專利名稱：基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)故障測距方法，尤其是一種基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法。
背景技術(shù)：
我國6_35kV配電系統(tǒng)普遍采用小電流接地的運行方式，該運行方式的優(yōu)點是當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，由于系統(tǒng)線電壓仍然對稱，可以帶故障繼續(xù)運行2小時，因此具有較高的供電可靠性。該運行方式的缺點是單相接地故障特征不明顯，給故障線路選擇和故障測距帶來較大困難。目前對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線原理和技術(shù)的研究較多，也提出了多種選線方法，其中基于信號注入原理的單相接地故障選線方法由于具有不受系統(tǒng)運行方式和消弧線圈影響、選線準(zhǔn)確率高等優(yōu)點，獲得了較為普遍的應(yīng)用。但對于單相接地故障測距技術(shù)研究的不夠深入，由于受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行方式、過渡電阻、故障特征不明顯等因素的影響，故障測距精度有待提高。中國專利申請200510016286. 3公開了一種小電流接地系統(tǒng)輸電線路單相接地故障的測距方法，該方法采用由數(shù)據(jù)采集器采集到的零序信號大于門檻值時，啟動故障測距算法；對采集到的故障電壓數(shù)據(jù)或故障電流數(shù)據(jù)進行高通濾波處理，濾除工頻及以下低頻諧波分量；計算經(jīng)過濾波處理后的故障點的距離。該發(fā)明難以解決中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障測距問題，測距精度受距離系數(shù)的影響較大。中國專利申請200810229756. 8公開了一種小電流接地系統(tǒng)雙回線單相接地故障測距方法，該方法將不同位置的雙回線進行編號并預(yù)置在接地轉(zhuǎn)移裝置的微機中；由微機實時采集、計算變電站母線上的相、線電壓及零序電壓和各線路零序電流，判別系統(tǒng)有無接地及接地的相別，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，由微機給出接地相的分相開關(guān)合閘指令，同時給出錄波指令；錄波完成后，微機結(jié)合雙回線的編號通過測量的零序電壓和零序電流進行選線操作；然后，通過微機按測量雙回線第一線接地電流分流值方程、測量雙回線第二線接地電流分流值方程、測量流入故障點接地電流值方程和測量線路末端到故障點之間的距離方程進行計算，求得雙回線某一點接地時接地點的所在位置，即線路末端到故障點之間的距離。本發(fā)明通過故障發(fā)生后控制中性點短時接地的方式人為增大零序電流，從而達到正確選線和測距的目的，過大的零序電流會給系統(tǒng)設(shè)備的正常運行帶來不利影響，且需要增加相應(yīng)的一次設(shè)備。中國專利申請201010135675. 9公開了一種輸電線路單相接地故障電流行波三基色表示的故障測距方法，本發(fā)明將交流輸電線路的故障電流方向行波用三基色表示，在三基色色彩模式下實現(xiàn)單端故障測距，在保證故障測距準(zhǔn)確性的同時，使得測距更加直觀。本發(fā)明主要針對輸電系統(tǒng)單相接地故障的測距問題，對采樣頻率的要求很高，且適用于線路長度較長、中間無分支等情況，配電系統(tǒng)線路長度較大，線路中間分支眾多，故障行波的折反射過程復(fù)雜，在配電系統(tǒng)中采用該方法存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
為提高小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距的精度，本發(fā)明提供一種基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法。當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，首先向故障相注入一個頻率恒定的正弦電流信號，根據(jù)比較各條出線中注入信號電流幅值的大小，選出故障線路，然后基于線路的分布參數(shù)模型，列出故障線路首端注入信號電壓、電流與故障距離及過渡電阻之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式，根據(jù)過渡電阻呈阻性的特點，可以通過解方程求出故障距離，從而達到故障測距的目的。本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法，包括以下步驟第一步小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，根據(jù)相電壓和零序電壓的變化情況確定故障相別，啟動信號源由電壓互感器二次側(cè)向配電系統(tǒng)注入頻率恒定的正弦電流信號；第二步通過各線路的零序電流互感器測量得到流過每條線路的注入信號電流， 對這些電流幅值進行比較，最大值對應(yīng)的線路即為故障線路；第三步通過電壓互感器測量得到注入電流在故障線路形成的電壓降，通過故障線路的零序電流互感器測量得到注入到故障線路中的電流幅值；設(shè)電壓測量點到故障點之間的距離即故障距離為1，基于線路的分布參數(shù)模型和長線方程，列出測量點處注入信號電壓、電流與故障點處注入信號電壓、電流的關(guān)系表達式；注入電流在故障點處產(chǎn)生的電壓還等于流過該點的注入電流與過渡電阻的乘積，由此得到過渡電阻與測量點的注入信號電壓電流以及故障距離1之間的關(guān)系表達式；第四步上述表達式為復(fù)數(shù)方程，因為過渡電阻呈現(xiàn)阻性，故其虛部為0，據(jù)此求解復(fù)數(shù)方程得到故障距離1。所述的第一步中的單相接地故障發(fā)生后，故障相電壓降低，小于額定電壓的60%， 而非故障相電壓和零序電壓會升高，據(jù)此可以找出故障相別。確定故障相別后，控制注入信號源通過電壓互感器二次側(cè)向系統(tǒng)故障相注入正弦電流信號，以便進行故障選線和故障測距。為了便于檢測，注入信號的頻率必須與電力系統(tǒng)固有信號的頻率相區(qū)分，信號源的輸出信號頻率fs不能為50Hz或50Hz的整倍數(shù)，即nX50Hz < fs < (η+1) Χ50Ηζ, η = 1,2, 3…。所述的第二步中的注入信號測量自零序電流互感器。注入到各配電線路中的電流信號必然會流經(jīng)零序電流互感器，因此可用零序電流互感器對注入的電流信號進行測量， 但零序電流互感器同時還會反應(yīng)50Hz的工頻電流信號和50Hz整倍數(shù)次頻率的諧波電流信號，因此必須采用模擬濾波器和數(shù)字濾波器才能可靠、準(zhǔn)確的將注入信號提取出來。接在同一條母線上的所有線路中均會有注入電流信號流入，但流入故障線路中的注入信號最大， 比較流入各條配電線路中的注入電流的大小，最大電流對應(yīng)的線路即為故障線路。所述的第三步中的線路分布參數(shù)模型如

圖1所示。在已知測量點注入信號電壓、 電流的基礎(chǔ)上，設(shè)故障點與測量點之間的距離為1，通過長線方程寫出測量點電壓、電流與故障點電壓電流之間的關(guān)系表達式為
權(quán)利要求
1.一種基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法，其特征在于，包括以下步驟第一步小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，根據(jù)相電壓和零序電壓的變化情況確定故障相別，啟動信號源由電壓互感器二次側(cè)向系統(tǒng)注入頻率恒定的正弦電流信號；第二步通過各線路的零序電流互感器測量得到流過每條線路的注入信號電流，對這些電流幅值進行比較，最大值對應(yīng)的線路即為故障線路；第三步通過電壓互感器測得注入電流在故障線路形成的電壓降，通過故障線路的零序電流互感器測量得到注入到故障線路中的電流；設(shè)測量點到故障點之間的距離即故障距離為1，基于線路的分布參數(shù)模型和長線方程，列出測量點處注入信號電壓、電流與故障點處注入信號電壓、電流的關(guān)系表達式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法， 其特征在于所述的第一步中的信號源是頻率恒定的交流正弦電流源，為了便于檢測，注入信號的頻率必須與電力系統(tǒng)固有信號的頻率相區(qū)分，信號源的輸出信號頻率fs不能為50Hz 或50Hz的整倍數(shù)，即nX50Hz < fs < (n+1) X50Hz，η為正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法， 其特征在于所述的第二步中的對注入信號電流的測量通過零序電流互感器完成；注入到線路中的電流信號必然會流經(jīng)零序電流互感器，單相接地故障發(fā)生后，零序電流互感器的二次側(cè)輸出不僅包含50Hz工頻信號及諧波信號，還包含注入信號，采用模擬濾波器和數(shù)字濾波器將注入信號分離出來。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法， 其特征在于所述的第三步中線路采用的是分布參數(shù)模型，模型本身已經(jīng)考慮了分布電容的影響，因此具有較高的精度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于信號注入法的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測距方法，單相接地故障發(fā)生后，通過電壓互感器二次側(cè)向故障相短時注入一個恒頻正弦電流信號，該電流會在故障線路上產(chǎn)生相應(yīng)的壓降，采用線路的分布參數(shù)模型，基于長線方程可寫出線路首端注入信號電壓、電流與故障點處注入信號電壓、電流之間的關(guān)系式。另外，還可以寫出故障點處注入信號電壓、電流與過渡電阻的關(guān)系表達式。令過渡電阻虛部為0，求解復(fù)數(shù)方程，便可求得故障距離。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用注入信號測距，不受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行方式和消弧線圈的影響，采用線路的分布參數(shù)模型，不受分布電容的影響，測距結(jié)果具有較高的精度，且具有良好的抗過渡電阻能力。
文檔編號G01R31/08GK102288872SQ201110180569
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者叢偉, 宋志明, 張嵩, 張琳琳, 白勇, 荀堂生 申請人:山東省電力學(xué)校