一种利用暂态初始能量的谐振接地系统高阻接地选线方法技术方案

一种利用暂态初始能量的谐振接地系统高阻接地选线方法，属于配电网继电保护领域。以往的利用暂态高频分量的选线方法在高阻故障时无法保证正确性，需要探索新的选线方法。本发明专利技术提出一种利用暂态初始能量的谐振接地系统高阻接地选线方法，当母线零序电压幅值位于一定范围内时，判定为发生高阻接地故障，利用各条线路出口零序电流及母线零序电压的暂态分量计算暂态初始能量，选取检测到的暂态初始能量最大的若干条线路作为故障线路的备选线路，在其中选择与其他备选线路能量极性相反的线路为故障线路，所有备选线路能量同极性则为母线故障。本发明专利技术在故障接地电阻较高、故障的暂态分量频率较低时仍然可以适用，有着广泛的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种利用暂态初始能量的谐振接地系统高阻接地选线方法
本专利技术提出一种利用故障暂态初始能量的谐振接地系统高阻接地故障选线方法，适用于谐振接地系统，属于配电网继电保护领域。
技术介绍
随着利用故障暂态电气量、中性点附加中电阻等选线技术的不断成熟，谐振接地系统低阻接地故障的选线问题基本得到解决。高阻接地故障传统保护难以可靠动作的问题成为新的研究热点。高阻接地故障是指裸露的带电导线和非理想导体的直接接触，包括导线断线坠落接地、经树障接地等。国外有报道称，被记录下来的高阻接地故障占配电网故障的5％～10％，实际的故障比例应该更高。由于故障点过渡电阻可达上千欧姆甚至更高，故障信号极其微弱，检测难度极大。根据电力系统继电保护委员会(PSRC)高阻接地故障的研究报告，传统保护技术检测高阻接地故障成功率不足20％。中压配电线路多集中在城乡市区，导线坠落接地极易发生触电事故，加之其检测难度大、不能快速切除等原因，高阻接地故障易造成严重的人身伤害与重大的社会影响。据统计，巴西平均每年53.6人死于高阻接地故障。近年来，我国也已报道过多起导线坠地引起的人身触电事故。因此，高阻接地故障检测的研究刻不容缓。在谐振接地系统发生低阻接地故障时，大量选线方法利用了高频暂态分量的特征识别故障线路，如专利“一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法”中提到的暂态(无功)功率方向法等，但当故障接地电阻增大时，线路上的故障电气量的特征也会发生改变，具体表现如下：暂态分量的最高频率仅稍高于工频，消弧线圈对暂态的影响不能忽略；故障与健全线路的暂态电流之间的极性关系将无法确定；暂态电流的幅值较小。即，此类方法将无法保证选线的正确性。本专利利用故障初始时刻存储在各条线路及消弧线圈上的暂态能量(暂态电流与暂态电压所对应能量，后面简称为暂态初始能量)实现选线，在故障接地电阻较高、故障的暂态分量频率较低时仍然可以适用。利用健全线路出口处的数据计算得到的是其本身的暂态初始能量，极性为负；利用故障线路出口处的数据计算得到的则是所有健全线路及消弧线圈上的暂态初始能量，极性为正。本专利为谐振接地系统高阻接地故障选线技术研究提供了一个全新的思路，有着广泛的实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决谐振接地系统中发生高阻接地时的故障选线问题，基于对各线路测量的暂态初始能量的特征的分析，提出了一种利用故障暂态初始能量的谐振接地系统高阻接地故障选线方法。本专利技术的技术解决方案为：在线采集母线零序电压，当母线零序电压幅值U0处于Uthl<U0<UthZ时(一般的Uthl＝15V，UthZ＝90V)，则说明系统发生高阻接地故障，接下来执行以下步骤：a.根据下述公式计算各线路处的暂态初始能量wj_T：式中T为故障暂态持续时间，i0j_T、u0_T分别为各条线路出口零序电流i0j及母线零序电压u0的暂态分量；b.比较各条线路处测得的暂态初始能量的幅值大小，选取所测暂态初始能量大小最大的n条线路作为故障线路的候选线路，n大于等于3；c.对n条故障候选线路处测得的暂态初始能量的极性进行比较，选择与其他候选线路测得的暂态初始能量极性相反的线路为故障线路，所有候选线路处测得的暂态初始能量同极性则为母线故障。步骤b、c中，系统的初始总能量为故障线路所测得的暂态初始能量与故障线路本身的对地电容所具有的暂态初始能量之和，其本身及其各分量随故障参数的变化规律如下：消弧线圈暂态初始能量为：系统对地电容暂态初始能量为：上式中，i0Lp_T(0+)为消弧线圈电感暂态电流初始值，u0_T(0+)为母线暂态电压初始值，C0Σ为系统的对地零序分布电容，ω0为工频角频率，φ为故障初相角，Lp为消弧线圈零序等效电感，θ为系统阻抗角。其中：Um为正常运行时故障相电压幅值，为从故障点看进去的系统阻抗。在过渡电阻一定时，消弧线圈与对地电容的暂态初始能量均随故障初相角呈正弦规律波动；故障初相角一定时，消弧线圈与对地电容的暂态初始能量随过渡电阻增大均有3种变化规律：始终减小，先减小再增大再减小与先增大后减小。系统暂态初始总能量，即消弧线圈和系统对地电容暂态初始能量之和，可以表示为：故障瞬间，消弧线圈与对地电容的初始暂态能量有一定互补性。在过渡电阻一定时，系统暂态初始总能量近似恒定，随故障初相角有轻微的、呈正弦规律的波动。故障初相角一定时，系统暂态初始总能量随过渡电阻增大单调减小。步骤b、c中，故障线路所测得的暂态初始能量与健全线路及消弧线圈上的暂态初始能量之间的关系如下：暂态过程中，消弧线圈、系统对地电容不停的吸收、释放能量，故障点过渡电阻不停的消耗能量。暂态过程结束后，消弧线圈和系统对地电容上面存储的暂态能量全部释放，被故障点过渡电阻消耗。暂态过程结束后，在故障线路出口处测量的暂态能量是一个正值，等于暂态过程中故障线路从所有健全线路与消弧线圈中吸收的暂态能量。数值上，等于所有健全线路对地电容和消弧线圈的暂态初始能量的总和。选线装置无法直接获取某条线路对地电容存储的暂态能量，因此可以利用测量到的暂态过程中该线路所交换(吸收或释放)的暂态能量作为判断依据，并以此来区分故障线路与健全线路。与现有技术相比本专利技术的有益效果为：一方面，根据故障信号中丰富的谐波、间谐波和高频分量，多种故障检测方法被提出，像文献“Analysisoftheinfluenceofthewindowusedintheshort-Timefouriertransformforhighimpedancefaultdetection”中提到的二次、三次及五次谐波法、文献“CombinedEKFandSVMbasedhighimpedancefaultdetectioninpowerdistributionfeeders”中提到的高频分量法等。还有一系列的智能算法，像文献“Real-TimeDetectionoftransientsinducedbyhigh-impedancefaultsbasedontheboundarywavelettransform”中提到的小波变换法、文献“Analysisofhigh-impedancefaultgeneratedsignalsusingaKalmanfilteringapproach”中提到的卡尔曼滤波法等。经过几十年的研究，高阻接地故障检测方法层出不穷，但现场应用效果并不理想，仍需要进一步探究新的方法，本专利技术完善了谐振接地系统高阻接地故障暂态检测技术，数字仿真与现场数据验证了方法的可行性与准确性。另一方面，在谐振接地系统发生低阻接地故障时，大量选线方法利用了高频暂态分量的特征识别故障线路，如专利“一种综合工频和暂态无功功率方向的配电网故障选线方法”中提到的暂态(无功)功率方向法等，但当故障接地电阻增大时，此类方法将无法保证选线的正确性。与之相比，利用检测线路的能量或者(无功)功率实现选线的方法具有自具性，既可适用于专用选线装置，也可应用于线路保护装置，有独特的优点，本专利技术利用故障初始时刻线路所具有的暂态能量实现选线，在故障接地电阻较高、故障的暂态分量频率较低时仍然可以适用。只需将本专利技术所提选线方案转化为计算机的算法嵌入到馈线零序保护中,即可实现,具有很高的工程应用价值。附图说明下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利提出一种利用故障初始时刻存储在各条线路及消弧线圈上的暂态能量(暂态电流与暂态电压所对应能量)的谐振接地系统高阻接地故障选线方法，适用于谐振接地系统的高阻接地故障。系统工作的基本流程为：a.在线采集母线零序电压，当母线零序电压幅值U0处于Uthl

【技术特征摘要】
1.本专利提出一种利用故障初始时刻存储在各条线路及消弧线圈上的暂态能量(暂态电流与暂态电压所对应能量)的谐振接地系统高阻接地故障选线方法，适用于谐振接地系统的高阻接地故障。系统工作的基本流程为：a.在线采集母线零序电压，当母线零序电压幅值U0处于Uthl<U0<UthZ时(一般的Uthl＝15V，UthZ＝90V)，则说明系统发生高阻接地故障，接下来提取系统各条线路出口零序电流i0j及母线零序电压u0的暂态分量i0j_T、u0_T；b.根据各线路出口处检测到的暂态初始能量选择故障线路。2.根据权利要求1所述的谐振接地系统高阻接...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛永端，宋华茂，管廷龙，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37