表2为三相对地电压和区域对地电流测量数据。
表2
Figure PCTCN2015074276-appb-000221
表2中
Figure PCTCN2015074276-appb-000222
分别是区域1、区域2、区域3的区域对地电流。
各区域三相对地电容的实际值与测量值见表3。
表3
Figure PCTCN2015074276-appb-000223
从计算结果来看，区域三相对地电容的测量值与实际值基本相符，所以采用“供配电网络区域对地参数测量方法二”可以实现区域内三相对地电容的检测。
仿真实验2：采用“供配电网络区域对地参数测量方法三”检测区域三相对地电阻。
已知区域三相对地电容；在供配电网络出现接地故障时，改变中性点对地电压，测量三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000224
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000225
将三相对地电压和区域对地电流连同已知的区域三相对地电容代入下述关系式：
UAE·GEA+UBE·cosθB·GEB+UCE·cosθC·GEC
＝IE·cosθE-UBE·sinθB·BEB-UCE·sinθC·BEC
UBE·sinθB·GEB+UCE·sinθC·GEC
＝IE·sinθE+UAE·BEA+UBE·cosθB·BEB+UCE·cosθC·BEC
通过解方程可得到三相对地电导，并转换出三相对地电阻。
仿真实验中的区域对地参数如表4，消弧线圈电抗为0.2H；采用偏置电阻调整三相对地电压，偏置电阻1kΩ。在区域1和区域3各设置一个接地故障，故障电阻10kΩ，。
表4
Figure PCTCN2015074276-appb-000226
表5为三相对地电压和区域对地电流测量数据。
表5
Figure PCTCN2015074276-appb-000227
表5中
Figure PCTCN2015074276-appb-000228
分别是区域1、区域2、区域3的区域对地电流。
各区域的三相对地电阻REA、REB、REC的实际值与测量值见表6。
表6
Figure PCTCN2015074276-appb-000229
从计算结果看，“区域1”A相和“区域3”C相的对地电阻测量值接近10kΩ，与实际值基本相符；其他对地电阻的阻值相对较高；所以该方法可以检测接地过渡电阻的阻值，并可据此判断存在接地故障的区域。
仿真实验3：采用本发明的“供配电网络区域对地参数测量方法四”检测接地故障相的对地电阻和三相对地电容的仿真实验。
“供配电网络区域对地参数测量方法四”是在供配电网络出现接地故障后，先判断那一相存在接地故障，例如已知C相存在接地故障，可设A相、B相的对地电导为0；改变中性点对地电压，测量三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000230
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000231
代入下述方程式：
UCE·cosθC·GEC+UBE·sinθB·BEB+UCE·sinθC·BEC＝IE·cosθE
UCE·sinθC·GEC-UAE·BEA-UBE·cosθB·BEB-UCE·cosθC·BEC＝IE·sinθE
通过解方程，可计算出C相对地电导GEC和三相对地电纳BEA、BEB、BEC，并可转换出C相对地电阻RCE和三相对地电容CEA、CEB、CEC。
在“仿真实验2”中，在“区域1”的A相和“区域3”的C相设置了接地故障，并进行了三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000232
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000233
的调整和测试，在此，利用“仿真实验2”的表5的实验数据针对“区域3”的C相进行对地电导GEC和三相对地电纳BEA、BEB、BEC进行计算，计算结果转换为C相电阻和三相对地电容。“区域3”的C相对地电阻和三相对地电容的实际值与测量值见表7。
表7
参数 区域3实际值 区域3测量值
RCE 10kΩ 9.85kΩ
CAE 1.1uf 1.103uf
CBE 1.2uf 1.207uf
CCE 1.0uf 0.996uf
从测量结果看，“区域3”的C相对地电阻为9.85kΩ，接近10kΩ，三相对地电容CEA、CEB、CEC也与实际值相近，所以该方法可以检测故障区的接地过渡电阻值以及三相对地电容值。
仿真实验4：采用本发明的“供配电网络区域对地参数测量方法五”检测接地故障相的对地电阻的仿真实验。
已知三相对地电容；在供配电网络出现接地故障后，先判断那一相存在接地故障，例如已知C相存在接地故障，可设A相、B相的对地电导为0；测量三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000234
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000235
将三相对地电压和区域对地电流连同已知的区域三相对地电容代入下述方程式：
UCE·cosθC·GEC＝IE·cosθE-UBE·sinθB·BEB-UCE·sinθC·BEC
UCE·sinθC·GEC＝IE·sinθE+UAE·BEA+UBE·cosθB·BEB+UCE·cosθC·BEC
通过解方程，可计算出C相对地电导GEC，并可转换出C相对地电阻RCE。
仿真实验中的区域对地参数如表8，消弧线圈电抗为0.2H；采用偏置电阻调整三相对地电压，偏置电阻1kΩ。在“区域3”的C相设置一个接地故障，故障电阻100Ω。
表8
Figure PCTCN2015074276-appb-000236
表9为三相对地电压和区域对地电流测量数据。
表9
Figure PCTCN2015074276-appb-000237
Figure PCTCN2015074276-appb-000238
表9中
Figure PCTCN2015074276-appb-000239
分别是区域1、区域2、区域3的区域对地电流。
各区域的C相对地电阻REC的实际值与测量值见表10。
表10
参数 REC的实际值 REC的测量值
区域1 100MΩ -9057kΩ
区域2 50MΩ -44.7kΩ
区域3 100Ω 100.12Ω
区域3的C相对地电阻的计算结果是：RCE＝100.12Ω，与实际值接近；其他区域的C相对地电阻较大；所以该方法可以检测故障区的接地过渡电阻值。
仿真实验5：采用本发明的“供配电网络接地故障区域定位方法四”判断区域范围内是否存在接地故障的仿真实验。
“供配电网络接地故障区域定位方法四”是在所述区域不存在接地故障时，测量区域范围内三相对地电纳BEA、BEB、BEC；在供配电网络出现接地故障时，测量所述区域的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000240
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000241
判断在所述区域不存在接地故障时测量得到的三相对地电纳BEA、BEB、BEC与在供配电网络出现接地故障时测量得到的该区域的三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000242
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000243
是否符合关系式：
Figure PCTCN2015074276-appb-000244
在“仿真实验4”中在“区域3”的C相设置了接地故障，并进行了三相对地电压
Figure PCTCN2015074276-appb-000245
和区域对地电流
Figure PCTCN2015074276-appb-000246
的调整和测试，在此，利用“仿真实验4”的表9的实验数据计算出各区域的区域对地电流的理论值。各区域的区域对地电流理论计算值和实际测量值见表11。
表11
Figure PCTCN2015074276-appb-000247
“区域3”的区域对地电流理论值
Figure PCTCN2015074276-appb-000248
与区域对地电流实际测量值
Figure PCTCN2015074276-appb-000249
在有效值和相位方面相差相对较大，可以依此得出结论：“区域3”存在接地故障。
仿真实验6：采用“供配电网络接地故障区域定位方法五”判断区域内是否存在接地故障的仿真实验
“供配电网络接地故障区域定位方法五”是在所述区域不存在接地故障时，测量区域范 围内三相对地电纳BEA、BEB、BEC，在供配电网络出现接地故障时，再次测量区域范围内三相对地电纳BEA、BEB、BEC，对比前后两次测量结果，判断区域范围内是否存在接地故障。
本仿真实验方法是：出现接地故障后，采用“供配电网络区域对地参数测量方法二”测量区域范围内三相对地电纳BEA、BEB、BEC。将出现接地故障时的三相对地电压和区域对地电流作为一组测量数据，闭合A相偏置电阻后再测量一组三相对地电压和区域对地电流的数据，利用两组数据进行计算。
仿真实验中的区域对地参数如表12，消弧线圈电抗为0.2H；采用偏置电阻调整三相对地电压，偏置电阻1kΩ。在“区域3”设置一个接地故障，故障电阻2kΩ。
表12
Figure PCTCN2015074276-appb-000250
表13为三相对地电压和区域对地电流测量数据。
表13
Figure PCTCN2015074276-appb-000251
表13中
Figure PCTCN2015074276-appb-000252
分别是区域1、区域2、区域3的区域对地电流。
表14是故障前后区域三相对地电容的对比。
表14
Figure PCTCN2015074276-appb-000253
“区域3”的三相对地电容在故障前后相差较大，而其他区域的三相对地电容在故障前后变化很小，据此可以判断“区域3”为存在接地故障区域。
从上述6个仿真实验的结果看，采用本发明的供配电网络区域对地参数测量和接地故障区域定位方法原理正确，效果较好。
本发明的区域线路对地参数测量方法不限于进行接地故障的查找和定位，还可以应用到其他方面，例如可用于对配电网分布电容的测量，为消弧线圈的调整提供依据；只要应用多 次测量三相对地电压和区域对地电流进行区域对地参数计算，均属于本发明的保护范围。
本发明的接地故障区域定位方法不限于前述的方法，只要是针对电力线路的部分区域或区段，通过测量区内线路的对地参数进行接地故障的判断、定位或保护，都属于本发明的保护范围。
本发明的配电网区域接地故障检测方法和配电网接地故障区域定位系统不仅限于前述的范围，例如在中性点或人工中性点与地之间施加偏移电压的方法不限于本文中的描述，例如可以利用逆变电源为电压偏移变压器供电；投切偏移负载不仅可以使用机械开关，还可以采用可控硅投切等其他投切方式。只要利用人为调整中性点对地电压的方法测量区域对地参数和进行接地故障判断、定位，都属于本发明的保护范围。

Claims (21)

  1. 一种配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    在配电网中划定一个区域，所述区域中可以只包括一台设备或一段线路，也可以包括相连并相邻的若干台设备和若干段线路；
    采用离线检测或在线检测的方法测量所述区域的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0；
    利用电压检测装置检测所述区域的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100001
    利用电流检测装置检测流入所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100002
    在配电网出现接地故障期间，利用所述区域的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100003
    区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100004
    和区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0，判断所述区域是否存在接地故障。
  2. 根据权利要求1所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    针对所述区域，区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100005
    区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100006
    和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC、区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间存在以下关系：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100007
    在所述区域不存在接地故障期间，区域三相对地电导GEA0＝GEB0＝GEC0＝0；这时区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100008
    即是区域电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100009
    区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100010
    区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100011
    和区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0之间存在以下关系：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100012
    利用这个关系式，在不同的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100013
    下，测量多组区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100014
    和区域电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100015
    每组数据可形成一个求解区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0的方程，通过解方程，可以得到所述区域的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0。
  3. 根据权利要求2所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    针对类似三相电缆这样的三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0对称性比较好的设备，三相对地电纳相等，即BEA0＝BEB0＝BEC0，这时区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100016
    区域对地电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100017
    区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0之间的关系式：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100018
    就变为：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100019
    由于
    Figure PCTCN2015074276-appb-100020
    所以该关系式又可以变为：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100021
    可以利用后两个关系式在线测量区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0。
  4. 根据权利要求1～3之一所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    在配电网出现接地故障期间，如果所述区域不存在接地故障，所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100022
    等于所述区域的区域对地电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100023
    如果所述区域存在接地故障，这时区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100024
    将由区域对地电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100025
    和经过接地故障点流入大地的接地故障电流组成；由于接地故障电流的加入，所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100026
    与所述区域的区域对地电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100027
    不再相等；可据此判断所述区域是否存在接地故障。
  5. 根据权利要求4所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    在配电网出现接地故障期间，实时检测的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100028
    和区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100029
    利用区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100030
    和区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0计算所述区域的区域电容电流理论值
    Figure PCTCN2015074276-appb-100031
    Figure PCTCN2015074276-appb-100032
    将计算的区域电容电流的理论值
    Figure PCTCN2015074276-appb-100033
    与实际测量的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100034
    相比较，如果区域电容电流的理论值
    Figure PCTCN2015074276-appb-100035
    与区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100036
    接近，则本区域范围内不存在接地故障；如果区域电容电流的理论值
    Figure PCTCN2015074276-appb-100037
    与区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100038
    之间相差较大，则本区域范围内存在接地故障。
  6. 根据权利要求1～3之一所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    在配电网出现接地故障时，假设所述区域不存在接地故障，区域三相对地电导GEA＝GEB＝GEC＝0，这时区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100039
    区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100040
    和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC之间的存在以下关系：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100041
    利用这个关系式，在不同的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100042
    下，测量多组区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100043
    和对应的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100044
    的数据，每组数据可形成一个求解区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程，通过解方程，可以求解出所述区域的区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC；如果所述区域范围内不存在接地故障，所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100045
    等于所述区域的区域对地电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100046
    检测的区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC与之前测量的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0应该接近；如果所述区域范围内存在接地故障，由于故障电流的加入，所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100047
    与所述区域的区域对地电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100048
    不再相等，检测的区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC与之前测量的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0之间应该存在较大的差异；可据此判断所述区域是否存在接地故障。
  7. 根据权利要求1～3之一所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    在配电网出现接地故障期间，如果所述区域不存在接地故障，所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100049
    等于所述区域的区域对地电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100050
    如果所述区域存在接地故障， 这时区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100051
    将由区域对地电容电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100052
    和由接地故障点流入大地的故障电流组成；这时，可利用区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100053
    区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100054
    和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC和区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间的关系，在线测量区域三相对地电导GEA、GEB、GEC，根据测量结果判断所述区域是否存在接地故障。
  8. 根据权利要求7所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    在配电网出现接地故障期间，所述区域的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100055
    区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100056
    和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC、区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间存在以下关系：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100057
    将区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0作为已知值代入，可得到求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的方程式：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100058
    将已知的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0代入，得到下述关系式：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100059
    利用这个关系式，在不同的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100060
    下，测量多组区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100061
    区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100062
    的数据，每组数据可形成一个求解区域三相对地电导GEA、GEB、GEC的方程，通过解方程，可以求解出所述区域的区域三相对地电导GEA、GEB、GEC；如果区域三相对地电导GEA、GEB、GEC中出现较大值，或者区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间不平衡率较大，可判定该区域存在接地故障。
  9. 根据权利要求7所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    在配电网出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；
    假设已经确定配电网的C相出现接地故障，可设定所述区域的A相和B相的区域对地电导GEA、GEB为0，即GEA＝GEB＝0；前述的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100063
    和区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100064
    与区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC、区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间的关系：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100065
    变为求解C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC关系式：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100066
    利用这个关系式，在不同的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100067
    下，测量多组区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100068
    区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100069
    的数据，每组数据可形成一个求解区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC的方程，通过解方程，可以求解出所述区域的区域C相对地电导GEC和区域三相对地电纳 BEA、BEB、BEC；如果区域C相对地电导GEC数值较大，可判定该区域存在接地故障。
  10. 根据权利要求7所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    在配电网出现接地故障时，首先判断哪一相存在接地故障；
    假设已经确定配电网的C相出现接地故障，可设定所述区域的A相和B相的区域对地电导GEA、GEB为0，即GEA＝GEB＝0；前述的三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100070
    和区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100071
    与区域三相对地电纳BEA、BEB、BEC、区域三相对地电导GEA、GEB、GEC之间的关系：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100072
    变为求解区域C相对地电导GEC的关系式：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100073
    将已知的区域三相对地电纳BEA0、BEB0、BEC0代入，得到下述关系式：
    Figure PCTCN2015074276-appb-100074
    在同一时刻检测三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100075
    和区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100076
    将检测的结果代入上述关系式可形成求解区域C相对地电导GEC的方程，可计算出区域C相对地电导GEC；如果区域C相对地电导GEC数值较大，可判定该区域存在接地故障。
  11. 根据权利要求1～10之一所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    针对所述区域的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100077
    的测量方法是：可以在区域内测量所述区域的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100078
    也可以在所述区域外测量与所述区域内三相线路存在电连接关系的三相导体的三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100079
    利用区域外的测量结果计算区域内的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100080
    还可以将区域外的测量结果直接作为区域内的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100081
    加以利用。
  12. 根据权利要求1～10之一所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    针对所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100082
    的检测方法是：在所述区域与其他区域交界处安装电流检测装置，利用电流检测装置检测从其他区域流入所述区域的零序电流，将全部流入所述区域的零序电流按零序电流流入所述区域的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100083
  13. 根据权利要求1～10之一所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    针对所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100084
    的检测方法是：在所述区域范围内，各相导体与大地之间存在一个设备地，设备地与各相导体之间处于绝缘状态，设备地与 大地之间也处于绝缘状态，设备地可通过一条或多条接地线与大地连接；利用电流检测装置检测流过设备地与大地之间的各条接地线的电流，将流过各条接地线的电流按流入大地的方向矢量相加，可得到所述区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100085
  14. 根据权利要求1～10之一所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    可以采用人为调整配电网的三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100086
    的方法配合区域三相对地参数的检测，每改变一次三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100087
    测量一次所述区域的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100088
    和区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100089
    形成求解所述区域的区域三相对地参数的线性不相关的方程组，通过解方程，可以获得所述区域的区域三相对地参数，从而实现可以随时进行区域三相对地参数的检测，并且提高检测精度的目的。
  15. 根据权利要求14所述的配电网区域接地故障检测方法，其特征是：
    人为调整配电网三相对地电压的方法可以是使配电网一相接地；可以是使配电网一相通过电阻、电感或电容接地；可以是在配电网中性点或人工中性点与地之间加入电阻、电感或电容；可以是使连接在配电网中性点或人工中性点与地之间的电阻、电感或电容的阻抗发生改变；可以是通过在配电网中性点或人工中性点与地之间加入偏移电源使配电网中性点对地电压发生偏移；可以是通过调整变压器的分接开关使变压器的输出电压发生中性点偏移；可以是采用上述方法的组合调整配电网三相对地电压。
  16. 一种配电网接地故障区域定位系统，其特征是：
    所述配电网接地故障区域定位系统在配电网中划分不同的区域，按照权利要求1～15所述的配电网区域接地故障检测方法中的一种方法或几种方法，分别针对每个区域检测本区域范围内是否存在接地故障，确定接地故障在哪个区域，或确定接地故障在所检测的这些区域之外，从而实现配电网接地故障区域定位功能。
  17. 根据权利要求16所述的配电网接地故障区域定位系统，其特征是：
    所述配电网接地故障区域定位系统包括电压检测装置、电流检测装置、电压偏移装置和配电网接地故障区域定位装置；利用分布安装的电流检测装置在配电网中划定不同的区域；由电压检测装置检测各区域的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100090
    由电流检测装置检测各电流检测点的电流；由配电网接地故障区域定位装置接收来自电压检测装置和电流检测装置的检测数据，经过处理得到各区域的区域三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100091
    和各区域的区域对地电流
    Figure PCTCN2015074276-appb-100092
    电压偏移装置可根据配电网接地故障区域定位装置的指令调整配电网的三相对地电压；所述配电网接地故障区域定位系统按照权利要求1～15所述的配电网区域接地故障检测方法中的一种方法或几种方法，分别针对每个区域检测本区域范围内是 否存在接地故障，从而实现配电网接地故障区域定位功能。
  18. 根据权利要求17所述的配电网接地故障区域定位系统，其特征是：
    所述电压偏移装置可以是能够使配电网一相接地的装置；可以是能够使配电网的一相通过电阻器、电抗器或电容器接地的装置；可以是能够使电阻器、电抗器或电容器串接在供配电网络的中性点或人工中性点与地之间的装置；可以是能够使串接在供配电网络的中性点或人工中性点与地之间的电阻器、电抗器或电容器的阻抗发生改变的装置；可以是连接于配电网的中性点或人工中性点与地之间调压设备，该设备能够使供配电网络中性点对地电压发生偏移；可以是一台能够输出三相对称电压并且可以调整三相对地电压的三相电源；也可以是上述装置的组合。
  19. 根据权利要求18所述的配电网接地故障区域定位系统，其特征是：
    所述的电压偏移装置还包括控制所述电压偏移装置的电压偏移控制装置，所述电压偏移控制装置能够根据配电网接地故障区域定位装置的指令控制所述电压偏移装置改变配电网的三相对地电压
    Figure PCTCN2015074276-appb-100093
    配合配电网接地故障区域定位系统实现配电网接地故障区域定位功能。
  20. 根据权利要求19所述的配电网接地故障区域定位系统，其特征是：
    所述的配电网接地故障区域定位系统还包括信号输出装置，可由信号输出装置将区域对地参数传送给配电网中的开关装置；或由信号输出装置将区域对地参数传送给供配电自动化系统；或由信号输出装置将区域对地参数传送给上位机系统；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送给供配电网络中的开关装置，由开关装置隔离存在接地故障的区域；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送给供配电自动化系统，由供配电自动化系统隔离存在接地故障的区域；或由信号输出装置将接地故障所在区域信息传送到上位机系统，由供配电网络的运行人员安排相关设备的操作，隔离存在接地故障的区域。
  21. 根据权利要求19所述的配电网接地故障区域定位系统，其特征是：
    所述的配电网接地故障区域定位系统还包括信号输入装置，所述信号输入装置可以接收来自上位机系统的信息；或接收来自配电自动化系统的信息；或接收来自开关装置的信息；所述的配电网接地故障区域定位系统可以根据接收的信息调整相关数据，或根据接收的信息调整内部的工作状态，或根据接受的信息进行相关的操作。
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