CN103592571A - 一种实现小电流接地***单相接地故障的选线方法 - Google Patents
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Abstract
一种实现小电流接地***单相接地故障的选线方法,其特征在于:各馈线使用高精度零序电流互感器;任一馈线零序电流i0瞬时值超过设定阈值|I0|时,判定为***出现单相接地故障;在阈值触发瞬间,对各回路电流的符号进行比较,触发之后的数据不再参与判定;其中故障线路电流的符号是唯一的、与非故障线路电流的符号相反,且非故障线路的条数大于等于2;当所有电流的符号相同,判定为母线接地故障。本发明对小电流接地***中的三种接地方式1)中性点不接地***、2)消弧线圈接地***、3)及中性点经高阻接地***均能适应,且不受接地瞬间相位角、***虚幻接地及TV断线的影响,过渡电阻将母线零序电压降低到10%相电压时,仍能正确动作。
Description
技术领域
本发明涉及到小电流接地***单相接地故障选线方法,用于66kV及以下中压电网***的接地选线及故障定位。
背景技术
我国66kV及以下中压电网***中性点均采用小电流接地***,包括中性点不接地、经高阻接地和经消弧线圈接三种地方式,后者已在我国电力***上升到主导地位。随着自动跟踪补偿技术的推进,单相接地故障特征越来越不明显,与之配套的接地选线装置的正确动作率越来越低,同时给配网自动化的故障定位造成很大的困难。世纪初,统计到80~90%的接地选线装置退出运行。近十多年来,尽管该项目的研究获得不小进展,但是判据种类繁多(有暂态分量法、稳态分量法和信号注入法三大类),适应性差,动作正确率仍不尽人意,继续研究、完善小电流接地***接地故选线及定位技术是当前配网***所关注重点技术之一。
2004年国家电网公司《10kV~66kV消弧线圈装置技术标准》出台,第“2.4.5.2”条的规定,消弧线圈接地***的最大残流不超过5A,是指金属性接地故障,过渡电阻介入后,残流更小。2004年颁布了电力行业标准《小接地电流***单相接地保护装置》(DL/T872—2004),第“4.5.1”规定,接地选线的最小工作电压为20V(占全电压的20%),此时最大残流仅有1A,从电压三角形推算出过渡电阻上的压降占97.98%,这里规定了接地选线装置应满足过渡电阻的量化指标。研究适应高过渡电阻的选线判据成为接地选线的主体。
2006年中国专利公报公开了一种发明专利申请,《适用于快速自动消弧线圈接地***的选线新方法》,专利公开号CN1819390A。对首半波原理进行了拓展,将首半波电流短时电量积分,选出故障线路。权利要求书第4条指出:“零序电压和零序电压变化量大于各自的动作门槛时:(1)分别计算各条出线的零序电流积分值┄┄”,以符号确定接地故障线路。实际上,线路出现接地故障时,零序电压u0与零序电流i0不是同时达到某阈值。装置检测到的u0只是***对地电容的两端电压,u0不能突变,上升到阈值有时需要数个周波。而线路检测到的首半波i0则包含突变的电容电流,有效存在时间小于5mS的。|U0|滞后于|I0|可达数十乃至百毫秒,当满足u0≥|U0|时,首半波特征已经消失。只有金属性接地故障、电压相位角在±90°近区、或者经小过渡电阻接地,|U0|设置极低,两者才可能有重叠区,该方法才有效,但是毕竟不是绝大部分单相接地的特征,所以这种方法有很大的局限性。
利用暂态分量实现选线(首半波法、小波法等)的理论基础是认定接地瞬间过渡电阻大都满足(架空线路参数波阻取250~500Ω),由此推出接地故障瞬间产生的高幅值、高频率的衰减振荡电流比稳态值大十几倍乃至几十倍[1],高幅值的暂态特征可以保证首半波法、小波法的正确选线。这里使用了单回架空线路分布参数的波阻(250~500Ω)作为基础数据推导出来的首半波是衰减振荡电流,与实际情况有较大出入。一段母线上通常有十数条主线路,每条主线路上还有数条分支线路(包括电缆线路),等值L约比单回小一个数量级;变电站母线上、送出线路上还连接着高压变压器和数十乃至上百台配电变压器,每台变压器的入口电容约数百~数千微微法,均是集中参数,等值C约比单回线路大1~2个数量级;全部是电缆线路时,推算R只有数欧姆。少数金属性接地故障的过渡电阻可能与此值接近,当过渡电阻把u0降低到规程规定的20%相电压必须正确动作时,i0首半波不存暂态的衰减振荡,或者说自由分量微乎其微且极其短暂,各种暂态判据自然失效。有研究机构总结出,小波法距离实用还遥远[2]。
小电流接地***接地选线是电力企业一项重要的实用技术,至今没有得到很好的解决是不争的事实。考虑到目前的技术水平,电力行业标准《小接地电流***单相接地保护装置》(DL/T872-2004)和国家电网公司企业标准《小电流接地***单相接地故障选线装置技术规范》(Q/GDW369-2009)针对小电流接地***中的三种不同的接地方式(不接地***、消弧线圈接地***和高电阻接地***),允许采用不同的原理进行选线。本方法试图寻求一种判据简单且适应小电流接地***中的三种接地方式的接地选线方案。
发明内容
为了解决背景技术中提到的问题,本发明采用比较接地故障瞬间线路i0的符号进行接地选线,这里所说的瞬间是指发生接地故障的某一时刻的时间点,没有延时概念,更没有首半波和1/6波的时间限制。u0不参与启动及选线判据。经过多次试验,满足现行技术标准(DL/T872—2004和Q/GDW369-2009),当过渡电阻把u0降低到相电压的10%时,仍可正确动作,突破当前i0和u0同时参与的多重判据的综合选线方法。本判据与“首半波”及类似拓展方法不同,也与目前所有公开接地选线的内容不相同。适用于永久性接地及间歇弧光接地故障,不受接地瞬间的相位角、***虚幻接地及电压互感器断线的影响。
如前所述,本方法适用于小电流接地***,包括中性点不接地***、消弧线圈接地***及中性点经高阻接地***的三种接地方式。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种实现小电流接地***单相接地故障的选线方法,其特征在于:各馈线使用高精度零序电流互感器TA0;当检测到任一馈线零序电流i0超过设定阈值|I0|时,预判为所述小电流接地***出现单相接地故障;在所述阈值|I0|被触发瞬间,比较各回路电流的符号,按照其中故障线路电流的符号是唯一的、与非故障线路电流的符号相反,且非故障线路的条数大于等于2的标准判定故障线路;当所有电流的符号相同,判定为母线接地故障。
所述小电流接地***包括中性点不接地***、消弧线圈接地***及经高阻接地***的三种接地方式;所述i0取自所述馈线上的高精度零序电流互感器TA0。
所述高精度零序电流互感器TA0,是指用于架空线路的三相电流互感器TAA、TAB和TAC并联后形成的TA0,或三芯电缆穿孔型TA0,准确等级及线性范围不低于0.2级标准。
所述i0超过设定阈值|I0|后的数据不再有效,延时Δt,如检测到u0超过预设的阈值|U0|和i0超过设定阈值|I0|同时存在,判定所述接地故障不是干扰;如检测不到|U0|和|I0|同时存在,则判定所述接地故障是干扰;如只检测到|U0|、检测不到|I0|,则判定所述接地故障是虚幻接地或电压回路断线;i0和u0同时消失,判定接地故障消除;所述u0取自母线TV的开口三角或中性点TV0,检测母线上零序电压的变化,不参与选线判据,作为接地故障及虚幻接地的辅助判定。Δt可以设置,默认值取60mS。
对于以上技术方案,具体解释如下:
在小电流接地***中,特别是中性点经消弧线圈接地方式,经补偿后的i0,工频稳态成分可能很小甚至接近于零;过渡电阻的加入,***参数大部分满足条件,不会出现高频衰减分量。使得i0与常规TA0的励磁电流水平接近,微弱的有用信号与噪声一起进入选线装置,误判、漏判将无法避免。本方案使用宽线性高精度TA0,大幅度降低励磁电流,测量精度及线性范围不低于0.2级标准,为准确判定接地故障线路奠定了基础。
接地故障出现瞬间,流入消弧线圈的电流不能发生突变,补偿电流等于零,可视为开路;母线上所有的线路都会出现突变的容性电流,任一线路的i0超过设定阈值|I0|时,判定为***出现单相接地故障,在同一时刻对所有线路i0的瞬间符号进行比较,其中一条线路电流的符号是唯一的、且与其它多条(≥2)线路电流的符号相反,判定为该线路接地故障;当采集到所有的电流符号相同时,判定为母线接地故障。
与现有技术相比,本发明具备如下特点:
1)当应用在中性点不接地和经高电阻接地方式时,只需调整触发阈值,判据照样适用。
2)本判据i0的阈值|I0|按躲过本线路的三相不平衡电流设置,灵敏度高;用|U0|零序电压u0作辅助判据,在TV断线及出现虚幻接地时不会误动,不需要使用4TV接线及其它判定方式,可靠性到保证;
3)提高了对高过渡电阻的适应性,零序电压降低到相电压的10%,仍能正确动作,比现行规程严格。
附图说明
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明;
图1是本发明采用的选线流程图;
图2是小电流接地***线路单相接地等值电路图;
图3是小电流接地***母线单相接地等值电路图;
图4是消弧线圈接地***全补偿时线路单相接地录波图;
图5是消弧线圈接地***全补偿时母线单相接地录波图;
图6是高电阻接地***线路单相接地录波图;
图7是高电阻接地***母线单相接地录波图;
具体实施方式
图1是选线流程图。图2是线路单相接地时的等值电路,图3是母线单相接地时的等值电路。中性点经消弧线圈接地时,L接入;中性点经高电阻接地时,R接入;当L和R都不接入时,为中性点不接地***。C1~Cn为线路1~n的等值电容;i1~in为线路1~n的电容电流,rg为接地点的过渡电阻。
如图2所示,设中性点为不接地***线路1发生单相接地。在i0.1>|I0|瞬间,i0.1的方向由线路指向母线M,非故障线路i0.2~i0.n的方向均由M指向线路,i0.1的符号是唯一的,与i0.2~i0.n非故障线路的符号相反;取n>2,排除母线上只有2条线路的稀有情况,是对线路数量的限定。如图3所示,M发生单相接地时,接地电流im测量不到,i0.1~i0.n中任一线路i0.m>|I0|(m=1,2,......,n)时启动比相,i0.1~i0.n的方向均是指向线路,符号相同。
如图2所示,设中性点为消弧线圈接地***线路1发生单相接地。接地故障起始瞬间,消弧线圈中的电流iL不能突变,此刻iL=0,相当于L开路,其特征和不接地***完全一样;如图3所示,M发生单相接地时的特征与中性点不接地***一样,不再重复叙述。
对于高电阻R接地***,iR的分流作用会减弱由i0.1进入非故障线路的i0.2~i0.n,瞬间幅值会随着中性点电阻值的减小而减小,但中性点电阻毕竟与***的容抗是同一数量级,R分流后剩余的容性功率仍旧满足瞬间电流的符号比较法,本判据仍然成立。
从i0.1>|I0|触发后的数据不再有效,从出发开始计时,延时Δt检测到u0>|U0|存在,且任意一条馈线i0>|I0|,判定不是干扰,发出某线路接地故障信号或母线接地信号,Δt可以设定,默认值为60mS;瞬间出现i0>|I0|的脉冲,判定是干扰;只出现u0>|U0|,判定虚幻接地;i0和u0同时满足i0<|I0|和u0<|U0|,判定接地故障消失。
图6、7就是装置在中性点经高电阻接地情况下,线路接地故障和母线接地故障时刻正确动作时的录波图,证明了该判据的适应性。
图4、5就是装置在全补偿状态下,线路接地故障和母线接地故障时刻正确动作时的录波图,证明了该判据的适应性。
Claims (4)
1.一种实现小电流接地***单相接地故障的选线方法,其特征在于:各馈线使用高精度零序电流互感器TA0;当检测到任一馈线零序电流i0超过设定阈值|I0|时,预判为所述小电流接地***出现单相接地故障;在所述阈值|I0|被触发瞬间,比较各回路电流的符号,按照其中故障线路电流的符号是唯一的、与非故障线路电流的符号相反,且非故障线路的条数大于等于2的标准判定故障线路;当所有电流的符号相同,判定为母线接地故障。
2.根据权利要求1所述的实现小电流接地***单相接地故障的选线方法,其特征在于:所述小电流接地***包括中性点不接地***、消弧线圈接地***及经高阻接地***的三种接地方式;所述i0取自所述馈线上的高精度零序电流互感器TA0。
3.根据权利要求1所述的实现小电流接地***单相接地故障的选线方法,其特征在于:所述高精度零序电流互感器TA0,是指用于架空线路的三相电流互感器TAA、TAB和TAC并联后形成的TA0,或三芯电缆穿孔型TA0,准确等级及线性范围不低于0.2级标准。
4.根据权利要求1所述的实现小电流接地***单相接地故障的选线方法,其特征在于:所述i0超过设定阈值|I0|后,延时Δt,如检测到u0超过预设的阈值|U0|和i0超过设定阈值|I0|同时存在,判定所述接地故障不是干扰;如检测不到|U0|和|I0|同时存在,则判定所述接地故障是干扰;如只检测到|U0|、检测不到|I0|,则判定所述接地故障是虚幻接地或电压回路断线;i0和u0同时消失,判定接地故障消除;所述u0取自母线TV的开口三角或中性点TV0。
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