一种灵活接地系统故障选线方法及系统

技术领域

本发明属于中压配电网继电保护技术领域，涉及一种灵活接地系统故障选线方法及系统。

背景技术

我国10～35kV中压配电网主要采用中性点不接地或谐振接地运行方式。谐振接地方式能有效熄灭瞬时电弧并防止电弧重燃，但故障后过电压水平高、故障选线困难。为快速处理接地故障，不少城市配电网采用中性点经小电阻接地方式，该方式能快速切除故障、抑制过电压，但保护跳闸率高，中性点设备易被损坏。消弧线圈并小电阻的灵活接地方式，兼有谐振接地方式和经小电阻接地方式的优势，发展迅速，并已在我国多地推广应用。

目前，灵活接地系统对单相接地故障的处理大多仍沿用小电阻接地系统所采用的零序过电流保护。零序过电流保护按躲过本线路最大电容电流进行整定，定值一般为40～60A，最大仅能检测到140Ω左右的接地电阻。而配电网周围环境复杂且线路架空距离低，裸露的带电导线与水泥、沙地、草地等非理想导体直接接触产生的高阻接地故障时有发生，零序电流可能小于整定值，造成保护拒动。因此，研究灵活接地系统单相高阻接地故障选线方法，准确辨识并切除故障馈线是本领域技术研究人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决灵活接地系统高阻接地故障保护拒动的问题，本发明提供一种灵活接地系统故障选线方法及系统，实现简单，可靠且适用性强。

本发明所提供的技术方案为：

一种灵活接地系统故障选线方法，配电网发生接地故障后，计算消弧线圈补偿阶段中性点与各条出线的零序电流幅值比ρ

进一步地，若中性点零序电流幅值发生突变，即前后采样点中性点零序电流幅值之差超过设定阈值I

进一步地，若中性点零序电流幅值发生突变且经过一段时间后故障仍然存在(当前采样点相对于故障发生前中性点零序电流幅值之差Δ3I

进一步地，所述一段时间取为2.0s～5.0s。

进一步地，所述根据零序电流幅值比的变化判断故障线路的方法为：

首先，结合ρ

λ

其中，λ

然后，将满足λ

进一步地，中性点并联小电阻投入后，对于零序电流幅值小于零序电流互感器的一次侧最小工作电流的线路，利用ρ

进一步地，所述利用ρ

其中，R

进一步地，所述直接测量方法即利用零序电流互感器采集配电网中性点和各条出线的零序电流，并计算配电网中性点和各条出线的零序电流幅值。

进一步地，所述零序电流互感器的一次侧最小工作电流为1A。

进一步地，所述零序电流幅值为零序电流互感器测得的三倍零序电流稳态工频分量幅值；由于零序电流互感器采集的都是三倍的零序电流，此处直接取三倍零序电流，可以减少计算量，减少故障处理时间。

一种灵活接地系统故障选线系统，包括数据采集模块和控制模块；

所述数据采集模块，用于采集配电网中性点和各条出线的零序电流；

所述控制模块，在配电网发生接地故障后，基于数据采集模块获得的数据，计算消弧线圈补偿阶段中性点与各条出线的零序电流幅值比，以及中性点并联小电阻投入后中性点与各条出线的零序电流幅值比，根据零序电流幅值比的变化特征判断故障线路。

进一步地，所述数据采集模块为零序电流互感器，包括安装于配电网中性线和各条出线上的零序电流互感器，分别用于采集中性点与各条出线的零序电流。

进一步地，所述控制模型实现故障线路判断的工作流程参考上述灵活接地系统故障选线方法中的各个步骤。

本发明所达到的有益效果为：

(1)本发明仅基于并联小电阻投入前后配电网中性点和出线的零序电流幅值进行故障选线，无需引入零序电压，不受零序电流互感器极性反接和零序电压互感器(PT)断线的影响；(2)考虑到小电阻投入后部分健全线路的零序电流可能比较微弱，而零序电流互感器存在精度限制(即零序电流互感器的一次侧最小工作电流只能达到特定值，零序电流互感器才能准确测量)，无法准确测量某些微弱电流，本发明提出了一种小电阻投入后中性点与出线的零序电流幅值比间接求解方法，对于零序电流幅值小于零序电流互感器的一次侧最小工作电流的线路，无需通过零序电流互感器直接测量小电阻投入后部分健全线路微弱零序电流，而是通过并联小电阻投入前中性点与出线的零序电流幅值比间接求解小电阻投入后中性点与出线的零序电流幅值，避免了零序电流互感器无法准确测量某些微弱电流而导致计算误差的问题；(3)本发明提出的选线方法理论上不受过渡电阻影响，即使考虑零序电流互感器精度限制，也完全能适用于过渡电阻3000Ω以内的接地故障选线；(4)原理简单，可靠且适用性强。

附图说明

附图1是本发明实施例中灵活接地系统单相接地故障示意图。

附图2是本发明实施例中灵活接地系统单相接地故障零序等值网络。

附图3是本发明实施例的选线流程图。

附图4是本发明实施例的灵活接地系统仿真模型示意图。

附图5是本发明实施例的过渡电阻为200Ω时选线结果图，图5(a)是中性点与各线路零序电流幅值比，图5(b)是倍增系数。

具体实施方式

下面结合附图和仿真实例对本发明进行说明。

实施例1：

本实施例提供的技术方案为：

1)通过中性点零序电流互感器(零序CT)实时采样配电网中性点零序电流，计算中性点零序电流幅值3I

2)在消弧线圈补偿阶段，利用零序电流互感器采集配电网中性点和各条出线的零序电流，并计算配电网中性点和各条出线的零序电流幅值，记为3I

3)在中性点投入并联小电阻，求解小电阻投入后中性点与各条出线的零序电流幅值比，记为ρ′

4)结合ρ

将上述实施例1所提选线方法应用于附图1所示的灵活接地系统，如附图1所示，其中配电网含N条出线(如附图1中所示的线路L

将附图1简化为附图2所示灵活接地系统单相接地故障零序等值网络，图中C

并联小电阻投入前：根据基尔霍夫电流定律，健全线路零序电流

式中：j是虚数单位，ω为角频率，C

并联小电阻投入前：中性点与健全线路零序电流幅值比ρ

并联小电阻投入后：根据基尔霍夫电流定律，健全线路零序电流

并联小电阻投入后：中性点与健全线路零序电流幅值比ρ′

为定量刻画灵活接地系统并联小电阻投入前后中性点与线路零序电流幅值比变化特征，并以此构造选线判据，引进倍增系数λ

根据式(2)和式(4)可得健全线路倍增系数λ

由式(5)可知，系统对地电容电流为200A(C

以上分析表明：并联小电阻投入前后，中性点与健全线路零序电流幅值比增大，同时，健全线路倍增系数随着配电网规模和过补偿度的增大而减小。

根据式(2)和式(4)可得故障线路倍增系数λ

分析(6)可知，当C

以上分析表明：并联小电阻投入前后，中性点与故障线路零序电流幅值比减小，同时，故障线路倍增系数与配电网规模、过补偿度和故障线路对地电容大小有关。

为提升选线方法的可靠性，本实施例中将故障选线判据门槛值λ

所以故障选线判据为：当线路倍增系数满足λ

以“国家电网公司配电设备一二次融合技术方案”为参考，现有的零序电流互感器一次侧最小工作电流为1A(能准确测量的最小电流)。当中性点投入并联小电阻后，特别是发生较高过渡电阻接地故障时，母线零序电压会大幅度降低，导致部分健全线路的零序电流幅值3I′

并联小电阻投入前，中性点和线路零序电流均可直接测量，从而可以准确求解ρ

将式(2)、(8)代入式(4)ρ′

根据式(9)可知，对于小电阻投入后部分零序电流幅值小于1A的健全线路，可以通过利用ρ

同时，由于故障线路零序电流和中性点零序电流幅值远大于健全线路零序电流幅值。当发生过渡电阻R

仿真实例：

附图4是本发明实施例的灵活接地系统仿真模型示意图，该系统共包含有2条纯电缆线路(L1、L4)和两条架空-电缆混合线路(L2、L3)，各线路长度都已在图中标出。消弧线圈电感L

实施例中线路参数设为相同，具体线路参数为：

电缆线：

正序参数为：R

零序参数为：R

架空线：

正序参数为：R

零序参数为：R

设置电缆线路L4在0.06s时发生过渡电阻为200Ω的单相接地故障，故障点距离故障线路出口为4km，并联小电阻在故障发生1.0s后投入，以避开瞬时性故障。附图5是本发明实施例的过渡电阻为200Ω时的选线结果图。

附图5(a)是中性点与各线路零序电流幅值比，根据附图5(a)所示，并联小电阻投入前后，中性点与健全线路零序电流幅值比增大，而中性点与故障线路零序电流幅值比减小，仿真结果符合理论分析。

附图5(b)是以并联小电阻投入前2.5个工频周期(0.9s～0.95s)和投入后2.5个工频周期(1.1s～1.15s)的中性点与线路零序电流幅值比计算得到的倍增系数，根据附图5(b)所示，故障线路L4倍增系数为0.306，其余健全线路倍增系数为7.467，故障线路倍增系数小于选线判据所设阈值1.91，健全线路倍增系数大于选线判据所设阈值1.91，能准确辨识故障线路L4。

分别取不同过渡电阻单相接地故障进行大量仿真，验证了小电阻投入前后，中性点与健全线路零序电流幅值比增大，而中性点与故障线路零序电流幅值比减小，同时，线路倍增系数不受过渡电阻影响，仿真结果与理论分析相同。

分别取不同故障距离单相接地故障进行大量仿真，验证了小电阻投入前后，中性点与健全线路零序电流幅值比增大，而中性点与故障线路零序电流幅值比减小，同时，线路倍增系数不受故障距离影响，仿真结果与理论分析相同。

为验证不同过渡电阻接地对该方法选线结果的影响。取电缆线路L4在故障点距离故障线路出口为4km处，分别发生过渡电阻为5Ω、200Ω、500Ω、1000Ω、2000Ω、3000Ω的单相接地故障，选线结果如表1所示。

为验证不同故障距离接地对该方法选线结果的影响。取电缆线路L1过渡电阻为3000Ω时，分别发生故障点距离故障线路出口为0km、4km、8km、12km、16km、20km的单相接地故障，选线结果如表2所示。

表1不同过渡电阻下的选线结果

表2不同故障距离下的选线结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。