本發(fā)明屬于故障選線技術領域，特別涉及一種非有效接地系統(tǒng)故障選線方法。
背景技術：
目前，我國除深圳20kV電網(wǎng)中性點直接接地外，其他地區(qū)的配電網(wǎng)中性點采用經(jīng)消弧線圈接地的占比較大。系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點位移電壓偏移過大或受到間歇性弧光接地過電壓的影響，嚴重威脅配網(wǎng)設備的絕緣性能。
現(xiàn)有配電網(wǎng)結構復雜，且單相接地故障時的電流很小，因此，適應中性點非有效接地模式的故障選線問題尚未圓滿解決，實現(xiàn)故障區(qū)域定位的難度更大。配電網(wǎng)選線法常分為故障穩(wěn)態(tài)信號和故障暫態(tài)信號兩種，為提升接地選線的準確性面臨以下問題：
(1)故障穩(wěn)態(tài)分量較小，給信號的檢測和選線判斷造成困難。特別是經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，流過故障線路的穩(wěn)態(tài)電流十分微弱，甚至比健全線路負荷電流的變化還小，現(xiàn)有電流互感器很難準確檢出，而且環(huán)境電磁干擾相對很大，加上零序回路對高次諧波及各種暫態(tài)量的放大作用，使得檢出的故障穩(wěn)態(tài)分量信噪比非常低。
(2)故障暫態(tài)信號受運行方式復雜多變，可能出現(xiàn)暫態(tài)分量小于穩(wěn)態(tài)分量的情況，故障信息特征量很小，不利于暫態(tài)選線信號的提取。同時，對故障暫態(tài)信號特征缺乏深入研究。當前，小波分析、Prony方法、神經(jīng)網(wǎng)絡等已引入基于暫態(tài)信號分析的故障檢測中。一定程度上提高了選線準確率和可靠性，但暫態(tài)信號的重復性差，給分析帶來較大的誤差，需解決好多種選線判據(jù)的有效融合。
(3)在配電系統(tǒng)發(fā)生非同期合閘、鐵磁諧振、空投線路或變壓器時產(chǎn)生零序電流和電壓，容易誤判為接地故障。此外，接地點過渡電阻對選線方案的靈敏度影響很大，弧光效應導致接地信號檢測困難的增加。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于暫態(tài)放電量的非有效接地系統(tǒng)故障選線方法，以解決上述現(xiàn)有技術存在的不足。本發(fā)明能夠克服以往因暫態(tài)電流、電壓的幅值、相位等故障特征量不明顯而造成的誤判。本發(fā)明從配電網(wǎng)非有效接地系統(tǒng)中電容電荷的暫態(tài)變化量入手，挖掘反應故障瞬間的各饋線間電荷的定向移動過程，實現(xiàn)了電弧接地、高阻接地等復雜非有效接地工況條件下的準確選線。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：
基于暫態(tài)放電量的非有效接地系統(tǒng)故障選線方法，在正常運行方式下，線路對地電容上累積有電荷，該電荷按系統(tǒng)頻率僅與電源進行電量交換，即各條線路的對地電容電荷在一個周期內(nèi)保持不變；當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，非故障線路的對地電容電荷瞬時向故障線路定向轉(zhuǎn)移，并通過接地點流入大地，該過程為一暫態(tài)放電過程，即線路電容電荷泄放入大地，并伴隨著電荷總量的瞬時減少；所述基于暫態(tài)放電量的非有效接地系統(tǒng)故障選線方法，通過檢測各線路電容電荷的瞬時變化和移動方向?qū)Ψ怯行Ы拥叵到y(tǒng)的單相接地故障進行選線；具體包括以下步驟：
1)、檢測出配電網(wǎng)非有效接地系統(tǒng)中單相接地故障發(fā)生的瞬間，該時刻設定為暫態(tài)放電的起始時刻；
2)、自暫態(tài)放電起始時刻，分別記錄配電網(wǎng)非有效接地系統(tǒng)中各饋線的A相、B相、C相電流，定義各饋線的同相電流為一特征相量組；
3)、檢測每一特征向量組中各饋線電荷量的暫態(tài)變化與定向移動，從而確定發(fā)生單相接地故障的線路與相別。
進一步的，電源電壓不為零，設系統(tǒng)共I、II、III三條10kV饋線，每條饋線共A、B、C三相；自暫態(tài)放電的起始時刻分別記錄各饋線A相、B相、C相的故障電流波形，并利用檢測裝置判斷各饋線A相、B相、C相瞬時移動電荷量的大小與方向；當非有效接地系統(tǒng)共有I、II、III三條饋線時，檢測得流過III線A相的瞬時電荷量等于流過I、II線A相的瞬時電荷量之和，且III線A相電荷量的定向移動方向由母線指向線路，I、II線A相電荷量的定向移動方向由線路指向母線，即III線A相電荷量的定向移動方向與I、II線相反；判斷III線A相發(fā)生單相接地故障。
進一步的，利用暫態(tài)放電量的大小、方向作為單相接地故障選線的判據(jù)，不包括電源電壓過零時短路的情況，因為Q＝UC，當U＝0時，線路對地電容上的電荷量Q＝0，檢測裝置未探測到電荷的定向移動；同時，在電源電壓過零時刻，單相接地故障不會造成系統(tǒng)中性點電位的偏移，亦不會造成穩(wěn)定燃燒的接地電弧，所以，U＝0時的限定條件不予考慮。
進一步的，暫態(tài)放電的起始時刻為發(fā)生單相接地的瞬間，該暫態(tài)放電過程的長短與系統(tǒng)等值阻抗和線路對地電容有關，暫態(tài)放電過程結束后，系統(tǒng)對地的放電電荷變?yōu)榱恪?/p>
進一步的，各饋線電荷量的暫態(tài)變化與定向移動通過在各饋線的A相、B相、C相安裝電荷檢測裝置進行檢測。
進一步的，步驟3)中，當單相接地故障發(fā)生時，非故障線路累積的電荷向接地點定向移動，非故障線流出的電荷量之和等于故障線上流過的電荷量，且非故障線電荷移動方向指向母線，故障線電荷移動方向指向線路。
進一步的，步驟3)中，若檢測到各饋線X相上的瞬時轉(zhuǎn)移電荷量中，其中一條饋線的X相瞬時轉(zhuǎn)移電荷量等于其余饋線的X相瞬時轉(zhuǎn)移電荷量之和，且該條饋線的X相的電荷移動方向與其余饋線的X相電荷移動方向相反，則判定該條饋線的X相發(fā)生單相接地故障；X相為A相、B相或C相。
基于暫態(tài)放電量的非有效接地系統(tǒng)故障選線方法，包括：非有效接地系統(tǒng)有N條饋線，對應每條饋線每相的對地電容為C1、C2、C3……CN；則每條線電容上的電荷量為Q1＝UC1、Q2＝UC2、Q3＝UC3……QN＝UCN；U為相對地電壓的瞬時值，當U≠0時，i線j相發(fā)生接地，接地瞬間為暫態(tài)過程的起始時刻，由于存在接地，電壓漸變?yōu)榱?，電壓變?yōu)榱愕臅r刻為暫態(tài)過程結束時刻，從暫態(tài)過程的起始時刻到暫態(tài)過程結束時刻為放電暫態(tài)過程；放電暫態(tài)過程系統(tǒng)j相電壓從U≠0狀態(tài)漸變?yōu)榱?，則每條線電容電荷最終也漸變變?yōu)榱?；在放電暫態(tài)過程，檢測各饋線各相電荷量的暫態(tài)變化與定向移動，從而確定發(fā)生單相接地故障的線路與相別：故障線的放電量為非故障線放電量之和，故障線放電方向與非故障線放電相反，由此判定故障線和故障相；其中，i＝1、2、3……N；j＝A、B、C；N為大于等于2的正整數(shù)。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術成果：
本發(fā)明基于暫態(tài)放電量特征的中壓配網(wǎng)選線原理，利用中性點零序電壓和各饋線暫態(tài)電容電荷構建選線判據(jù)，模型結構簡單，無需注入特征信號，不用濾波或分離各頻次故障分量，確保了故障信息頻譜無能量泄漏。
該方法不受故障位置、故障合閘角、過渡電阻等因素的影響，特別是在過渡電阻很大時，故障相與健全相間亦存在明顯的暫態(tài)放電過程，因而故障選線靈敏度高，確保了故障發(fā)展初期的有效隔離。
綜上，基于暫態(tài)放電量的故障選線方法對電網(wǎng)參數(shù)的適應性強，無需因配網(wǎng)運行方式的改變而重新調(diào)整選線策略。
附圖說明
圖1本發(fā)明具體實施例中10kV配電系統(tǒng)接線圖。
具體實施方式
下面結合具體的實施案例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
如圖1所示的10kV配電系統(tǒng)，中性點經(jīng)消弧線圈接地，通過刀閘可變?yōu)橹行渣c不接地系統(tǒng)，三條饋線為I、II，III，每條饋線分A、B、C三相，R1～R3為線路等效電阻，L1～L3為線路等效電感，C1～C3為線路等效對地分布電容，C11～C13為負荷側等效電容?；ジ衅鳒y量10kV母線電壓，各饋線的出線側電流和中性點零序電壓。本發(fā)明中在每條饋線的每相均安裝電荷檢測裝置。
在正常情況下，各饋線對地的電容電荷Q＝UC，其只在工頻電場的作用下周期變化，但總電荷量保持不變，不對地泄放。
在發(fā)生接地故障的瞬間，各饋線的電容電荷發(fā)生定向移動，健全線的電容電荷通過故障線對地泄放。
暫態(tài)放電量選線原理：
系統(tǒng)有三條饋線，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線，對應每條線每相的對地電容為C1、C2、C3。則每條線電容上的電荷量為Q1＝UC1、Q2＝UC2、Q3＝UC3，U為相對地電壓的瞬時值，當U≠0時，Ⅲ線A相發(fā)生接地，接地瞬間為暫態(tài)過程的起始時刻，由于存在接地，電壓漸變?yōu)榱?，電壓變?yōu)榱愕臅r刻為暫態(tài)過程結束時刻，從暫態(tài)過程的起始時刻到暫態(tài)過程結束時刻為放電暫態(tài)過程。放電暫態(tài)過程系統(tǒng)A相電壓從U≠0狀態(tài)漸變?yōu)榱?，則每條線電容電荷最終也漸變?yōu)榱?。在放電暫態(tài)過程，Ⅰ線A相放電量為Q1，方向為饋線指向母線；Ⅱ線A相放電量為Q2方向為饋線指向母線；Ⅲ線A放電量為Q1+Q2方向為母線指向饋線；由此得出：故障線的放電量為非故障線放電量之和，故障線放電方向與非故障線放電相反。根據(jù)放電量數(shù)值和方向判定出Ⅲ線A相發(fā)生接地故障。
本發(fā)明一種基于暫態(tài)放電量的非有效接地系統(tǒng)故障選線方法，具體包括以下步驟：
1)、檢測出配電網(wǎng)非有效接地系統(tǒng)中單相接地故障發(fā)生的瞬間，該時刻設定為暫態(tài)放電的起始時刻；
2)、自暫態(tài)放電起始時刻，分別記錄配電網(wǎng)非有效接地系統(tǒng)中各饋線的A相、B相、C相電流，定義各饋線的同相電流(即各饋線的A相電流為一組，B、C相類同)為一特征相量組；
3)、檢測每一特征向量組中各饋線電荷量的暫態(tài)變化與定向移動，從而確定發(fā)生單相接地故障的線路與相別：
當單相接地故障發(fā)生時，非故障線路累積的電荷向接地點定向移動，非故障線流出的電荷量之和等于故障線上流過的電荷量，且非故障線電荷移動方向指向母線，故障線電荷移動方向指向線路；電荷量的暫態(tài)變化發(fā)生在放電暫態(tài)過程時間內(nèi)，之后的穩(wěn)定短路過程將無法檢測到線路間電荷量的轉(zhuǎn)移；
當發(fā)生母線接地時，各饋線電容電荷的定向移動方向均指向母線。所以，該選線方法不受母線接地的影響。
請參閱圖1所示，通過采樣裝置，按本發(fā)明方法對各饋線A相電流構造特征向量組，
運用檢測裝置對特征向量組的各行向量進行檢測，判斷各饋線暫態(tài)電量的變化過程與轉(zhuǎn)移方向。如圖1所示，若檢測到各饋線A相上的瞬時轉(zhuǎn)移電荷量為Q1、Q2、Q3，且Q3＝Q1+Q2，同時Q1、Q2與Q3的移動方向相反，則可判定III線A相發(fā)生單相接地故障。