电力系统小电流接地故障选线、分段方法技术方案

电力系统小电流接地故障选线、分段方法，尤其涉及一种具有自具特点的小电流接地系统单相接地保护方法，通过各种在线监测装置进行故障选线并确定故障区段，其特征在于：同时利用故障产生的暂态零序电压和暂态零序电流有关信息作为故障选线、分段依据，以故障产生的暂态零序电压、暂态零序电流中具有容性约束关系的分量作为判断依据，根据暂态信号中无功功率及方向确定故障线路和区段，本方法可以适用于中性点不接地、消弧线圈接地、高阻接地系统，不受闪弧故障的影响，且故障选线时不需要其他线路故障信息，具有自具特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

，涉及一种中性点不接地、消弧线圈接地或高阻接地系统中压配电网单相接地故障选线、分段定位方法，尤其涉及一种具有自具特点的小电流接地系统单相接地保护方法。
技术介绍
我国配电系统大多采用中性点不接地或谐振接地(消弧线圈接地)处理方式。由于故障电流小、弧光造成的接地过程不稳定等原因，单相接地故障检测一直难以彻底解决。中性点不接地电网中，单相接地时故障线工频零序电流等于所有健全线路对地电容电流之和，方向从线路指向母线。而健全线路零序电流等于自身对地电容电流，方向从母线指向线路。但在消弧线圈接地系统中上述规律不再成立。在消弧线圈接地系统中，对于高次谐波由于消弧线圈的感抗增加即其补偿作用下降，而对地分布电容容抗下降。因此，对于零序电流中5次以上的谐波成份可以忽略消弧线圈的作用，即认为故障线路比非故障线路幅值大且方向相反。但故障零序电流中谐波含量非常小，检测有一定难度。故障时系统负序等效电路不同于零序等效电路，由故障产生的负序电流流经故障线路后直接通过变压器注入高压系统，而健全线路负序电流幅值非常小。利用该原理的方法如《中国专利公报》2000年9月6日公开的，申请号00114452.9，专利技术名称小电流接地系统接地保护方法，该方法步骤为1、监测系统零序电压、各馈线负序电流，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。该方法虽也可实现故障选线和分段，但受负荷变化影响较大。利用上述特征进行故障选线的方法，大多利用了故障时产生的稳态电流信号，各有优缺点。由于稳态电流幅值小，且实际故障许多是如图1、图2、图3所示的闪弧故障，故障在电压接近最大值时发生而在电压过零点后消失，因此接地电流中基本上不存在稳定的稳态过程。给所有基于稳态的方法带来了局限性。随着配网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区段的快速定位、隔离并恢复健全线路的供电，而不仅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。本专利技术对于解决该问题，特别是对于单出线长距离系统，如铁路自闭、贯通线路等，将会产生积极的效果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种能够适用所有小电流接地系统、不受闪弧故障影响，可靠性高、具有自具特点的小电流接地故障选线方法，并可利用该方法实现故障分段。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。利用该方法可以实现单相接地故障的保护功能。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案是通过各种在线监测装置进行故障选线并确定故障区段，实现过程为a以零序电压或零序电流的变化作为故障的启动条件，b搜索故障起始时刻和暂态信号延时长度，c对暂态零序电压、暂态零序电流信号进行双向带通滤波，d计算故障选线、分段所需故障信息，e对于同一母线的不同出线，判断是否故障线路，f对于故障线路，由主站根据线路上各个检测装置上报的故障信息确定故障区段，其特征在于g同时利用故障产生的暂态零序电压和暂态零序电流有关信息作为故障选线、分段依据，h以故障产生的暂态零序电压、暂态零序电流中具有容性约束关系的分量作为判断依据，i根据暂态信号中无功功率及方向确定故障线路和区段。该方法是同时利用故障产生的暂态零序电压、暂态零序电流作为判断依据，通过在出线出口或线路上按区段安装的在线监测装置，实现小电流接地系统单相接地故障选线、分段。与现有技术相比本专利技术的有益效果是单相接地时，暂态过程主要由故障相对地电容放电过程和非故障相的充电过程构成。最大暂态电流和稳态电容电流之比近似等于谐振频率与工频频率之比，即其幅值可能比稳态值大几倍到几十倍。在谐振接地系统中，由于消弧线圈中的电流不能突变，流经消弧线圈的暂态电流变化速度远远小于暂态电容电流的变化。同时，消弧线圈的感抗随着频率的增高而增高，而电容的容抗同时下降。因此，当采用暂态零序电流时可以不考虑消弧线圈的影响。零序暂态电流一般由多个按指数衰减的正弦信号组成，其中整个系统的谐振信号在故障线和所有健全线中都占主要成分，称其为主频信号。可以证明，在任何系统的任何检测点上，暂态零序电压、电流的主频分量必然呈容性关系。利用该关系可以确定故障线路和故障区段。本方法在选线时只需要检测点的零序电压、零序电流信号，可以作为单相接地保护继电器的保护原理。综上所述，利用本专利技术的方法进行单相接地故障选线或分段时，暂态信号比稳态信号幅值大、易于检测；不受系统中性点接地方式影响；闪弧故障时绝缘每一次重新击穿都会产生暂态过程，暂态信号更加丰富、适用面广；故障选线时，不需要其它线路信息，有自具特点。本专利技术的方法还可通过如下方法来实现根据暂态零序电流主谐振频率ω1确定滤波器截止频率为(3ω0，ω1+ωr)，其中ω0为工频角频率，ωr为安全余量，对暂态零序电压、暂态零序电流信号进行双向带通滤波，保留的分量分别记为u0′(t)、i0′(t)，则其应满足图4所示模型和容性约束关系u0′(t)=R*i0′(t)+1c∫-∞ti0′(τ)dτ,]]>其中R为线路等效电阻，C为线路对地等效电容。根据公式Q=∫0Ti0′(t)×du0′(t)dtdt=∫0Ti0′(t)du0′(t)]]>计算滤波后具有容性约束关系分量的暂态零序功率及方向。对于同一母线的不同出线，根据暂态无功功率及方向判断是否故障线路。对于故障线路，由主站根据线路上各个检测装置上报的暂态无功功率及方向确定故障区段，故障点两侧的暂态无功功率关系如附图5所示。附图说明图1为实际记录的单相接地故障健全线零序电流波形；图2为与图1同一故障的故障线零序电流波形；图3为与图1同一故障的零序电压波形；图4为暂态零序电压、电流容性分量关系示意图；图5为故障点两端暂态无功功率及方向示意图；图6为专用选线装置结构图；图7为故障分段实现装置示意图。图中R线路等效阻抗 C线路对地分布电容 i′0(t)零序电流 u′0(t)零序电压 D1-D5为检测点 F故障点 DAU1-DAUn 数据采集单元 CB出线断路器 S1-S6柱上开关 FTU1-FTU6馈线自动化远方终端 RTU为变电站终端设备。具体实施例方式本专利技术可以用多种方法分别实现故障选线和分段功能，可以是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。下面分别叙述1、电站单相接地故障选线方法利用本专利技术可以像传统方法那样比较各条出线故障信息实现故障选线。附图6所示为其装置结构示意图，其中虚线部分为可选部分。各个数据采集单元DAU负责检测不同的线路，并将检测数据上传CPU单元集中处理，处理结果可以以多种形式在当地显示或上传远方调度。具体实现步骤如下1)以零序电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
电力系统小电流接地故障选线、分段方法，通过各种在线监测装置进行故障选线并确定故障区段，实现过程为： ａ以零序电压或零序电流的变化作为故障的启动条件， ｂ搜索故障起始时刻和暂态信号延时长度， ｃ对暂态零序电压、暂态零序电流信号进行双向带通滤波， ｄ计算故障选线、分段所需故障信息， ｅ对于同一母线的不同出线，判断是否故障线路， ｆ对于故障线路，由主站根据线路上各个检测装置上报的故障信息确定故障区段， 其特征在于： ｇ同时利用故障产生的暂态零序电压和暂态零序电流有关信息作为故障选线、分段依据， ｈ以故障产生的暂态零序电压、暂态零序电流中具有容性约束关系的分量作为判断依据， ｉ根据暂态信号中无功功率及方向确定故障线路和区段。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛永端，徐丙垠，陈羽，李京，冯祖仁，
申请(专利权)人：淄博科汇电气有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]