CN102955098A - 中性点非有效接地***单相接地故障识别方法 - Google Patents

中性点非有效接地***单相接地故障识别方法 Download PDF

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Abstract

一种中性点非有效接地***单相接地故障识别方法，利用零序电压瞬时值和瞬时突变值作为识别方案启动判据，当其中任意值越限时启动识别流程，根据信号突变点确定突变时刻，并计算确定信号突变点前后一个周波的零序电压和三相电压有效值并计算出其变化量；当且仅当零序电压变化量和各相电压变化量同时满足各判据条件时判定单相接地故障发生。本发明利用电压变化量进行识别，可以反映***状态的突变，采用“低阈值”方案可使在高阻抗故障时能灵敏启动，采用零序电压和三相电压的“多判据”方案，保证了方法的可靠性高。本方法具有简单易于实现的特点。

Description

中性点非有效接地***单相接地故障识别方法
技术领域
本发明涉及电力***配电网单相接地故障判别方法，特别是通过电力***配电网中故障前后电压变化量建立的“低阈值，多判据”单相接地故障识别检测方法。
背景技术
我国配电网主要采用中性点非有效接地方式，包括中性点不接地和谐振接地，实际运行发现，该类***中单相接地故障约占总故障的80%。发生单相接地故障后，故障相电压降低，非故障相电压升高，***线电压不变，供电不受影响，***允许继续运行2小时，但是长时间运行可能导致事故扩大或引发新的故障。因此针对单相接地故障选线定位成了研究重点，而单相接地故障的检测识别是准确投入消弧线圈、启动故障选线定位装置的基础。
在检测出***发生单相接地故障发生后，需及时投入消弧线圈，并且启动单相接地故障选线定位装置，识别故障出线、判断故障位置。传统方法在识别单相接地故障时，以母线零序电压超过设定阈值作为条件判定，零序电压阈值范围为相电压的20%~35%，由于***在不对称运行时亦会存在一定的零序电压，为区分该种情况，通常适当调高零序电压阈值。
然而实际***发生单相接地故障时，常伴随故障电阻接地，此时母线零序电压将随着故障电阻的增大而迅速减小，并且当故障电阻达到一定水平时（与***线路参数、消弧线圈参数有关），母线零序电压将可能低于设定阈值，传统基于母线零序电压阈值的识别方法将无法识别，消弧线圈不能及时投入，选线定位装置也将无法启动。
发明内容
本发明的目的是提供一种灵敏、可靠的单相接地故障识别方法，克服传统方法在发生单相高阻接地故障时无法识别的缺点。
本发明的目的是这样实现的：一种中性点非有效接地***单相接地故障识别方法，其特征是：通过实时采集母线零序电压和三相电压，当母线零序电压瞬时值或瞬时值变化量越限时进行识别：根据信号突变点即故障时刻，并分别计算零序电压和三相电压在故障时刻前、后一个周期的有效值及二者对应的变化量，当同时满足以下三个判别条件时，判定有单相接地故障发生；
上述判别条件为：零序电压有效值变化量大于0.05Uph且小于或等于额定相电压Uph；至少存在一相电压有效值变化量大于0.03Uph且小于或等于0.8229Uph；至少存在一相电压有效值变化量小于-0.03Uph且大于或等于-Uph，但各参数值的设定不局限于此，需根据实际***需要进行确定。
所述的中性点非有效接地***单相接地故障识别方法，其特征是，还具有以下识别方法：检测信号突变点10秒后零序电压有效值，若10秒后零序电压有效值与故障时刻前零序电压有效值相比，前者大于后者0.05Uph且小于Uph，则判定有非瞬时性单相接地故障发生。
所述的中性点非有效接地***单相接地故障识别方法，其特征是，当判定有单相接地故障发生时，投入消弧线圈，当判定有非瞬时性单相接地故障发生时，起动单相接地故障选线定位装置，从而识别故障出线、判别故障位置。
本发明通过对中性点非有效接地***发生单相接地故障时的电压特征进行详细的理论分析和仿真分析，并基于电压变化量的“低阈值，多判据”等方式进行单相接地故障识别。
本发明主要解决配电网发生单相高阻接地故障的识别问题。利用零序电压瞬时值和瞬时突变值作为识别方案启动判据，当其中任意值越限时启动识别流程，根据信号突变点确定突变时刻，并计算确定信号突变点前后一个周波的零序电压和三相电压有效值并计算出其变化量；当且仅当零序电压变化量和各相电压变化量同时满足各判据条件时判定单相接地故障发生。该方法特殊之处在于：利用电压变化量进行识别，可以反映***状态的突变，“低阈值”方案在设定电压变化量阈值时适当降低阈值，可使在高阻抗故障时能灵敏启动，“多判据”方案同时考虑了零序电压和三相电压的变化规律，保证了方法的可靠性，并且方法简单易于实现。
本发明的有益效果为：
1、利用电压变化量作为特征进行分析，可有效反映***故障时状态的突变；
2、利用“低阈值”的方案可保证在发生高阻接地故障时***电压变化特征很小时仍能识别；
3、利用“多判据”的方案同时考虑了发生单相接地故障各电压变化特征，保证了识别方法的可靠性。
附图说明
图1是单相接地故障模型图（即故障电路图）。
图2是中性点不接地***零序电压和三相电压随故障电阻变化图。
图3是单相接地故障识别程序流程图。
具体实施方式
中性点非有效接地***发生单相接地故障时，如图1，考虑故障电阻影响时，假设C相发生单相接地故障，ZC为***每相线路对地容抗，且有ZC=-jXC，Rf为故障电阻，Uph为相电压额定值，***电压（母线零序电压和三相电压）存在以下规律：
当故障电阻为零时，故障相（C相）电压降低为零，非故障相（A、B）电压升高为1.732Uph，零序电压升高为相电压Uph。
当***是中性点不接地***时，各相电压随故障电阻变化特征如图2，母线零序电压随故障电阻的增大而减小，但仍大于正常运行状态的零序电压；超前故障相的非故障相（B相）电压在故障电阻为零时为1.732Uph，随着故障电阻的增大，其逐渐增大，当故障电阻满足Rf=0.1243Xc时，电压达到最大值1.8229Uph，故障电阻继续增大时，电压逐渐减小并逐渐趋于相电压额定值Uph；滞后故障相的非故障相（A相）电压在故障电阻为零时为1.732Uph，随着故障电阻的增大，其逐渐减小，当故障电阻满足Rf=0.8941Xc时，电压达到最小值0.8229Uph，故障电阻继续增大时，电压逐渐增大并逐渐趋于相电压额定值Uph。并且发现***单相接地故障时的非故障相电压最大、最小值与***参数无关，但***参数将影响非故障相最大、最小值对应的故障电阻值。
当***为谐振接地***时，根据补偿度不同，***电压随故障电阻的变化规律也将不同。对于欠补偿***，***发生单相接地故障时的电压变化特征与中性点不接地***相似，只是非故障相电压取最大最小值时所对应故障电阻与消弧线圈参数有关；对于过补偿***，其非故障相的电压变化特征不同，此时超前故障相的非故障相（B相）电压将存在最小值，而滞后故障相的非故障相（A相）电压存在最大值，最大、最小值的大小与前相同。
非有效接地***单相接地故障电压变化特征通用规律：零序电压增大，其变化量范围为（0～1）Uph；故障相电压降低，变化量范围为（-1～0）Uph；存在一非故障电压（不接地***和欠补偿***为超前故障相的非故障相，过补偿***为滞后故障相的非故障相）升高，变化量范围为（0～0.8229）Uph；存在一非故障相电压（不接地***和欠补偿***为滞后故障相的非故障相，过补偿***为超前故障相的非故障相）可能升高可能降低，变化量范围为（-0.1771～0.732）Uph。单相接地故障后各电压变化量如表1所示，变化量为正时表示故障后电压升高，变化量为负时表示故障后电压降低，表1中ΔU0、ΔUA、ΔUB、ΔUC分别为零序电压和三相电压故障前后一个周波的有效值变化量。因此可利用电压变化量构成单相接地故障识别判据，利用变化量特征可有效反应***的突变状态，为保证方法灵敏性，减小判据阈值，为保证方法的可靠性，利用多个判据同时进行判断。
表1.单相接地故障情况下零序电压和相电压变化量范围
当检测到***零序电压出现异常（零序电压瞬时值或瞬时值突变量即变化量越限）时，计算出现异常前后一个周期的零序电压和三相电压的有效值突变量，当同时满足：零序电压突变量大于0.05Uph且小于或等于Uph，至少存在一相电压变化量大于0.03Uph且小于或等于0.8229Uph，至少存在一相电压变化量小于-0.03Uph且大于或等于-Uph时，判定有单相接地故障发生，投入消弧线圈，检测10S后***零序电压有效值，若此时零序电压有效值与故障前零序电压有效值相比（前者减去后者之差）大于0.05Uph且小于Uph，则判定有非瞬时性单相接地故障发生，投入故障选线、定位装置。
如图3所示，为本方法进行单相接地故障识别的流程说明图：
（1）实时监测零序电压瞬时值，当零序电压瞬时值u0或瞬时值突变量Δu0（瞬时值突变量为该时刻瞬时值与前一周期瞬时值之差）超过设定阈值时启动录波和识别流程，其中Δu0=u0k-u0(k-N)，式中：u0k为时刻k的零序电压瞬时值，N为一个工频周期的采样点数，u0(k-N)为u0k一个周期前的零序电压瞬时值。各变量阈值设定如图3中所示，但阈值设定不局限于此，根据实际***正常运行的不对称的等情况进行确定，不对称度较高时，可将零序电压瞬时值u0阈值适当调大，而不对称度较小时可将零序电压瞬时值u0阈值适当调小。
（2）当零序电压瞬时值或瞬时突变量超过设定阈值启动录波，录波对象包括零序电压和三相电压，录波时间为启动时刻前5个周波和启动时刻后10个周波（即周期）数据，根据信号突变点确定故障时刻，并分别计算零序电压和三相电压故障时刻前后一个周波的电压有效值，流程图中UA'、UB'、UC'、U0'分别表示A、B、C三相电压和零序电压故障前一个周波有效值，UA、UB、UC、U0为A、B、C三相电压和零序电压故障后一个周波有效值，A相电压有效值变化量计算如：ΔUA=UA-UA'，其他类似。
（3）当零序电压突变量和相电压突变量同时满足以下条件时，判定单相接地故障发生，零序电压变化量ΔU0满足0.05Uph<ΔU0≤Uph，且在三相电压变化量中存在一相电压变化量ΔU满足0.03Uph<ΔU≤0.8229Uph，以及存在一相电压变化量ΔU满足-Uph≤ΔU<-0.03Uph，当且仅当三条件同时满足时判定单相接地故障发生，此时可投入消弧线圈，但阈值设定不局限于此，需根据***参数综合考虑。
（4）检测故障10S（10秒）后零序电压有效值，并计算其与故障前一周期有效值（周期内的平均值）之差，即零序电压变化量仍满足0.05Uph<ΔU0<Uph时，判定存在非瞬时性单相接地故障发生，投入故障选线定位装置。

Claims (3)

1.一种中性点非有效接地***单相接地故障识别方法，其特征是：通过实时采集母线零序电压和三相电压，当母线零序电压瞬时值或瞬时值变化量越限时进行识别：根据信号突变点即故障时刻，并分别计算零序电压和三相电压在故障时刻前、后一个周期的有效值及二者对应的变化量，当同时满足以下三个判别条件时，判定有单相接地故障发生；
上述判别条件为：零序电压有效值变化量大于0.05U ph 且小于或等于额定相电压U ph ；至少存在一相电压有效值变化量大于0.03U ph 且小于或等于0.8229U ph ；至少存在一相电压有效值变化量小于-0.03U ph 且大于或等于-U ph 。
2. 根据权利要求1所述的中性点非有效接地***单相接地故障识别方法，其特征是，还具有以下识别方法：检测信号突变点10秒后零序电压有效值，若10秒后零序电压有效值与故障时刻前零序电压有效值相比，前者大于后者0.05U ph 且小于U ph ，则判定该单相接地故障为非瞬时性单相接地故障。
3.根据权利要求1或2所述的中性点非有效接地***单相接地故障识别方法，其特征是，当判定有单相接地故障发生时，投入消弧线圈，当判定有非瞬时性单相接地故障时，起动单相接地故障选线定位装置，识别故障出线、判别故障位置。
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