基于多线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法，对花瓣式城市电网进行了单相和两相接地故障特性分析，利用单一花瓣环网主干线两端连接在相同母线呈现出的零序电流关联关系，为简单有效地实现故障位置精确定位奠定了基础；本发明专利技术仅需集中式信息处理中心在收到主干线上各保护的零序电流稳态值之后就能实现精确接地故障定位，无需加装行波测量装置等，具有所需通信量少、对信息的同步性要求低等特点，性能可靠，简单易行。

Precise location method of petal type urban power grid grounding fault based on multi line zero sequence current information

【技术实现步骤摘要】
基于多线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法
本专利技术属于电力系统配电网保护与控制领域，基于花瓣式城市电网接地故障特性分析结果，提出了一种基于多段主干线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法。
技术介绍
城市电网直接面向电力用户，承担着为用户提供优质电能的重要责任，是电力系统中不可或缺的一部分。随着城市的快速发展，城市中用电负荷的密度快速增长，对城市供电可靠性的要求也逐渐提高，由于传统的辐射型城市电网故障影响范围大，愈发难以满足民生需求，城市电网接线方式逐渐向单环网、双环网、多分段多联络等接线方式发展，但环网式城市电网在正常运行方式下通常采用闭环设计、开环运行的模式。此外，一些占据重要经济地位的高负荷密度区域有着更高的供电可靠性需求，如中新广州知识城要求供电可靠率不低于99.999％，因此采用花瓣式新型城市电网架构的需求日益增强，而这种新型城市电网的保护控制技术也亟需研究。为此，申请人曾提出一种花瓣式城市电网的接地故障定位方法，该方法基于线路两端零序电流大小之比进行故障定位。然而，该方法未考虑负载阻抗及分布式电源的影响，电网中接入负载和分布式电源时，负载和分布式电源升压变压器的零序阻抗将会改变线路上流过的零序电流大小，使得该故障定位方法的准确性有所下降。另外，当主干线上发生接地故障时，接地故障点与大地之间的过渡电阻会扩大负载阻抗和分布式电源的影响，令该故障定位方法故障定位准确性大大降低。为实现花瓣式城市电网接地故障点的精确定位，本专利技术在对含有负载和分布式电源的花瓣式城市电网进行单相和两相金属性和经过渡电阻接地短路故障分析的基础上，根据单一花瓣环网主干线两端连接在相同母线呈现出的零序电流特殊关联关系，提出了一种花瓣式城市电网接地故障精确定位方法。本专利技术考虑了负载阻抗、分布式电源接入和过渡电阻的影响，仅根据主干线各线路上流过的零序电流大小就能够快速实现接地故障位置的精确定位，方法简单，在花瓣式城市电网配置纵联电流差动保护作为主保护的基础上，所需通信量少，对数据同步性要求低，易于在工程中实施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于考虑到负载阻抗、分布式电源接入和过渡电阻的影响，充分利用花瓣式城市电网中连接在相同母线的单一花瓣主干线的零序电流分布规律和关联关系，提供一种简单有效的花瓣式城市电网主干线接地故障精确定位方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于多线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法，其特征在于：包括以下步骤：1)由于花瓣式城市电网主干线上每段线路两端均安装有保护装置和断路器，因此每一条花瓣环网主干线上均装有偶数个保护装置，按照顺时针方向，对各线路和保护装置依次进行编号，并称编号较小的保护装置所在线路为上游线路，编号较大的保护装置所在线路为下游线路，在花瓣式城市电网每个花瓣的母线处设置一个集中式信息处理中心，预先按照编号写入单一花瓣主干线上所有线路的线路长度和单位长度线路零序阻抗信息；2)各保护装置按照躲开正常运行时可能出现的最大不平衡电流进行整定，将该整定值作为各保护装置接地故障的启动值I(0)qd，整定公式为，其中：Krel为大于1的可靠系数；Kre为小于1的返回系数；Iunb为正常运行时的最大不平衡电流，一旦有保护装置检测到流过的零序电流大小大于整定值，就会向集中式信息处理中心发送发生接地故障信息；3)根据主干线各条线路长度和接入的负载和分布式电源的情况，在主干线上确定平衡点及其所在线路，所述平衡点有如下性质：当平衡点处发生接地短路故障时流过平衡点所在线路两端保护的零序电流相等，根据花瓣式城市电网的故障分析结果可知，当电网中含有负载和分布式电源时，同一故障点发生单相接地故障时比发生两相接地故障时流过故障点两侧保护的零序电流要更大，并且当主干线上的平衡点处发生接地短路故障时，流过故障点所在线路两端保护的零序电流相等，而此时流过非故障线路两端保护的零序电流也相等；因此，预先在集中式信息处理中心中存入以主干线平衡点位置发生单相接地故障时的零序电流值乘以大于1的可靠系数得到的数值I(0)pj，并作为后续故障定位判据；4)当花瓣式城市电网主干线上发上单相或两相接地故障时，主干线上含有三条线路的单一花瓣在考虑三种不同情况下复合序网的零序网络部分如图2所示(第二条线路发生接地故障)，其中ZS为系统的零序等效阻抗，ZL1、ZL2、ZL3分别为三条线路L1、L2、L3的零序阻抗，Zload为负载的零序阻抗，ZDG为分布式电源升压变压器的零序阻抗，Rf为故障点的过渡电阻，分别为流过编号为2、3、4、6的保护装置的零序电流，α为故障点到保护3的距离与线路L2长度的比值，根据故障分析可以列出更具通用性的相关方程如式所示：其中：ZLi(0)为故障点所在线路上游线路Li的零序阻抗，1≤i＜f；ZLf(0)为故障点所在线路Lf的零序阻抗；ZLj(0)为故障点所在线路下游线路Lj的零序阻抗，若该单一花瓣主干线上共有n条线路，则有f＜j≤n；和分别为单相或两相接地故障时流过线路Li和线路Lj下游侧保护即编号为2i和2j的保护的零序电流有效值；和分别为单相或两相接地故障时流过故障点所在线路Lf两端保护的零序电流有效值；α为故障点到故障点所在线路上游侧保护的距离与故障点所在线路长度的比值。继而由式可推导得到α的表达式如式所示：若集中式信息处理中心收到发生接地故障信息，则立刻向各保护装置发送指令，让各保护装置上传流过本装置的零序电流信息。集中式信息处理中心收到零序电流信息后，对比流过同一线路两侧保护的零序电流大小，并根据不同情况采取不同定位策略。而且，所述步骤4)中定位策略的具体操作如下：i)若流过某线路两端保护的零序电流不相等，则信息处理中心判定该线路为故障线路，并且由该线路上编号较小的保护(即奇数号保护)给出故障点定位结果，即根据式求得α，进而可以求得故障点与该线路上奇数号保护之间的距离l1为αZLf(0)。ii)若流过平衡点所在线路两端保护的零序电流相等，并且该零序电流值小于预先整定的I(0)pj，则信息处理中心直接判定故障位置位于该线路上平衡点所在位置。iii)若流过平衡点所在线路两端保护的零序电流相等，并且该零序电流值大于预先整定的I(0)pj，同时在超过1s时间内该线路保护仍处于零序电流启动状态，则信息处理中心发出告警信号，可能存在断路器拒动、通信错误或失败。与现有技术相比，本专利技术所能产生的积极效果是：1、本专利技术对花瓣式城市电网进行了单相和两相接地故障特性分析，利用单一花瓣环网主干线两端连接在相同母线呈现出的零序电流关联关系，为简单有效地实现故障位置精确定位奠定了基础。2、无论发生单相接地故障还是两相接地故障，本专利技术均能够精确实现接地故障定位，不受接地故障类型的影响。3、由于在故障分析中考虑了主干线上的负载情况、分布式电源和故障点处的过渡电阻，本专利技术能够不受负载、分布式电源及过渡电阻的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)由于花瓣式城市电网主干线上每段线路两端均安装有保护装置和断路器，因此每一条花瓣环网主干线上均装有偶数个保护装置，按照顺时针方向，对各线路和保护装置依次进行编号，并称编号较小的保护装置所在线路为上游线路，编号较大的保护装置所在线路为下游线路，在花瓣式城市电网每个花瓣的母线处设置一个集中式信息处理中心，预先按照编号写入单一花瓣主干线上所有线路的线路长度和单位长度线路零序阻抗信息；/n2)各保护装置按照躲开正常运行时可能出现的最大不平衡电流进行整定，将该整定值作为各保护装置接地故障的启动值I

【技术特征摘要】
1.一种基于多线路零序电流信息的花瓣式城市电网接地故障精确定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)由于花瓣式城市电网主干线上每段线路两端均安装有保护装置和断路器，因此每一条花瓣环网主干线上均装有偶数个保护装置，按照顺时针方向，对各线路和保护装置依次进行编号，并称编号较小的保护装置所在线路为上游线路，编号较大的保护装置所在线路为下游线路，在花瓣式城市电网每个花瓣的母线处设置一个集中式信息处理中心，预先按照编号写入单一花瓣主干线上所有线路的线路长度和单位长度线路零序阻抗信息；
2)各保护装置按照躲开正常运行时可能出现的最大不平衡电流进行整定，将该整定值作为各保护装置接地故障的启动值I(0)qd，整定公式为，
其中：Krel为大于1的可靠系数；
Kre为小于1的返回系数；
Iunb为正常运行时的最大不平衡电流，
一旦有保护装置检测到流过的零序电流大小大于整定值，就会向集中式信息处理中心发送发生接地故障信息；
3)根据主干线各条线路长度和接入的负载和分布式电源的情况，在主干线上确定平衡点及其所在线路，所述平衡点有如下性质：当平衡点处发生接地短路故障时流过平衡点所在线路两端保护的零序电流相等，根据花瓣式城市电网的故障分析结果可知，当电网中含有负载和分布式电源时，同一故障点发生单相接地故障时比发生两相接地故障时流过故障点两侧保护的零序电流要更大，并且当主干线上的平衡点处发生接地短路故障时，流过故障点所在线路两端保护的零序电流相等，而此时流过非故障线路两端保护的零序电流也相等；因此，预先在集中式信息处理中心中存入以主干线平衡点位置发生单相接地故障时的零序电流值乘以大于1的可靠系数得到的数值I(0)pj，并作为后续故障定位判据；
4)当花瓣式城市电网主干线上发上单相或两相接地故障时，主干线上含有三条线路的单一花瓣在考虑三种不同情况下复合序网的零序网络部分如图2所示(第二条线路发生接地故障)，其中ZS为系统的零序等效阻抗，ZL1、ZL2、ZL3分别为三条线路L1、L2、L3的零序阻抗，Zload为负载的零序阻抗，ZDG为分布式电源升压变压器的零序阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓龙，袁姝，赵自刚，王强，任江波，常风然，耿少博，何亚坤，李仲青，杨国生，蒋帅，李永丽，李斌，李博通，
申请(专利权)人：天津大学，国网河北省电力有限公司，国家电网有限公司，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12