專利名稱：中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障識別方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)配電網(wǎng)單相接地故障判別方法，特別是通過電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中故障前后電壓變化量建立的“低閾值，多判據(jù)”單相接地故障識別檢測方法。
背景技術：
我國配電網(wǎng)主要采用中性點非有效接地方式，包括中性點不接地和諧振接地，實際運行發(fā)現(xiàn)，該類系統(tǒng)中單相接地故障約占總故障的80%。發(fā)生單相接地故障后，故障相電壓降低，非故障相電壓升高，系統(tǒng)線電壓不變，供電不受影響，系統(tǒng)允許繼續(xù)運行2小時，但是長時間運行可能導致事故擴大或引發(fā)新的故障。因此針對單相接地故障選線定位成了研究重點，而單相接地故障的檢測識別是準確投入消弧線圈、啟動故障選線定位裝置的基礎。
在檢測出系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障發(fā)生后，需及時投入消弧線圈，并且啟動單相接地故障選線定位裝置，識別故障出線、判斷故障位置。傳統(tǒng)方法在識別單相接地故障時，以母線零序電壓超過設定閾值作為條件判定，零序電壓閾值范圍為相電壓的209Γ35%，由于系統(tǒng)在不對稱運行時亦會存在一定的零序電壓，為區(qū)分該種情況，通常適當調(diào)高零序電壓閾值。然而實際系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，常伴隨故障電阻接地，此時母線零序電壓將隨著故障電阻的增大而迅速減小，并且當故障電阻達到一定水平時(與系統(tǒng)線路參數(shù)、消弧線圈參數(shù)有關)，母線零序電壓將可能低于設定閾值，傳統(tǒng)基于母線零序電壓閾值的識別方法將無法識別，消弧線圈不能及時投入，選線定位裝置也將無法啟動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種靈敏、可靠的單相接地故障識別方法，克服傳統(tǒng)方法在發(fā)生單相高阻接地故障時無法識別的缺點。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障識別方法，其特征是通過實時采集母線零序電壓和三相電壓，當母線零序電壓瞬時值或瞬時值變化量越限時進行識別根據(jù)信號突變點即故障時刻，并分別計算零序電壓和三相電壓在故障時刻前、后一個周期的有效值及二者對應的變化量，當同時滿足以下三個判別條件時，判定有單相接地故障發(fā)生；上述判別條件為零序電壓有效值變化量大于O. 05Uph且小于或等于額定相電壓Uph ;至少存在一相電壓有效值變化量大于O. 03Uph且小于或等于O. 8229Uph ;至少存在一相電壓有效值變化量小于-O. 03Uph且大于或等于-Uph，但各參數(shù)值的設定不局限于此，需根據(jù)實際系統(tǒng)需要進行確定。所述的中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障識別方法，其特征是，還具有以下識別方法檢測信號突變點10秒后零序電壓有效值，若10秒后零序電壓有效值與故障時刻前零序電壓有效值相比，前者大于后者O. 05Uph且小于Uph，則判定有非瞬時性單相接地故障發(fā)生。
所述的中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障識別方法，其特征是，當判定有單相接地故障發(fā)生時，投入消弧線圈，當判定有非瞬時性單相接地故障發(fā)生時，起動單相接地故障選線定位裝置，從而識別故障出線、判別故障位置。本發(fā)明通過對中性點非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的電壓特征進行詳細的理論分析和仿真分析，并基于電壓變化量的“低閾值，多判據(jù)”等方式進行單相接地故障識別。本發(fā)明主要解決配電網(wǎng)發(fā)生單相高阻接地故障的識別問題。利用零序電壓瞬時值和瞬時突變值作為識別方案啟動判據(jù)，當其中任意值越限時啟動識別流程，根據(jù)信號突變點確定突變時刻，并計算確定信號突變點前后一個周波的零序電壓和三相電壓有效值并計·算出其變化量；當且僅當零序電壓變化量和各相電壓變化量同時滿足各判據(jù)條件時判定單相接地故障發(fā)生。該方法特殊之處在于利用電壓變化量進行識別，可以反映系統(tǒng)狀態(tài)的突變，“低閾值”方案在設定電壓變化量閾值時適當降低閾值，可使在高阻抗故障時能靈敏啟動，“多判據(jù)”方案同時考慮了零序電壓和三相電壓的變化規(guī)律，保證了方法的可靠性，并且方法簡單易于實現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果為I、利用電壓變化量作為特征進行分析，可有效反映系統(tǒng)故障時狀態(tài)的突變；2、利用“低閾值”的方案可保證在發(fā)生高阻接地故障時系統(tǒng)電壓變化特征很小時仍能識別；3、利用“多判據(jù)”的方案同時考慮了發(fā)生單相接地故障各電壓變化特征，保證了識別方法的可靠性。


圖I是單相接地故障模型圖(即故障電路圖)。圖2是中性點不接地系統(tǒng)零序電壓和三相電壓隨故障電阻變化圖。圖3是單相接地故障識別程序流程圖。
具體實施例方式中性點非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，如圖1，考慮故障電阻影響時，假設C相發(fā)生單相接地故障，Zc為系統(tǒng)每相線路對地容抗，且有Z^-jX。，Rf為故障電阻，Uph為相電壓額定值，系統(tǒng)電壓(母線零序電壓和三相電壓)存在以下規(guī)律當故障電阻為零時，故障相(C相)電壓降低為零，非故障相(A、B)電壓升高為I. 732Uph，零序電壓升高為相電壓Uph。當系統(tǒng)是中性點不接地系統(tǒng)時，各相電壓隨故障電阻變化特征如圖2，母線零序電壓隨故障電阻的增大而減小，但仍大于正常運行狀態(tài)的零序電壓；超前故障相的非故障相(B相)電壓在故障電阻為零時為I. 732Uph，隨著故障電阻的增大，其逐漸增大，當故障電阻滿足Rf=O. 1243X。時，電壓達到最大值1.8229Uph，故障電阻繼續(xù)增大時，電壓逐漸減小并逐漸趨于相電壓額定值Uph;滯后故障相的非故障相(A相)電壓在故障電阻為零時為I. 732Uph，隨著故障電阻的增大，其逐漸減小，當故障電阻滿足Rf=O. 8941X。時，電壓達到最小值O. 8229Uph，故障電阻繼續(xù)增大時，電壓逐漸增大并逐漸趨于相電壓額定值Uph。并且發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)單相接地故障時的非故障相電壓最大、最小值與系統(tǒng)參數(shù)無關，但系統(tǒng)參數(shù)將影響非故障相最大、最小值對應的故障電阻值。當系統(tǒng)為諧振接地系統(tǒng)時，根據(jù)補償度不同，系統(tǒng)電壓隨故障電阻的變化規(guī)律也將不同。對于欠補償系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的電壓變化特征與中性點不接地系統(tǒng)相似，只是非故障相電壓取最大最小值時所對應故障電阻與消弧線圈參數(shù)有關；對于過補償系統(tǒng)，其非故障相的電壓變化特征不同，此時超前故障相的非故障相(B相)電壓將存在最小值，而滯后故障相的非故障相(A相)電壓存在最大值，最大、最小值的大小與前相同。非有效接地系統(tǒng)單相接地故障電壓變化特征通用規(guī)律零序電壓增大，其變化量范圍為(O I) Uph ;故障相電壓降低，變化量范圍為(-I O) Uph ;存在一非故障電壓(不接地系統(tǒng)和欠補償系統(tǒng)為超前故障相的非故障相，過補償系統(tǒng)為滯后故障相的非故障相)升高，變化量范圍為(O O. 8229)Uph ;存在一非故障相電壓(不接地系統(tǒng)和欠補償系統(tǒng)為滯后故障相的非故障相，過補償系統(tǒng)為超前故障相的非故障相)可能升高可能降低，變化量范圍為(-0. 1771 O. 732) Uph。單相接地故障后各電壓變化量如表I所示，變化量為正時表示 故障后電壓升高，變化量為負時表示故障后電壓降低，表I中八隊、AUa, AUb, AU。分別為零序電壓和三相電壓故障前后一個周波的有效值變化量。因此可利用電壓變化量構成單相接地故障識別判據(jù)，利用變化量特征可有效反應系統(tǒng)的突變狀態(tài)，為保證方法靈敏性，減小判據(jù)閾值，為保證方法的可靠性，利用多個判據(jù)同時進行判斷。表I.單相接地故障情況下零序電壓和相電壓變化量范圍
變量類型不同運行情況
單相單相
金屬性接地經(jīng)故障電阻接地
U0Uph(O 視AUoVllh(O 耗
AIaO. 732(-0. 1771 O. 732)
AUbO. 732(O O. 8229) Uph
AUc-Upb(-1 親當檢測到系統(tǒng)零序電壓出現(xiàn)異常(零序電壓瞬時值或瞬時值突變量即變化量越限)時，計算出現(xiàn)異常前后一個周期的零序電壓和三相電壓的有效值突變量，當同時滿足零序電壓突變量大于O. 05Uph且小于或等于Uph，至少存在一相電壓變化量大于O. 03Uph且小于或等于O. 8229Uph，至少存在一相電壓變化量小于-O. 03Uph且大于或等于-Uph時，判定有單相接地故障發(fā)生，投入消弧線圈，檢測IOS后系統(tǒng)零序電壓有效值，若此時零序電壓有效值與故障前零序電壓有效值相比(前者減去后者之差)大于O. 05Uph且小于Uph，則判定有非瞬時性單相接地故障發(fā)生，投入故障選線、定位裝置。如圖3所示，為本方法進行單相接地故障識別的流程說明圖(I)實時監(jiān)測零序電壓瞬時值,當零序電壓瞬時值Utl或瞬時值突變量Autl (瞬時值突變量為該時刻瞬時值與前一周期瞬時值之差)超過設定閾值時啟動錄波和識別流程，其中Λ Uci=Ucik-Uci(k_N)，式中^tlk為時刻k的零序電壓瞬時值，N為一個工頻周期的采樣點數(shù)，u0(k_N)為Utlk —個周期前的零序電壓瞬時值。各變量閾值設定如圖3中所示，但閾值設定不局限于此，根據(jù)實際系統(tǒng)正常運行的不對稱的等情況進行確定，不對稱度較高時，可將零序電壓瞬時值Utl閾值適當調(diào)大，而不對稱度較小時可將零序電壓瞬時值Utl閾值適當調(diào)小。(2)當零序電壓瞬時值或瞬時突變量超過設定閾值啟動錄波,錄波對象包括零序電壓和三相電壓，錄波時間為啟動時刻前5個周波和啟動時刻后10個周波(即周期)數(shù)據(jù)，根據(jù)信號突變點確定故障時刻，并分別計算零序電壓和三相電壓故障時刻前后一個周波的電壓有效值，流程圖中U:、U；、Uc'、U。，分別表示A、B、C三相電壓和零序電壓故障前一個周波有效值，UA、UB、Uc、U0為A、B、C三相電壓和零序電壓故障后一個周波有效值，A相電壓有效值變化量計算如AUa=Ua-Ua'，其他類似。(3)當零序電壓突變量和相電壓突變量同時滿足以下條件時，判定單相接地
故障發(fā)生，零序電壓變化量ΛUtl滿足O. OSUpJAUci ( Uph，且在三相電壓變化量中存在一相電壓變化量AU滿足0.03Uph〈AU ( O. 8229Uph,以及存在一相電壓變化量AU滿足-Uph ( AU<-0. 03Uph,當且僅當三條件同時滿足時判定單相接地故障發(fā)生，此時可投入消弧線圈，但閾值設定不局限于此，需根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)綜合考慮。(4)檢測故障IOS (10秒)后零序電壓有效值，并計算其與故障前一周期有效值(周期內(nèi)的平均值)之差，即零序電壓變化量仍滿足O. 05Uph< Δ U0<Uph時，判定存在非瞬時性單相接地故障發(fā)生，投入故障選線定位裝置。
權利要求
1.ー種中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障識別方法，其特征是通過實時采集母線零序電壓和三相電壓，當母線零序電壓瞬時值或瞬時值變化量越限時進行識別根據(jù)信號突變點即故障時刻，井分別計算零序電壓和三相電壓在故障時刻前、后ー個周期的有效值及二者對應的變化量，當同時滿足以下三個判別條件時，判定有單相接地故障發(fā)生； 上述判別條件為零序電壓有效值變化量大于0. 05 且小于或等于額定相電壓Uph ；至少存在一相電壓有效值變化量大于0. QWph且小于或等于0. 8229 ;至少存在一相電壓有效值變化量小于-0.糊ph且大于或等于-uph。
2.根據(jù)權利要求1所述的中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障識別方法，其特征是，還具有以下識別方法檢測信號突變點10秒后零序電壓有效值，若10秒后零序電壓有效值與故障時刻前零序電壓有效值相比，前者大于后者0. mjph且小于uph，則判定該單相接地故障為非瞬時性單相接地故障。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障識別方法，其特征是，當判定有単相接地故障發(fā)生時，投入消弧線圈，當判定有非瞬時性單相接地故障時，起動單相接地故障選線定位裝置，識別故障出線、判別故障位置。
全文摘要
一種中性點非有效接地系統(tǒng)單相接地故障識別方法，利用零序電壓瞬時值和瞬時突變值作為識別方案啟動判據(jù)，當其中任意值越限時啟動識別流程，根據(jù)信號突變點確定突變時刻，并計算確定信號突變點前后一個周波的零序電壓和三相電壓有效值并計算出其變化量；當且僅當零序電壓變化量和各相電壓變化量同時滿足各判據(jù)條件時判定單相接地故障發(fā)生。本發(fā)明利用電壓變化量進行識別，可以反映系統(tǒng)狀態(tài)的突變，采用“低閾值”方案可使在高阻抗故障時能靈敏啟動，采用零序電壓和三相電壓的“多判據(jù)”方案，保證了方法的可靠性高。本方法具有簡單易于實現(xiàn)的特點。
文檔編號G01R31/02GK102955098SQ20121043104
公開日2013年3月6日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權日2012年12月10日
發(fā)明者莊琳, 肖先勇, 張文海, 李長松, 馬超 申請人:四川省電力公司資陽公司, 四川大學, 國家電網(wǎng)公司