一种小电流接地选线及故障定位的方法

摘要

本发明公开了一种小电流接地选线及故障定位的方法公开了一种新的可准确实现单相接地选线和故障地位的方法。在发生单相接地故障第一时间检测出系统零序电压和各分支线零序电流值；在第二时间，对于中性点不接地系统，改变整个配电网对地电容值或电感值，对于消弧线圈接地系统，改变消弧线圈补偿度，或者改变整个配电网对地电容值或电感值，调整后检测出第二时间系统零序电压和各分支线零序电流值。确定单相接地故障分支线路后，上传该分支线路检测到的零序电流值，用检测到的零序电流值除以系统中零序电压值，并加以判别，就可以确定故障点位置。在母线上电压互感器零序电流变化影响到故障选线和定位时，可切除电压互感器零序回路，提高检测精度。

主权项

一种小电流接地选线及故障定位的方法，其特征在于其分为以下步骤：(1)在发生单相接地故障第一时间检测出系统零序电压和各分支线零序电流值，含母线电压互感器零序电流；(2)故障线的确定：在第二时间，对于中性点不接地系统，调整配电网对地电容值或电感值，调整后检测出第二时间系统零序电压和各分支线零序电流值；对于消弧线圈接地系统，通过改变消弧线圈补偿度，或调整配电网对地电容值或电感值，调整后检测出第二时间系统零序电压和各分支线零序电流值；两次时间分别用支线零序电流值除以系统零序电压值，得其结果值；对于没有发生故障的线路，这个结果值两次时间没有发生变化，对于发生故障的线路，这个结果值两次时间发生了变化，当确定某支线存在这个变化值，就能够确定该支线发生了单相接地故障；对于中性点经过电阻接地，本方法同样适用，调整方法通过改变零序系统阻抗实现；(3)故障点的确定：在已确定单相接地故障分支线路后，通过上传该分支线路各区间微机智能配电终端检测到的零序电流值，新的小电流接地选线微机装置接受后,用检测到的零序电流值除以系统中零序电压值，并加以判别，就能够确定故障点位置；故障点负荷侧零序电流值与系统零序电压值的比值两次时间没有发生变化，故障点电源侧零序电流值与系统零序电压值的比值两次时间发生了变化；由此就确定故障线路上故障点位置；(4)提高检测精度方法：在母线上电压互感器零序电流变化影响到故障选线和定位时，通过切除电压互感器零序回路，或充分考虑该部分零序变化量，提高检测精度；在电压互感器零序电流不能忽略的情况下，用此方法，进行故障选线和定位；(A)对于中性点不接地系统：中性点n的电位设为Un，当a相经过接地电阻R发生接地故障时，各相流出的电流为：Ia＝Ua/R+jωCa·Ua＝(Ea+Un)/R+jωCa·(Ea+Un)Ib＝jωCb·Ub＝jωCb·(Eb+Un)Ic＝jωCc·Uc＝jωCc·(Ec+Un)由于Ia+Ib+Ic＝0设定Ca＝Cb＝Cc＝Cs那么Ea+Un·(1+j3ωCs·R)＝0Un＝‑Ea/(1+j3ωCs·R)   (1)配电网系统发生单相接地时，全配电系统将出现零序电压，采用零序电压启动，用零序电流除以零序电压结果值来判别故障线路；在某分支线上A相发生单相接地故障后非故障分支线上有零序电流，其电容性无功功率的实际方向为母线流向线路侧；非故障分支线上零序电流为：Icm＝jωCsm(Ua+Ub+Uc)＝j3ωCsmUn   (2)而在发生故障分支线上的零序电流其数值等于整个配网对地电容电流值之和，减去发生故障分支线本身对地电容电流值，再减去母线电压互感器感性零序电流值，计算公式如下：发生故障分支线本身对地电容电流：Icg＝jωCsg(Ua+Ub+Uc)＝j3ωCsgUn发生故障分支线零序电流：$\mathrm{Ig}0=\mathrm{\Sigma Icm}-\mathrm{Icg}-I_L=j[3\omega (\mathrm{\Sigma Csm}-\mathrm{Csg})-\frac{1}{3\mathrm{wL}}]\mathrm{Un}---\left(3\right)$由公式(2)、(3)看出，系统中零序电流是与系统中零序电压有关系的量，而由公式(1)看出，系统中零序电压是与故障点接地电阻值R、电网中电容值Cs均有关系的变化量，尤其系统中故障点接地电阻R是个变化很复杂的量，且忽略母线电压互感器零序电感L；如果将公式(2)、(3)改变为：Icm/Un＝3ωCsm   (4)$\mathrm{Ig}0/\mathrm{Un}=3\omega (\mathrm{\Sigma Csm}-\mathrm{Csg})-\frac{1}{3\mathrm{wL}}---\left(5\right)$用分支线上零序电流值比上系统中零序电压值，对于非发生故障分支线其结果值仅与该分支线m各相对地电容平均值Csm有关，对于发生故障分支线其结果值与整个配网各相对地电容平均值之和∑Csm、故障分支线各相对地电容平均值Csg、母线电压互感器零序电感值L有关，如果改变整个配网对地电容值，那么，非发生故障分支线其结果值是个无变化量的值，而发生故障分支线其结果值是个有变化量的值，系统中检测设备如果检测到这个变化值，变化值大约等于增加或减少的导纳值，就能够确定发生单相接地故障的分支线；如果能够先前测定发生故障分支线对地电容值，给出该分支线上零序电流值比上系统中零序电压值的基准结果值，当检测到该分支线上零序电流值比上系统中零序电压值有较大变化，即确定该分支线上发生了单相接地故障；以上公式中：Ea—a相感应相电势；    Eb—b相感应相电势；    Ec—c相感应相电势；Ua—a相对地电压；      Ub—b相对地电压；      Uc—c相对地电压；Un—中性点对地电压；Ca—a相对地电容；      Cb—b相对地电容；      Cc—c相对地电容；Ia—a相对地电容电流；  Ib—b相对地电容电流；  Ic—c相对地电容电流；R—a相接地电阻；    Cs—三相对地电容平均值；Csg—故障分支线各相对地电容平均值；Csm—分支线m各相对地电容平均值；L—母线电压互感器零序电感值；Icg—故障分支线对地电容电流；Icm—分支线m对地电容电流，即零序电流；Ig0—故障分支线零序电流；∑Icm—各分支线对地电容电流之和；I_L—母线电压互感器零序电流；(B)对于中性点经消弧线圈接地电网：中性点n的电位设为Un′，当a相经过接地电阻R′发生接地故障时，各相流出的电流为：Ia′＝Ua′/R′+jωCa′·Ua′＝(Ea+Un′)/R′+jωCa′·(Ea+Un′)Ib′＝jωCb′·Ub′＝jωCb′·(Eb+Un′)Ic′＝jωCc′·Uc′＝jωCc′·(Ec+Un′)流经消弧线圈零序电流：${\mathrm{In}}^{\prime }={\mathrm{Un}}^{\prime }·\frac{1}{\mathrm{jw}{\mathrm{Ln}}^{`}}=-j{\mathrm{Un}}^{\prime }·\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}$由于Ia′+Ib′+Ic′+In′＝0设定Ca′＝Cb′＝Cc′＝Cs′那么$\mathrm{Ea}+{\mathrm{Un}}^{\prime }·[1+j(3\omega {\mathrm{Cs}}^{\prime }{R}^{\prime }-\frac{1}{\mathrm{wL}{n}^{`}})]=0$${\mathrm{Un}}^{\prime }=-\mathrm{Ea}/[1+j(3\omega {\mathrm{Cs}}^{\prime }{R}^{\prime }-\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}})]---\left(6\right)$当配电网系统发生单相接地时，全配电系统将出现零序电压，采用零序电压启动，用零序电流除以零序电压结果值判别；在某分支线上A相发生单相接地故障后非故障分支线上有零序电流，其电容性无功功率的实际方向为母线流向线路侧，非故障分支线上零序电流为：Icm′＝jωCsm′(Ua′+Ub′+Uc′)＝j3ωCsm′Un′   (7)而在发生故障分支线上的零序电流其数值等于其分支线本身对地电容电流减去流经故障点的残余电流，因为流经故障点的残余电流为经过消弧线圈补偿后的残余电流，且在系统采用过补偿方式，过补偿不大的情况下，发生故障分支线上的零序电流值接近于其分支线本身对地电容电流，电容性无功功率的实际方向也为母线流向线路侧；计算公式如下：发生故障分支线本身对地电容电流：Icg′＝jωCsg′(Ua′+Ub′+Uc′)＝j3ωCsg′Un′流经消弧线圈零序电流：${\mathrm{In}}^{\prime }={\mathrm{Un}}^{\prime }·\frac{1}{\mathrm{jw}{\mathrm{Ln}}^{`}}=-j{\mathrm{Un}}^{\prime }·\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}$故障点经过补偿后的残余电流：$\begin{array}{c}{\mathrm{In}0}^{\prime }={\mathrm{In}}^{\prime }+\Sigma {\mathrm{Icm}}^{\prime }=-\mathrm{jU}{n}^{\prime }·\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}+j3\mathrm{\omega \Sigma }{\mathrm{Csm}}^{\prime }{\mathrm{Un}}^{\prime }\\ {\mathrm{In}0}^{\prime }=j(3\mathrm{\omega \Sigma }{\mathrm{Csm}}^{\prime }-\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}){\mathrm{Un}}^{\prime }\end{array}$发生故障分支线零序电流：${\mathrm{Ig}0}^{\prime }={\mathrm{Icg}}^{\prime }-{\mathrm{In}0}^{\prime }=j[\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}-3\omega (\Sigma {\mathrm{Csm}}^{\prime }-{\mathrm{Csg}}^{\prime })]{\mathrm{Un}}^{\prime }---\left(8a\right)$当母线电压互感器感性零序电流不能忽略时，上述公式修正如下：$\begin{array}{c}{\mathrm{Ig}0}^{\prime }={\mathrm{Icg}}^{\prime }-({\mathrm{In}0}^{\prime }+I_L)\\ =j[\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}+\frac{1}{3\mathrm{wL}}-3\omega (\Sigma {\mathrm{Csm}}^{\prime }-{\mathrm{Csg}}^{\prime })]{\mathrm{Un}}^{\prime }\end{array}---\left(8b\right)$由公式(7)、(8)看出，系统中零序电流是与系统中零序电压有关系的量，而由公式(6)看出，系统中零序电压是与故障点接地电阻值R′、电网中电容值Cs′、系统中补偿消弧线圈电感值Ln′均有关系的变化量，尤其系统中故障点接地电阻R′是个变化很复杂的量；将公式(7)、(8)改变为：Icm′/Un′＝3ωCsm′   (9)${\mathrm{Ig}0}^{\prime }/{\mathrm{Un}}^{\prime }=\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}-3\omega (\Sigma {\mathrm{Csm}}^{\prime }-{\mathrm{Csg}}^{\prime })---\left(10a\right)$${\mathrm{Ig}0}^{\prime }/{\mathrm{Un}}^{\prime }=\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}+\frac{1}{3\mathrm{wL}}-3\omega (\Sigma {\mathrm{Csm}}^{\prime }-{\mathrm{Csg}}^{\prime })---\left(10b\right)$用分支线上零序电流值比上系统中零序电压值，对于非发生故障分支线其结果值仅与该分支线m各相对地电容平均值Csm′有关，对于发生故障分支线其结果值与消弧线圈电感值Ln′及整个配网各相对地电容平均值之和∑Csm′、故障分支线各相对地电容平均值Csg′、母线电压互感器零序电感值L有关，如果改变消弧线圈电感值Ln′，即调整消弧线圈补偿度，或者，改变整个配网对地电容值，那么，非发生故障分支线其结果值是个无变化量的值，而发生故障分支线其结果值是个有变化量的值，系统中检测设备如果检测到这个变化值，变化值大约等于增加或减少的导纳值，就能够确定发生单相接地故障的分支线；以上公式中：Ea—a相感应相电势；      Eb—b相感应相电势；      Ec—c相感应相电势；Ua′—a相对地电压；      Ub′—b相对地电压；      Uc′—c相对地电压；Un′—中性点对地电压；Ca′—a相对地电容；      Cb′—b相对地电容；      Cc′—c相对地电容；Ia′—a相对地电容电流；  Ib′—b相对地电容电流；  Ic′—c相对地电容电流；R′—a相接地电阻；       Ln′—消弧线圈电感值；Csg′—故障分支线各相对地电容平均值；Csm′—分支线m各相对地电容平均值；L—母线电压互感器零序电感值；Icg′—故障分支线对地电容电流；Icm′—分支线m对地电容电流，即电容零序电流；Ig0′—故障分支线零序电流；∑Icm′—各分支线对地电容电流之和；In′—流经消弧线圈零序电流；In0′—故障点经过补偿后残余电流；I_L—母线电压互感器零序电流；故障点的确定的过程如下：在已确定单相接地故障分支线路后，通过上传该分支线路各区间微机智能配电终端检测到的零序电流值，新的小电流接地选线微机装置接受后,用检测到的零序电流值除以系统中零序电压值，并加以判别，就能够确定故障点位置；对于中性点不接地系统：故障点负荷侧检测到的零序电流：I2＝j3ωC2UnI2/Un＝3ωC2   (11)故障点电源侧检测到的零序电流：$\begin{array}{c}I1=j(3\mathrm{\omega C}1-\frac{1}{3\mathrm{wL}})\mathrm{Un}\\ I1/\mathrm{Un}=3\mathrm{\omega C}1-\frac{1}{3\mathrm{wL}}\end{array}---\left(12\right)$对于中性点经消弧线圈接地系统：故障点负荷侧检测到的零序电流：I2＝j3ωC2Un′I2/Un′＝3ωC2   (13)故障点电源侧检测到的零序电流：$\begin{array}{c}I1=j[\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}+\frac{1}{3\mathrm{wL}}-3\mathrm{\omega C}1]{\mathrm{Un}}^{\prime }\\ I1/U{n}^{\prime }=\frac{1}{{\mathrm{wLn}}^{`}}+\frac{1}{3\mathrm{wL}}-3\mathrm{\omega C}1\end{array}---\left(14\right)$当系统中调整消弧线圈补偿度，改变消弧线圈电感值，或者系统中投入或切除一回配出线路，改变整个配网对地电容值时，由公式(11)、(12)、(13)、(14)看出，故障点电源侧检测到的零序电流值与系统中零序电压值的比值发生了变化，故障点负荷侧检测到的零序电流值与系统中零序电压值的比值是个固定值；由此确定单相接地故障点；以上公式中：C1—故障点电源侧整个配电网各相对地电容平均值；C2—分支线故障点负荷侧各相残余对地电容平均值。