配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，要解決的技術問題是配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，準確、快速判斷出故障區(qū)段。本發(fā)明的方法，包括以下步驟：配電網(wǎng)的線路上設置分段開關，在分段開關上配置配電自動化饋線終端，配電自動化饋線終端建立網(wǎng)絡通信；配電自動化饋線終端判斷線路單相接地故障，判斷單相接地故障點位于該配電自動化饋線終端所在的分段開關相鄰區(qū)段。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，通過各配電自動化饋線終端判斷檢測單相接地故障，各個配電自動化饋線終端建立相互之間的網(wǎng)絡通信，相互交互故障判斷信息，確定故障點的具體位置，可以快速確定故障區(qū)域，減少故障處理時間，提高供電可靠性。
【專利說明】配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)故障的判斷方法，特別是一種單相接地故障的判斷與定位方法。
【背景技術】
[0002]我國的10kV配電自動化系統(tǒng)(配電網(wǎng)，系統(tǒng))大部分是中性點不接地系統(tǒng)或中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，當發(fā)生單相接地故障時，故障點的電流很小，并且三相之間的線電壓仍然保持對稱，對負荷的供電沒有影響，因此規(guī)程規(guī)定可繼續(xù)運行1~2小時，而不必立即跳閘。但是單相接地故障發(fā)生之后，健全相電壓要升高S倍，個別情況下，接地電容電流可能引起故障點電弧飛越，瞬時出現(xiàn)過電壓，導致絕緣被擊穿，進一步發(fā)展為兩點或多點接地故障，所以，準確、快速的發(fā)現(xiàn)接地點故障，并排除故障，對配電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。
[0003]現(xiàn)有技術處理單相接地故障的主流方法是，首先通過選線裝置選出故障線路，或通過“試拉”的方法，確定故障線路。故障線路確定之后，用巡線的方法找到故障點。
[0004]對于不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時，所表現(xiàn)的特征有所相同:不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，故障元件中流過的零序電流等于全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之和，電容性無功功率的實際方向由線路流向母線，故障線路中的零序電流等于其本身的對地電容電流，電容性無功功率的方向由母線流向線路。對于經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，由于消弧線圈的作用，大大減少了故障點的故障電流，在過補償?shù)那闆r下，故障線路的電容性無功功率方向也與非故障線路相同。
[0005]另外，在判定故障線路之后，快速地查找到故障點也尤為重要。但是配電網(wǎng)線路錯綜復雜，有的線路長達幾十千米；有的架空線路穿山越嶺維護困難，有的全線架空，有的是電纜架空混合線路。架空線路一旦發(fā)生故障查找困難，特別是當線路發(fā)生單相接地時，由于故障點難以確定，往往延誤了事故處理時機，造成故障擴大，進一步發(fā)展為相間短路，或損壞電氣設備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，要解決的技術問題是配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，準確、快速判斷出故障區(qū)段。
[0007]本發(fā)明采用以下技術方案:一種配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，包括以下步驟:
[0008]一、配電網(wǎng)的線路上設置分段開關，在每個分段開關上配置配電自動化饋線終端，各個配電自動化饋線終端通過光纖以太網(wǎng)或ΕΡ0Ν網(wǎng)絡與網(wǎng)絡交換機連接，建立相互之間的網(wǎng)絡通信；
[0009]二、配電自動化饋線終端的數(shù)據(jù)采集單元，獲得該線路的零序電壓3?和零序電流3L的原始信號，經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量，配電自動化饋線終端的CPU數(shù)據(jù)處理單元將數(shù)字量進行傅氏算法計算，針對中性點不接地系統(tǒng)計算出該線路的零序電壓3?和零序電流3、的向量，針對中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)計算出零序第5次諧波電流3Ιμ的向量；
[0010]三、對所述中性點不接地系統(tǒng)，CPU數(shù)據(jù)處理單元使用零序穩(wěn)態(tài)量判據(jù)進行判斷，將零序電流向量的模3L與零序過流保護定值Iset進行比較，CPU數(shù)據(jù)處理單元使用方向元件判據(jù)判斷，比較零序電壓3?和零序電流3、相位；同時滿足3、> Isrt，零序電流3、滯后零序電壓3%90°，判斷該線路為單相接地故障；所述零序過流保護定值Iset=k.310ik為安全系數(shù)，1 < k < 2，310i為線路正常情況下的零序電流；
[0011]對所述中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)，CPU數(shù)據(jù)處理單元使用5次諧波判據(jù)進行判斷，將零序第5次諧波電流向量的模3Ιμ與零序第5次諧波電流定值Iset5進行比較，CPU數(shù)據(jù)處理單元對零序電壓3?和零序電流3、使用暫態(tài)量判據(jù)判斷，比較線路上暫態(tài)零序電流與零序電壓的首半波相位；3Ιμ > Isrt5，或暫態(tài)零序電流3、與零序電壓3?的首半波相位相反，判斷該線路為單相接地故障；所述零序第5次諧波電流定值Isrt5=k.3105ik為安全系數(shù)，1<k^ 2,3105i為線路正常情況下的零序第5次諧波電流；
[0012]四、每個配電自動化饋線終端(FTU)判斷滿足以下故障定位條件1或故障定位條件2，則判斷單相接地故障點位于該配電自動化饋線終端所在的分段開關相鄰區(qū)段，分段開關相鄰區(qū)段為與該分段開關相連接的線路；
[0013]所述故障定位條件1,本配電自動化饋線終端判斷出單相接地故障,本配電自動化饋線終端的電源側配電自動化饋線終端判斷出單相接地故障或電源側無配電自動化饋線終端，本配電自動化饋線終端的負荷側配電自動化饋線終端沒有判斷出接地故障或負荷側無配電自動化饋線終端，單相接地故障點位于該分段開關相連接的負荷側線路；
[0014]所述故障定位條件2，本配電自動化饋線終端未判斷出單相接地故障，電源側配電自動化饋線終端判斷出單相接地故障，單相接地故障點位于該分段開關相連接的電源側線路。
[0015]本發(fā)明方法的配電網(wǎng)的線路為10kV線路。
[0016]本發(fā)明方法的步驟一，在配電網(wǎng)的一條線路上設置分段開關。
[0017]本發(fā)明方法的步驟二，對中性點不接地系統(tǒng)，同時滿足零序電流向量的模3?！盗阈蜻^流保護定值Iset，零序電流3L滯后零序電壓3%90°，持續(xù)時間大于0.1-3秒，判斷該線路為單相接地故障。
[0018]本發(fā)明方法的步驟二，對中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)，暫態(tài)零序電流與零序電壓的首半波相位相反持續(xù)時間大于0.1-3秒，判斷為滿足暫態(tài)量判據(jù)。
[0019]本發(fā)明方法的步驟二，對中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)，零序第5次諧波電流向量的模3105 >零序第5次諧波電流定值Isrt5，或滿足暫態(tài)量判據(jù)，持續(xù)時間大于0.1-3秒，判斷該線路為單相接地故障。
[0020]本發(fā)明方法的步驟二，對中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)，CPU數(shù)據(jù)處理單元將線路的零序電壓和零序電流緩存6周波采樣數(shù)據(jù)，當線路的零序電壓3?的有效值大于15V的時刻，記錄該當前采樣點，然后從當前采樣點開始往前查找前6個周波的零序電流3、采樣數(shù)據(jù)，找到零序電流最大值3I_X的采樣點，提取該處的采樣值零序電壓3U—比較3I_X和3UQNsam的相位，符號相反，判斷該線路發(fā)生了接地故障。
`[0021]本發(fā)明方法的步驟一，數(shù)據(jù)采集單元的每周波的采樣點數(shù)為不少于24點。[0022]本發(fā)明方法的數(shù)據(jù)采集單元的每周波的采樣點數(shù)為32。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，通過各配電自動化饋線終端FTU判斷檢測單相接地故障，各個配電自動化饋線終端FTU建立相互之間的網(wǎng)絡通信，相互交互故障判斷信息，確定故障點的具體位置，可以快速確定故障區(qū)域，減少故障處理時間，提高供電可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是中性點不接地系統(tǒng)零序方向元件示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明的中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障判斷邏輯圖。
[0026]圖3是本發(fā)明的“暫態(tài)量”判據(jù)示意圖。
[0027]圖4是本發(fā)明的經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障判斷邏輯圖。
[0028]圖5是本發(fā)明的單相接地故障定位示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，采用10kv配電自動化系統(tǒng)的配電自動化饋線終端FTU判斷單相接地故障，并借助于通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)對單相接地故障的定位。通信網(wǎng)絡為光纖以太網(wǎng)或ΕΡ0Ν網(wǎng)絡。
[0030]10kV配電網(wǎng)大多數(shù)為中性點非直接接地系統(tǒng)，當發(fā)生單相接地故障時，零序電流較小，特別是經(jīng)消弧線圈接 地系統(tǒng)，由于消弧線圈的補償作用，零序電流更難捕捉，所以，用現(xiàn)有技術單一的穩(wěn)態(tài)量判斷方法不能準確判斷單相接地故障。本發(fā)明的方法針對中性點不接地系統(tǒng)、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，分別提出了單相接地故障判斷與定位方法。
[0031]一、中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障判斷方法
[0032](一)基本原理
[0033]中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障特征為:故障線路的零序電流等于除去故障線路外，全系統(tǒng)的非故障線路元件對地電容電流之和；故障線路的零序電流滯后零序電壓90°，非故障線路的零序電流超前零序電壓90°。所以，對中性點不接地系統(tǒng)，配電自動化饋線終端FTU采用“零序穩(wěn)態(tài)量”+ “方向元件”判據(jù)判斷單相接地故障?！傲阈蚍€(wěn)態(tài)量”是指線路的零序電流大于某一定值時，判斷為該線路發(fā)生了接地故障。“方向元件”是指通過比較線路的零序電壓和零序電流的相位來確定線路是否接地。
[0034]1、“零序穩(wěn)態(tài)量”判據(jù)
[0035]310> Iset (1)
[0036]當線路的零序電流向量的模(實測零序電流)31^大于Isrt定值時，判定為該線路發(fā)生了單相接地故障，其中，Iset為該線路的零序過流保護定值，為標量值。
[0037]Iset的整定需滿足以下公式:
[0038]310E-310i ≥ Iset>310i (2)
[0039]式(2)中，31^為故障線路所屬母線上的所有線路正常情況下的零序電流之和，310i為故障線路在正常情況下的零序電流，式(2)的左邊部分31^-34為故障線路的故障電流，Iset需小于或等于故障線路的故障電流，并且大于該線路正常情況下的零序電流，表達為:
[0040]Iset=k.310i (3)[0041]式(3)中，k為安全系數(shù)，取為:1 < 2。
[0042]2、“零序方向元件(方向元件)”判據(jù)
[0043]使用零序方向元件Do判據(jù)判別，零序方向元件Do判據(jù)為:
[0044]
【權利要求】
1.一種配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，包括以下步驟:一、配電網(wǎng)的線路上設置分段開關，在每個分段開關上配置配電自動化饋線終端(FTU)，各個配電自動化饋線終端(FTU)通過光纖以太網(wǎng)或EPON網(wǎng)絡與網(wǎng)絡交換機連接，建立相互之間的網(wǎng)絡通信；二、配電自動化饋線終端(FTU)的數(shù)據(jù)采集單元，獲得該線路的零序電壓3U0和零序電流310的原始信號，經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量，配電自動化饋線終端(FTU)的CPU數(shù)據(jù)處理單元將數(shù)字量進行傅氏算法計算，針對中性點不接地系統(tǒng)計算出該線路的零序電壓3U0和零序電流3、的向量，針對中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)計算出零序第5次諧波電流31%的向量;三、對所述中性點不接地系統(tǒng)，CPU數(shù)據(jù)處理單元使用零序穩(wěn)態(tài)量判據(jù)進行判斷，將零序電流向量的模3L與零序過流保護定值Iset進行比較，CPU數(shù)據(jù)處理單元使用方向元件判據(jù)判斷，比較零序電壓3?和零序電流3、相位；同時滿足3、> Iset,零序電流3、滯后零序電壓3%90°，判斷該線路為單相接地故障；所述零序過流保護定值Iset=k.310ik為安全系數(shù)，1 < k < 2，310i為線路正常情況下的零序電流；對所述中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)，CPU數(shù)據(jù)處理單元使用5次諧波判據(jù)進行判斷，將零序第5次諧波電流向量的模31%與零序第5次諧波電流定值Iset5進行比較，CPU數(shù)據(jù)處理單元對零序電壓3?和零序電流3L使用暫態(tài)量判據(jù)判斷，比較線路上暫態(tài)零序電流與零序電壓的首半波相位；3Ιμ > Isrt5，或暫態(tài)零序電流3、與零序電壓3?的首半波相位相反，判斷該線路為單相接地故障；所述零序第5次諧波電流定值Isrt5=k *3105ik為安全系數(shù)，1 < k < 2，3105i為線路正常情況下的零序第5次諧波電流；四、每個配電自動化饋線終端(FTU)判斷滿足以下故障定位條件1或故障定位條件2，則判斷單相接地故障點位于該配電自動化饋線終端所在的分段開關相鄰區(qū)段，分段開關相鄰區(qū)段為與該分段開關相連接的線路；所述故障定位條件1，本配電自動化饋線終端判斷出單相接地故障，本配電自動化饋線終端的電源側配電自動化饋線終端判斷出單相接地故障或電源側無配電自動化饋線終端，本配電自動化饋線終端的負荷側配電自動化饋線終端沒有判斷出接地故障或負荷側無配電自動化饋線終端，單相接地故障點位于該分段開關相連接的負荷側線路；所述故障定位條件2，本配電自動化饋線終端未判斷出單相接地故障，電源側配電自動化饋線終端判斷出單相接地故障，單相接地故障點位于該分段開關相連接的電源側線路。
2.根據(jù)權利要求1所述的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，其特征在于:所述配電網(wǎng)的線路為10kV線路。
3.根據(jù)權利要求2所述的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，其特征在于:所述步驟一，在配電網(wǎng)的一條線路上設置分段開關。
4.根據(jù)權利要求1所述的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，其特征在于:所述步驟二，對中性點不接地系統(tǒng)，同時滿足零序電流向量的模3、〉零序過流保護定值Isrt，零序電流3、滯后零序電壓3%90°，持續(xù)時間大于0.1-3秒，判斷該線路為單相接地故障。
5.根據(jù)權利要求1所述的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，其特征在于:所述步驟二，對中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)，暫態(tài)零序電流與零序電壓的首半波相位相反持續(xù)時間大于0.1-3秒，判斷為滿足暫態(tài)量判據(jù)。
6.根據(jù)權利要求4所述的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，其特征在于:所述步驟二，對中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)，零序第5次諧波電流向量的模3Ιμ >零序第5次諧波電流定值Isrt5，或滿足暫態(tài)量判據(jù)，持續(xù)時間大于0.1-3秒，判斷該線路為單相接地故障。
7.根據(jù)權利要求1所述的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，其特征在于:所述步驟二，對中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)，CPU數(shù)據(jù)處理單元將線路的零序電壓和零序電流緩存6周波采樣數(shù)據(jù)，當線路的零序電壓3?的有效值大于15V的時刻，記錄該當前采樣點，然后從當前采樣點開始往前查找前6個周波的零序電流310采樣數(shù)據(jù)，找到零序電流最大值3IQmax的采樣點，提取該處的采樣值零序電壓3U—比較31—和3υ.?的相位，符號相反，判斷該線路發(fā)生了接地故障。
8.根據(jù)權利要求1所述的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，其特征在于:所述步驟一，數(shù)據(jù)采集單元的每周波的采樣點數(shù)為不少于24點。
9.根據(jù)權利要求7所述的配電網(wǎng)單相接地故障判斷與定位方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元的每周波的采 樣點數(shù)為32。
【文檔編號】G01R31/08GK103728532SQ201310731710
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權日:2013年12月26日
【發(fā)明者】許永軍, 葉志峰, 杜東威, 劉敏, 李俊晨, 吳燦碧 申請人:長園深瑞繼保自動化有限公司