CN103592571A - 一种实现小电流接地***单相接地故障的选线方法 - Google Patents

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

一种实现小电流接地***单相接地故障的选线方法

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TA_A、TA_B和TA_C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～C_n为线路1～n的等值电容；i₁～i_n为线路1～n的电容电流，r_g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i_0.1>|I₀|瞬间，i_0.1的方向由线路指向母线M，非故障线路i_0.2～i_0.n的方向均由M指向线路，i_0.1的符号是唯一的，与i_0.2～i_0.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i_m测量不到，i_0.1～i_0.n中任一线路i_0.m>|I₀|（m=1，2，......,n）时启动比相，i_0.1～i_0.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i_L不能突变，此刻i_L=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***，i_R的分流作用会减弱由i_0.1进入非故障线路的i_0.2～i_0.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i_0.1>|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TA_A、TA_B和TA_C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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