一种适用于灵活接地配电系统的高阻接地故障选线方法

技术领域

本申请涉及配电网单相接地故障处理技术领域，尤其涉及一种适用于灵活接地配电系统的高阻接地故障选线方法。

背景技术

为保证瞬时性故障自动熄弧并可靠切除永久性故障，防止故障范围扩大，多个地区配电网系统采用灵活接地方式。接地故障初期通过消弧线圈补偿故障电流，熄灭瞬时性电弧；当故障持续一定时间，判定为永久性故障后，投入中性点小电阻增大故障电流，使零序保护可靠动作切除故障线路。然而，灵活接地配电系统中导线坠地等高阻接地故障时有发生，存在保护拒动问题。若故障线路长时间无法切除，可能导致故障范围扩大，影响供电可靠性，威胁人身安全。

针对灵活接地配电系统的接地故障保护与处理，主要分为利用小电阻投入前后故障特征量的稳态信息选线法和投入并联小电阻的暂态信息选线法。稳态选线法在高阻接地故障情况下电气量微弱，利用比值的方法可能会带来较大的误差。而引入零序电压可自适应调整保护整定值的方法耐过渡电阻能力有限；也有基于过渡电阻评估的选线方法，通过小电阻投入产生的低频暂态电压电流评估过渡电阻，进而实现故障选线，但需考虑中性点小电阻的投入时刻。

中国专利《一种灵活接地系统故障选线方法及系统》，公开号：CN 114779014A，公开日：2022年07月22日，具体公开了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

中国专利《一种灵活接地配电网单相高阻接地故障选线方法》，公开号：CN115494344 A，公开日：2022年12月20日，具体公开了首先，配电网发生故障并联小电阻投入后，利用高精度互感器采集母线三相电压和所有线路首端零序电流信号；其次，根据三相电压幅值差确定故障相后，计算非故障相线电压；然后，利用FFT提取工频分量并计算各线路首端零序电流和非故障相线电压的相位差；最后，比较相位差和设定阈值的大小，确定故障线路。该方案中采用幅值差与相位差进行故障线路的判断。但单相高阻接地故障中并联小电阻的投入将导致零序电压电流的稳态分量急剧减小，对互感器的高精度需求极高。

发明内容

本申请针对现有技术中存在误差较大、设备要求精度较高的问题，提供一种适用于灵活接地配电系统的高阻接地故障选线方法，通过计算各线路暂态主频分量的零序电流与对应的实际测量零序电流差异进行故障选线，该方法仅利用并联小电阻投入后的暂态主频电气分量，耐过渡电阻能力强，在不同故障位置、脱谐度的情况下均能准确选线，提高了配电网高阻接地故障选线准确率。

为实现上述技术目的，本申请提供的一种技术方案是，一种适用于灵活接地配电系统的高阻接地故障选线方法，包括如下步骤：步骤1：设定保护整定阈值U

进一步的，保护整定阈值U

进一步的，步骤2包括：步骤21：并联小电阻R

进一步的，进行滤波得到母线暂态零序电压u′

进一步的，对于零序电压二次侧小于5V的线路，利用中性点小电阻电流i

进一步的，步骤3中建立辨识基本模型为：

进一步的，根据母线暂态零序电压u′

进一步的，步骤4中包括：设置裕度阈值K

进一步的，根据各馈线的零序电流相对变化量Δi(t)以及采样点数N计算变化系数K为：

进一步的，进行滤波得到母线暂态零序电压u′

本申请的有益效果：利用在单相永久性接地故障情况下，分析投入并联小电阻后暂态主频分量特征。建立中性点小电阻投入后暂态等值网络，分析了暂态过程各线路的时域模型。进一步以线路电容模型为辨识基准模型，利用各馈线零序电流与对地电容电流的相对变化量，表征故障馈线与健全馈线之间的差异，构造相应的选线判据。若某条馈线的差值积分小于裕度阈值，则判定该线路为故障线路；否则为健全线路。该方法仅利用并联电阻投入后的暂态主频电气分量，耐过渡电阻能力强，在不同故障位置、脱谐度的情况下均能准确选线，提高了配电网高阻接地故障选线准确率。

附图说明

图1为本申请一种适用于灵活接地配电系统的高阻接地故障选线方法的流程示意图。

图2是本申请如图1所示实施例的灵活接地配电系统单相接地故障模型的等值零序网络示意图。

图3是本申请如图1所示实施例的灵活接地配电系统单相接地故障模型的健全线路示意图。

图4是本申请如图1所示实施例的灵活接地配电系统单相接地故障模型的故障线路示意图。

图5是本申请的如图1所示实施例的各线路对地电容电流辨识基准模型示意图。

图6是本申请另一种实施例情况下的10kV配电网仿真模型示意图。

图7是本申请另一种实施例情况下的馈线L1暂态主频分量零序电流计算值与测量值。

图8是本申请另一种实施例情况下的馈线L2暂态主频分量零序电流计算值与测量值。

图9是本申请另一种实施例情况下的馈线L3暂态主频分量零序电流计算值与测量值。

图10是本申请另一种实施例情况下的馈线L4暂态主频分量零序电流计算值与测量值。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本申请的一种最佳实施例，仅用以解释本申请，并不限定本申请的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，作为本申请的实施例一，一种适用于灵活接地配电系统的高阻接地故障选线方法，包括如下步骤：

步骤1：设定保护整定阈值U

步骤2：投入并联小电阻R

步骤3：建立辨识基准模型，根据母线暂态零序电压u′

步骤4：根据各馈线的零序电流相对变化量Δi(t)进行故障选线。

在本实施例中，通过并联小电阻投入后消弧线圈储能放电的暂态主频分量较为显著的特征，计算各馈线暂态主频分量的零序电流即馈线暂态零序电流与对应的实际测量零序电流差异进行故障选线，仅利用并联小电阻投入后的暂态主频电气分量，耐过渡电阻能力强，在不同故障位置、脱谐度的情况下均能准确选线，提高了配电网高阻接地故障选线准确率。

具体的，步骤1中根据母线零序电压u

保护整定阈值U

U

其中，U

当步骤1中通过母线零序电压幅值U

步骤21：并联小电阻R

步骤22：采集并联小电阻R

在本实施例中，并联小电阻R

在步骤22中，进行滤波得到母线暂态零序电压u′

i为线路编号，共n条线路。

在某些实施例中，对于零序电压二次侧小于5V的线路，利用中性点小电阻电流i

如图2、图3、图4所示，并联小电阻的投入瞬间，消弧线圈的初始储能进行放电。对于健全线路，其暂态零序电流性质始终为自身对地电容电流，即：

而故障线路较健全线路增加了过渡电阻支路的阻性零序电流分量，即：

R

由此，如图5所示，步骤3中建立辨识基本模型为：

C

根据母线暂态零序电压u′

根据馈线暂态零序电流i′

由于对于任意健全线路：

即在健全线路中

而对于故障线路：

即

具体的，步骤4中包括：设置裕度阈值K

根据各馈线的零序电流相对变化量Δi(t)以及采样点数N计算变化系数K为：

考虑到互感器传变误差和计算误差的影响，留有一定的裕度，此时设定裕度阈值K

其中，单相接地故障后，小电阻投入时刻系统已处于稳态，考虑零输入响应暂态零序电压与零序电流衰减过程，根据时间常数t

其中，R

本申请还提供一个具体的实施例予以说明，搭建如图6所示的10kV灵活接地配电系统配电线路模型，消弧线圈采用10％过补偿度。设置线路L4在0.1s发生单相接地故障，故障点距母线2km，过渡电阻3000Ω；中性点并联电阻在0.7s时投入。为了滤除母线零序电压和各线路零序电流的高频分量，需选择合适的带通滤波器进行滤除。带通滤波器可表示为：

其中，

各线路对地电容电流

由图7至图10可知，健全线路L1、L2、L3的对地电容电流

进行变化系数K计算，可得各线路K值分别为0.1381，0.1458，0.1519和0.5923。发现有且仅线路L4对应的K

本申请利用在单相永久性接地故障情况下，分析投入并联小电阻后暂态主频分量特征。建立中性点小电阻投入后暂态等值网络，分析了暂态过程各线路的时域模型。进一步以线路电容模型为辨识基准模型，利用各馈线零序电流与对地电容电流的相对变化量，表征故障馈线与健全馈线之间的差异，构造相应的选线判据。若某条馈线的差值积分小于裕度阈值，则判定该线路为故障线路；否则为健全线路。该方法仅利用并联电阻投入后的暂态主频电气分量，耐过渡电阻能力强，在不同故障位置、脱谐度的情况下均能准确选线，提高了配电网高阻接地故障选线准确率。

以上之具体实施方式为本申请一种适用于灵活接地配电系统的高阻接地故障选线方法的较佳实施方式，并非以此限定本申请的具体实施范围，本申请的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本申请之形状、结构所作的等效变化均在本申请的保护范围内。