用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】一種用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，屬緊急保護(hù)電路裝置領(lǐng)域。其在中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中，根據(jù)故障前兩周波零序電流和電壓波形求出故障分量零序電流電壓波形；用故障分量零序電流電壓求出基于希爾伯特變換的瞬時(shí)功率；將瞬時(shí)無(wú)功和預(yù)先設(shè)定好的方向閾值相比較；若瞬時(shí)無(wú)功為正且大于正向閾值，判斷故障發(fā)生在本條線路；若瞬時(shí)無(wú)功為負(fù)且小于反向閾值，判斷故障發(fā)生在其它線路或母線；將判斷結(jié)果輸出給標(biāo)志位以供系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)/裝置根據(jù)標(biāo)志位的結(jié)果進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。其可實(shí)現(xiàn)間歇性高阻接地故障檢測(cè)，充分發(fā)揮現(xiàn)有繼保系統(tǒng)/裝置的作用，有助于提高整個(gè)中壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，確保整個(gè)供電系統(tǒng)的安全。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于緊急保護(hù)電路裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電纜或線路系統(tǒng)高阻接地故障的檢測(cè)/保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)電力系統(tǒng)中，把標(biāo)稱(chēng)電壓IkV及以下的交流電壓等級(jí)定義為低壓，把標(biāo)稱(chēng)電壓IkV以上、330kV以下的交流電壓等級(jí)定義為高壓，把標(biāo)稱(chēng)電壓330kV及以上、IOOOkV以下的交流電壓等級(jí)定義為超高壓，把標(biāo)稱(chēng)電壓IOOOkV及以上的交流電壓等級(jí)定義為特高壓；美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and ElectronicEngineers, IEEE)的標(biāo)準(zhǔn)文件中把2.4kV至69kV的電壓等級(jí)稱(chēng)為中壓；我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司(State Grid)的規(guī)范性文件中把IkV以上至20kV的電壓等級(jí)稱(chēng)為中壓。
[0003]電力系統(tǒng)接地故障是指帶電導(dǎo)體(架空線，電纜等)發(fā)生異常，經(jīng)過(guò)大地發(fā)生短路的故障，是電力系統(tǒng)中最常見(jiàn)的故障種類(lèi)。
[0004]接地故障因?yàn)槭墙?jīng)過(guò)大地構(gòu)成故障回路，故障點(diǎn)是回路的一端，系統(tǒng)自身的接地點(diǎn)是回路的另外一端。因此，研究接地故障，首先要明確電力系統(tǒng)本身的接地方式。
[0005]三相電力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)本身的中性點(diǎn)接地，總體上分為有效接地(即中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)過(guò)小電阻接地)和非有效接地(中性點(diǎn)不接地，經(jīng)過(guò)大電阻接地和經(jīng)過(guò)消弧線圈接地)兩種方式。其中高壓輸電系統(tǒng)出于過(guò)電壓和絕緣考慮大都采用中性點(diǎn)有效接地的接地方式，而中壓配電系統(tǒng)情況比較復(fù)雜，根據(jù)實(shí)際不同的需求，各種接地方式都有可能采用。
[0006]另外，接地故障所關(guān)注的另一個(gè)問(wèn)題是故障點(diǎn)的電阻:帶電導(dǎo)體和大地直接或間接通過(guò)其它物體接觸時(shí)，往往不是理想的金屬性的短路，會(huì)伴有一定的過(guò)度電阻、電弧或間歇性等現(xiàn)象。這些復(fù)雜現(xiàn)象在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)/裝置中一般都是僅僅當(dāng)作一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻表不的。
[0007]在高壓系統(tǒng)中，因?yàn)榻拥毓收想妷焊?，故障引起的電流穩(wěn)態(tài)量大，穩(wěn)態(tài)故障特征明顯，這樣的簡(jiǎn)化不會(huì)對(duì)故障檢測(cè)帶來(lái)很大影響。
[0008]但是在中壓配電系統(tǒng)中，電壓較低，穩(wěn)態(tài)故障電流較小，特征不明顯，加之故障點(diǎn)非金屬性接地，故障點(diǎn)電阻較大，且伴有不穩(wěn)定的間歇性接地，就可能無(wú)法產(chǎn)生足夠的故障電流，給保護(hù)裝置檢測(cè)接地故障帶來(lái)很大困難。
[0009]綜上，在中壓配電系統(tǒng)中，接地方式復(fù)雜，故障電流較小，接地故障檢測(cè)的問(wèn)題尤其復(fù)雜。但同時(shí)因?yàn)樵谂潆娤到y(tǒng)中，線路桿塔低，線間距小，導(dǎo)線處于樹(shù)枝、建筑物可觸及的范圍內(nèi)，與這類(lèi)介質(zhì)接觸而發(fā)生接地故障的機(jī)會(huì)大大增加。因此接地故障檢測(cè)一直是中壓配電系統(tǒng)中的難點(diǎn)重點(diǎn)問(wèn)題。
[0010]由于配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式復(fù)雜，而接地方式又直接決定了故障回路和故障電流，在采用中性點(diǎn)不接地的中壓配電系統(tǒng)中，理論上單相接地故障不構(gòu)成故障回路，不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的短路電流，只有通過(guò)分布電容構(gòu)成微弱的電容電流；如果系統(tǒng)采用了中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線圈接地的接地方式，微弱的容性故障電流也會(huì)被補(bǔ)償?shù)?，這樣的配置本身，就是希望接地故障能夠自動(dòng)熄滅、或者減小單相接地故障對(duì)供電的影響。
[0011]在這種系統(tǒng)中檢測(cè)接地線路十分困難，但是正因?yàn)橄到y(tǒng)中性點(diǎn)有高阻抗，在接地故障發(fā)生的時(shí)候，母線上的零序電壓會(huì)有偏移，故障是可以被發(fā)現(xiàn)的，只是并不知道母線上那一條饋線發(fā)生了故障。在這種系統(tǒng)中的接地故障檢測(cè)問(wèn)題屬于小電流接地選線研究的范疇。
[0012]在采用中性點(diǎn)有效接地(直接接地或小電阻接地)的中壓配電系統(tǒng)中。接地故障后的故障回路中的阻抗小，故障大都不能自動(dòng)熄滅，需要過(guò)流保護(hù)動(dòng)作才能把故障清除(希望過(guò)流保護(hù)動(dòng)作切除故障實(shí)際上也是采用中性點(diǎn)有效接地的接地方式的目的之一)。
[0013]但是，如果在故障點(diǎn)有較高的故障電阻，例如樹(shù)枝、干燥土壤等非導(dǎo)電介質(zhì)會(huì)限制接地故障電流小。故障電流低于過(guò)流保護(hù)的閾值，無(wú)法被保護(hù)裝置檢測(cè)和清除。因此，這種接地故障就很有可能長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法被發(fā)現(xiàn)。故障持續(xù)燃燒會(huì)帶來(lái)觸電、火災(zāi)等很?chē)?yán)重的危害。
[0014]正是因?yàn)樵谶@樣的系統(tǒng)中，高阻接地故障可以持續(xù)存在、無(wú)法被察覺(jué)、危害很大，高阻接地故障問(wèn)題一般就被定義在中性點(diǎn)有效接地的中壓配電系統(tǒng)中。
[0015]表1.1給出直接接地中壓(12.5kV)配電系統(tǒng)中高阻接地故障在不同的介質(zhì)表面的典型的穩(wěn)態(tài)的電流值:一般高阻接地故障電流會(huì)小于50A，低于繼電保護(hù)系統(tǒng)/裝置中過(guò)流保護(hù)或保險(xiǎn)絲最低的動(dòng)作閾值。
[0016]表1.112.5kV高阻接地故障典型電流值
【權(quán)利要求】
1.一種用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，其特征是所述的檢測(cè)方法至少包括下列步驟: A、實(shí)時(shí)采集或檢測(cè)同一母線上所有出線支路上各零序電流互感器的輸出值，分別得到各路出線的電壓值和零序電流的電流值； B、規(guī)定功率方向閥值為從母線到支路為正方向，反之為負(fù)方向； C、根據(jù)各支路前兩周波的零序電流和電壓波形，求出其故障前的故障分量零序電流電壓波形并存儲(chǔ)； D、當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中的間歇性檢測(cè)元件根據(jù)各支路的零序電流幅值大于預(yù)定的觸發(fā)閥值，發(fā)出“啟動(dòng)”信號(hào)后，開(kāi)始啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，進(jìn)入“啟動(dòng)”階段； E、利用故障分量零序電流電壓求出基于希爾伯特變換的瞬時(shí)功率； F、將瞬時(shí)無(wú)功的方向和預(yù)先設(shè)定好的功率方向閾值相比較； G、若瞬時(shí)無(wú)功方向?yàn)檎掖笥谡蜷撝担瑒t判斷為正向故障，故障發(fā)生在本條線路； H、若瞬時(shí)無(wú)功方向?yàn)樨?fù)且小于反向閾值，則判斷為反向故障，故障發(fā)生在其它線路或母線； 1、將判斷結(jié)果輸出給標(biāo)志位，以供系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)/裝置根據(jù)標(biāo)志位的結(jié)果進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作； J、檢查定時(shí)器預(yù)定的定時(shí)時(shí)間是否結(jié)束，如達(dá)到預(yù)定的定時(shí)時(shí)間，返回第C步驟，否貝U，返回第E步驟。
2.按照權(quán)利要求1所述的用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，其特征是所述的系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)過(guò)電阻接地的中性點(diǎn)非諧振接地中壓供電系統(tǒng)。
3.按照權(quán)利要求1所述的用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，其特征是在所述的E步驟中，所述的瞬時(shí)功率，通過(guò)下列方式獲得: 對(duì)于某個(gè)頻率ω，電壓u和電流i的瞬時(shí)值寫(xiě)作:


4.按照權(quán)利要求1所述的用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，其特征是在所述的E步驟中，在所述的對(duì)電壓進(jìn)行希爾伯特變換過(guò)程中，電壓正頻率產(chǎn)生-90°的相移,則瞬時(shí)功率P'采用下述表述:
5.按照權(quán)利要求1所述的用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，其特征是所述的希爾伯特變換等效于一個(gè)全通濾波器，該濾波器對(duì)所有的正頻率分量有-90度的相移。
6.按照權(quán)利要求1所述的用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，其特征是在所述的D步驟中，當(dāng)所述繼電保護(hù)系統(tǒng)中的間歇性檢測(cè)元件根據(jù)各支路的零序電流幅值和在規(guī)定時(shí)間段中出現(xiàn)的次數(shù)達(dá)到預(yù)定的觸發(fā)閥值發(fā)出“啟動(dòng)”信號(hào)后，開(kāi)始啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，進(jìn)入“啟動(dòng)”階段。
7.按照權(quán)利要求1所述的用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，其特征是在所述的E、F步驟中，基于故障啟動(dòng)前的電壓電流波形計(jì)算故障分量電流電壓，再通過(guò)故障分量電壓電流波形，計(jì)算瞬時(shí)無(wú)功，進(jìn)而得到故障瞬時(shí)無(wú)功的方向。
8.按照權(quán)利要求1所述的用“暫態(tài)方向”辨識(shí)系統(tǒng)間歇性高阻接地故障的檢測(cè)方法，其特征是所述的間歇性檢測(cè)元件為零序電流互感器。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK103532110SQ201310356912
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】施靈, 任麗佳, 李昕, 錢(qián)耀興 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司