專利名稱：中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)故障檢測裝置，具體來說是一種中性點不接地、消弧線圈接地或高阻接地系統(tǒng)中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法。
背景技術(shù)：
我國配電系統(tǒng)大多采用中性點不接地或消弧線圈接地(諧振接地)處理方式。單相接地故障是小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生幾率較高的一種故障，由于單相接地故障電流僅為系統(tǒng)分布電容電流或消弧線圈補償后的殘余電流，所以單相接地故障的檢測一直是繼電保護中難以解決的問題，而且，判斷的依據(jù)相對復(fù)雜。
中性點不接地電網(wǎng)中，已提出了多種基于故障零序穩(wěn)態(tài)量和暫態(tài)量的選線方法，并有多種選線裝置應(yīng)用于實際系統(tǒng)中，但選線準(zhǔn)確率仍然不高，例如注入法方法在一定程度上改善了選線裝置的動作正確率，但由于注入信號微弱及受過渡電阻和分布電容的影響，也沒有達到理想的選線準(zhǔn)確率。
中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的單相接地故障選線原理已經(jīng)有一些方法，如中性點不接地系統(tǒng)利用零序電流的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)無功分量法以及能量法；中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)利用零序電流的五次諧波法、有功分量方向法、暫態(tài)無功分量法及能量法；也有使用系統(tǒng)的零序?qū)Ъ{、阻尼率和負序電流等物理量進行選線。基于多種故障特征的綜合型選線方案、基于外加診斷信號的注入法以及新興的小波變換等數(shù)字信號處理方法，造成單相接地故障選線準(zhǔn)確率低的原因，除了裝置工作環(huán)境噪聲污染嚴重外，一個重要的原因就是裝置的安裝需要考慮電壓互感器或電流互感器的極性，一旦極性接錯，就得不到正確得選線結(jié)果。例如利用零序電流的有功功率方向，以零序電壓作為參考量，比較故障線路的零序電流與零序電壓的相位和非故障線路與零序電壓的相位關(guān)系進行選線，如果電壓互感器的極性接反或有的電流互感器的極性接反將不能正確地確定故障線路。計算所有饋線中零序有功電流的相量和，并選取該相量和的垂直線作為參考軸，再對所有饋線的基波零序電流在參考軸的投影上進行比較。故障饋線接地電流的投影與各條非故障饋線零序電流的投影不僅相位相反，而且數(shù)值也大。若饋線上的電流互感器接反，也將不能實現(xiàn)正確的故障選線。
隨著配電自動化的發(fā)展和故障管理功能的不斷完善，如何對單相接地故障實現(xiàn)故障線路的快速選定、隔離并恢復(fù)非故障線路的供電，而不僅是局限于傳統(tǒng)的故障選線，成為業(yè)內(nèi)技術(shù)人員研究的主要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述缺點，提供一種操作簡便，檢測準(zhǔn)確率高的，中性點不接地、消弧線圈接地(諧振接地)、經(jīng)高阻接地等形式的中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是包括以下步驟1)實時檢測各饋線的零序電流矢量和有功分量；2)以零序電壓矢量方向作為參考軸，計算各饋線的零序電流相對于零序電壓的余弦分量；3)將各饋線中的零序電流相對于所述參考軸的余弦分量進行比較，其中，余弦分量的數(shù)值最大的饋線判斷為故障線路的。
還可包括根據(jù)對各饋電線路的檢測出的零序電流判斷出的故障信息，具體過程為檢測各饋線零序電流的有功分量比幅，作為故障選線、分段依據(jù)。
對中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和經(jīng)高阻接地系統(tǒng)，各饋線零序電流在參考軸上的投影計算方法可以如下Ii＝|I0icosi|，(i＝1，2，…，n)Ii(i＝1，2，…，n)中最大者為故障線路。
對于中性點不接地系統(tǒng)，各饋線零序電流在參考軸上的投影計算方法可以如下cosi(i＝1，2，…，n)，都取1，則Ii＝I0i(i＝1，2，…，n)Ii(i＝1，2，…，n)中最大者為故障線路。
本發(fā)明是利用比較故障產(chǎn)生的各饋線的零序電流相對于參考軸的余弦分量作為判斷依據(jù)，通過在饋線出口或線路上按區(qū)段安裝的在線監(jiān)測裝置，實現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是對中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，目前主要采用消弧線圈并(串)電阻運行的派生方式，且消弧線圈本身的有功成分較大(實測單相接地時其有功電流達2～3A)。當(dāng)此系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，故障線路始端所反映的零序電流在參考軸上的投影數(shù)值會很大，非故障線路始端所反映的零序電流主要是容性的，在參考軸上的投影很小。
對中性點經(jīng)高阻接地系統(tǒng)，中性點電阻流過阻性電流，該電流經(jīng)故障線路流通而不經(jīng)過非故障線路。故障線路始端所反映的零序電流既有阻性電流又有容性電流，在參考軸上的投影數(shù)值會很大，非故障線路的始端所反映的零序電流主要是容性的，在參考軸上的投影數(shù)值很小。
對中性點不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生接地故障時，流過故障和非故障線路的零序電流皆容性且故障線路的零序電流為所有非故障線路零序電流的和在投影軸上的投影數(shù)值都很小。各饋線零序電流任意方向旋轉(zhuǎn)90°后再投影，因故障線路的零序電流為所有非故障零序電流之和，在參考軸上的投影數(shù)值最大。
可以作為單相接地保護繼電器的保護原理，在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，能夠快速確定故障線路或故障區(qū)段，進一步自動或人工指令相應(yīng)斷路器、開關(guān)操作切除故障線路或隔離故障區(qū)段。
綜上所述，利用本發(fā)明的方法進行單相接地故障選線或分段時，各饋線的零序電流在投影軸上的余弦分量最大、易于檢測；不受系統(tǒng)中性點接地方式、電壓互感器或電流互感器極性的影響；幅值信號更加豐富、適用面廣，故障選線時，不需要考慮極性的影響。


圖1為中性點非有效接地系統(tǒng)零序等效網(wǎng)絡(luò)圖；圖2中性不接地系統(tǒng)零序電流投影矢量圖；圖3中性經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)零序電流投影矢量圖；圖4中性點經(jīng)高阻接地系統(tǒng)零序電流投影矢量圖；圖5中性點經(jīng)消弧線圈或高阻接地系統(tǒng)單相接地零序電流投影值波形；圖6中性點不接地系統(tǒng)單相接地零序電流投影值波形。
Rg為接地點過渡電阻，CI，CII，CIII為線路對地分布電容，0為母線零序電壓， 線路電流， 為零序電流，ZL為消弧線圈阻抗，RN中性點接地電阻。
具體實施例方式
以下根據(jù)具體實施例對本發(fā)明內(nèi)容做進一步描述。在電網(wǎng)饋線出口或線路上按區(qū)段安裝在線監(jiān)測裝置，當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)較高零序電壓(排除TV二次回路斷線)時，如3U。＞20～30V，就可認為電網(wǎng)中發(fā)生了單相接地故障。
如圖1中所示為中性點非有效接地系統(tǒng)零序等效網(wǎng)絡(luò)圖，本發(fā)明通過以下步驟實現(xiàn)對中性點不接地、消弧線圈接地(諧振接地)、經(jīng)高阻接地等形式的中低壓配電網(wǎng)單相接地故障的選線1)實時檢測各饋線的零序電流矢量和有功分量，其中零序電流為矢量為i0＝ia+ib+ic(矢量和)2)以零序電壓矢量方向作為參考軸，計算各饋線的零序電流相對于零序電壓的余弦分量；從電壓互感器PT開口三角處取得零序電壓0，由每條饋線的零序電流互感器CT獲得其零序電流 n為母線上的所有饋線數(shù)。用傅立葉算法算出零序電流壓和每條出線零序電流的基波幅值和相角。其具體計算過程為周期采樣的電流值i1，i2，i3，......，i20；周期采樣的電壓值u1，u2，u3，.......，u20。
根據(jù)傅氏算法的理論公式，可以得出每一相電流或電壓向量得實部(用r表示)與虛部(用i表示)分量。如電流為Ir=110
]>0.588(i3+i17-i7-i13)+0.309(i4+i16-i6-i14)+]]>(i20-i10)]]]>Ii=110
]>0.809(i3+i7-i13-i17)+0.951(i4+i6-i14-i16)+]]>(i5-i15)]]]>電壓分量與電流分量相同，電流、電壓有效值以及初始相位角為I=Ir2+Ii2]]> U=Ur2+Ui2]]> 任一相有功功率、無功功率和功率因數(shù)角為P＝Ur·Ir+Ui·IiQ＝Ui·Ir-Ur·Ii 設(shè)零序電壓基波的相角為∠U0，饋線零序電流的基波幅值為∠I0，相角為∠Ui，i＝1，2，…，n。則零序電壓與各出線零序電流之間的夾角為 3)將各饋線中的零序電流相對于所述參考軸的余弦分量進行比較，其中，余弦分量的數(shù)值最大的饋線判斷為故障線路的。
如圖3、4、5所示，對中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和經(jīng)高阻接地系統(tǒng)，各饋線零序電流在參考軸上的投影計算方法如下Ii＝|I0icosi|，(i＝1，2，…，n)
其中，Ii(i＝1，2，…，n)中最大者為故障線路，當(dāng)I1，I2，…，In的差別不大時，為母線故障。
如圖2、6中所示，對于中性點不接地系統(tǒng)，cosi(i＝1，2，…，n)，都取1，則Ii＝I0i，(i＝1，2，…，n)同樣也可找出故障線路。
4)根據(jù)對各饋電線路的檢測出的零序電流判斷出的故障信息，具體過程為檢測各饋線零序電流的有功分量比幅，作為故障選線、分段依據(jù)，即根據(jù)在各饋線出口和線路上按區(qū)段檢測到的零序電流有功分量與非故障狀態(tài)下零序電流有功分量的比幅最大的相為發(fā)生接地故障的相。
此外，還可以通過計算出各相得有功功率和無功功率后，計算出三相電路的總功率P＝PA+PB+PC＝UArIAr+UAiIAi+UBrIBr+UBiIBi+UCrICr+UCiICiQ＝QA+QB+QC＝UAiIAr-UArIAi+UBiIBr-UBrIBi+UCiICr-UCrICi 對于功率因數(shù)的計算，為了方便軟件編程的實現(xiàn)，利用下面的計算公式 有功電度的計算可以采取有功功率對時間的積分實現(xiàn)，在實際計算時取dt＝1s，即
W=∫0TPdt=Σt=0t=TP]]>采用本發(fā)明提供的故障選線和分段方法，可以實現(xiàn)具有專一功能的專用設(shè)備，也可以和其它裝置，如配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、饋線出口保護設(shè)備共用軟硬件平臺。
以上對本發(fā)明所提供的中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法，其特征在于包括以下步驟1)實時檢測各饋線的零序電流矢量和有功分量；2)以零序電壓矢量方向作為參考軸，計算各饋線的零序電流相對于零序電壓的余弦分量；3)將各饋線中的零序電流相對于所述參考軸的余弦分量進行比較，其中，余弦分量的數(shù)值最大的饋線判斷為故障線路的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法，其特征在于還包括根據(jù)對各饋電線路的檢測出的零序電流判斷出的故障信息，具體過程為檢測各饋線零序電流的有功分量比幅，作為故障選線、分段依據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法，其特征在于對中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和經(jīng)高阻接地系統(tǒng)，各饋線零序電流在參考軸上的投影計算方法如下Ii＝|I0icosi|，(i＝1，2，…，n)Ii(i＝1，2，…，n)中最大者為故障線路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法，其特征在于對于中性點不接地系統(tǒng)，各饋線零序電流在參考軸上的投影計算方法如下cosi(i＝1，2，…，n)，都取1，則Ii＝I0i，(i＝1，2，…，n)Ii(i＝1，2，…，n)中最大者為故障線路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)故障檢測裝置，具體來說是一種中性點不接地、消弧線圈接地或高阻接地系統(tǒng)中低壓配電網(wǎng)單相接地故障選線方法。本發(fā)明可以作為單相接地保護繼電器的保護原理，在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，能夠快速確定故障線路或故障區(qū)段，進一步自動或人工指令相應(yīng)斷路器、開關(guān)操作切除故障線路或隔離故障區(qū)段。利用本發(fā)明的方法進行單相接地故障選線或分段時，各饋線的零序電流在投影軸上的余弦分量最大、易于檢測；不受系統(tǒng)中性點接地方式、電壓互感器或電流互感器極性的影響；幅值信號更加豐富、適用面廣，故障選線時，不需要考慮極性的影響。
文檔編號G01R31/08GK1800867SQ200510132179
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者陳玉國, 崔建江, 李文奎 申請人:山東達馳電氣股份有限公司