CN103728532A - 配电网单相接地故障判断与定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网单相接地故障判断与定位方法，要解决的技术问题是配电网发生单相接地故障时，准确、快速判断出故障区段。本发明的方法，包括以下步骤：配电网的线路上设置分段开关，在分段开关上配置配电自动化馈线终端，配电自动化馈线终端建立网络通信；配电自动化馈线终端判断线路单相接地故障，判断单相接地故障点位于该配电自动化馈线终端所在的分段开关相邻区段。本发明与现有技术相比，通过各配电自动化馈线终端判断检测单相接地故障，各个配电自动化馈线终端建立相互之间的网络通信，相互交互故障判断信息，确定故障点的具***置，可以快速确定故障区域，减少故障处理时间，提高供电可靠性。

Description

配电网单相接地故障判断与定位方法

技术领域

本发明涉及一种配电网故障的判断方法，特别是一种单相接地故障的判断与定位方法。

背景技术

我国的10kV配电自动化***（配电网，***）大部分是中性点不接地***或中性点经消弧线圈接地***，当发生单相接地故障时，故障点的电流很小，并且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此规程规定可继续运行1～2小时，而不必立即跳闸。但是单相接地故障发生之后，健全相电压要升高

倍，个别情况下，接地电容电流可能引起故障点电弧飞越，瞬时出现过电压，导致绝缘被击穿，进一步发展为两点或多点接地故障，所以，准确、快速的发现接地点故障，并排除故障，对配电网的安全运行具有重要意义。

现有技术处理单相接地故障的主流方法是，首先通过选线装置选出故障线路，或通过“试拉”的方法，确定故障线路。故障线路确定之后，用巡线的方法找到故障点。

对于不接地***和经消弧线圈接地***，在发生单相接地故障时，所表现的特征有所相同：不接地***在发生单相接地故障时，故障元件中流过的零序电流等于全***非故障元件对地电容电流之和，电容性无功功率的实际方向由线路流向母线，故障线路中的零序电流等于其本身的对地电容电流，电容性无功功率的方向由母线流向线路。对于经消弧线圈接地***，由于消弧线圈的作用，大大减少了故障点的故障电流，在过补偿的情况下，故障线路的电容性无功功率方向也与非故障线路相同。

另外，在判定故障线路之后，快速地查找到故障点也尤为重要。但是配电网线路错综复杂，有的线路长达几十千米；有的架空线路穿山越岭维护困难，有的全线架空，有的是电缆架空混合线路。架空线路一旦发生故障查找困难，特别是当线路发生单相接地时，由于故障点难以确定，往往延误了事故处理时机，造成故障扩大，进一步发展为相间短路，或损坏电气设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种配电网单相接地故障判断与定位方法，要解决的技术问题是配电网发生单相接地故障时，准确、快速判断出故障区段。

本发明采用以下技术方案：一种配电网单相接地故障判断与定位方法，包括以下步骤：

一、配电网的线路上设置分段开关，在每个分段开关上配置配电自动化馈线终端，各个配电自动化馈线终端通过光纤以太网或EPON网络与网络交换机连接，建立相互之间的网络通信；

二、配电自动化馈线终端的数据采集单元，获得该线路的零序电压3U₀和零序电流3I₀的原始信号，经模拟/数字转换得到数字量，配电自动化馈线终端的CPU数据处理单元将数字量进行傅氏算法计算，针对中性点不接地***计算出该线路的零序电压3U₀和零序电流3I₀的向量，针对中性点经消弧线圈***计算出零序第5次谐波电流3I₀₅的向量；

三、对所述中性点不接地***，CPU数据处理单元使用零序稳态量判据进行判断，将零序电流向量的模3I₀与零序过流保护定值I_set进行比较，CPU数据处理单元使用方向元件判据判断，比较零序电压3U₀和零序电流3I₀相位；同时满足3I₀＞I_set，零序电流3I₀滞后零序电压3U₀90°，判断该线路为单相接地故障；所述零序过流保护定值I_set=k·3I_0ik为安全系数，1＜k≤2，3I_0i为线路正常情况下的零序电流；

对所述中性点经消弧线圈***，CPU数据处理单元使用5次谐波判据进行判断，将零序第5次谐波电流向量的模3I₀₅与零序第5次谐波电流定值I_set5进行比较，CPU数据处理单元对零序电压3U₀和零序电流3I₀使用暂态量判据判断，比较线路上暂态零序电流与零序电压的首半波相位；3I₀₅＞I_set5，或暂态零序电流3I₀与零序电压3U₀的首半波相位相反，判断该线路为单相接地故障；所述零序第5次谐波电流定值I_set5=k·3I_05ik为安全系数，1＜k≤2，3I_05i为线路正常情况下的零序第5次谐波电流；

四、每个配电自动化馈线终端（FTU）判断满足以下故障定位条件1或故障定位条件2，则判断单相接地故障点位于该配电自动化馈线终端所在的分段开关相邻区段，分段开关相邻区段为与该分段开关相连接的线路；

所述故障定位条件1，本配电自动化馈线终端判断出单相接地故障，本配电自动化馈线终端的电源侧配电自动化馈线终端判断出单相接地故障或电源侧无配电自动化馈线终端，本配电自动化馈线终端的负荷侧配电自动化馈线终端没有判断出接地故障或负荷侧无配电自动化馈线终端，单相接地故障点位于该分段开关相连接的负荷侧线路；

所述故障定位条件2，本配电自动化馈线终端未判断出单相接地故障，电源侧配电自动化馈线终端判断出单相接地故障，单相接地故障点位于该分段开关相连接的电源侧线路。

本发明方法的配电网的线路为10kV线路。

本发明方法的步骤一，在配电网的一条线路上设置分段开关。

本发明方法的步骤二，对中性点不接地***，同时满足零序电流向量的模3I₀＞零序过流保护定值I_set，零序电流3I₀滞后零序电压3U₀90°，持续时间大于0.1-3秒，判断该线路为单相接地故障。

本发明方法的步骤二，对中性点经消弧线圈***，暂态零序电流与零序电压的首半波相位相反持续时间大于0.1-3秒，判断为满足暂态量判据。

本发明方法的步骤二，对中性点经消弧线圈***，零序第5次谐波电流向量的模3I₀₅＞零序第5次谐波电流定值I_set5，或满足暂态量判据，持续时间大于0.1-3秒，判断该线路为单相接地故障。

本发明方法的步骤二，对中性点经消弧线圈***，CPU数据处理单元将线路的零序电压和零序电流缓存6周波采样数据，当线路的零序电压3U₀的有效值大于15V的时刻，记录该当前采样点，然后从当前采样点开始往前查找前6个周波的零序电流3I₀采样数据，找到零序电流最大值3I_0max的采样点，提取该处的采样值零序电压3U_0Nsam，比较3I_0max和3U_0Nsam的相位，符号相反，判断该线路发生了接地故障。

本发明方法的步骤一，数据采集单元的每周波的采样点数为不少于24点。

本发明方法的数据采集单元的每周波的采样点数为32。

本发明与现有技术相比，通过各配电自动化馈线终端FTU判断检测单相接地故障，各个配电自动化馈线终端FTU建立相互之间的网络通信，相互交互故障判断信息，确定故障点的具***置，可以快速确定故障区域，减少故障处理时间，提高供电可靠性。

附图说明

图1是中性点不接地***零序方向元件示意图。

图2是本发明的中性点不接地***单相接地故障判断逻辑图。

图3是本发明的“暂态量”判据示意图。

图4是本发明的经消弧线圈接地***单相接地故障判断逻辑图。

图5是本发明的单相接地故障定位示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的配电网单相接地故障判断与定位方法，采用10kV配电自动化***的配电自动化馈线终端FTU判断单相接地故障，并借助于通信网络，实现对单相接地故障的定位。通信网络为光纤以太网或EPON网络。

10kV配电网大多数为中性点非直接接地***，当发生单相接地故障时，零序电流较小，特别是经消弧线圈接地***，由于消弧线圈的补偿作用，零序电流更难捕捉，所以，用现有技术单一的稳态量判断方法不能准确判断单相接地故障。本发明的方法针对中性点不接地***、中性点经消弧线圈接地***，分别提出了单相接地故障判断与定位方法。

一、中性点不接地***单相接地故障判断方法

（一）基本原理

中性点不接地***发生单相接地故障时，故障特征为：故障线路的零序电流等于除去故障线路外，全***的非故障线路元件对地电容电流之和；故障线路的零序电流滞后零序电压90°，非故障线路的零序电流超前零序电压90°。所以，对中性点不接地***，配电自动化馈线终端FTU采用“零序稳态量”+“方向元件”判据判断单相接地故障。“零序稳态量”是指线路的零序电流大于某一定值时，判断为该线路发生了接地故障。“方向元件”是指通过比较线路的零序电压和零序电流的相位来确定线路是否接地。

1、“零序稳态量”判据

3I₀＞I_set（1）

当线路的零序电流向量的模（实测零序电流）3I₀大于I_set定值时，判定为该线路发生了单相接地故障，其中，I_set为该线路的零序过流保护定值，为标量值。

I_set的整定需满足以下公式：

3I_0Σ-3I_0i≥I_set>3I_0i（2）

式（2）中，3I_0Σ为故障线路所属母线上的所有线路正常情况下的零序电流之和，3I_0i为故障线路在正常情况下的零序电流，式（2）的左边部分3I_0Σ-3I_0i为故障线路的故障电流，I_set需小于或等于故障线路的故障电流，并且大于该线路正常情况下的零序电流，表达为：

I_set=k·3I_0i（3）

式（3）中，k为安全系数，取为：1＜k≤2。

2、“零序方向元件（方向元件）”判据

使用零序方向元件Do判据判别，零序方向元件Do判据为：

式（4）中，括号内的+10°、-10°为最大误差范围，3I₀为线路的零序电流，3U₀为线路的零序电压。满足式（4）表明该线路的零序电流3I₀相位滞后零序电压3U₀90°，即该线路发生了单相接地故障。

零序方向元件Do正方向的动作区如图1所示。

对于中性点不接地***，用“零序稳态量”和“方向元件”两种判据综合判断单相接地故障，“方向元件”作为“零序稳态量”的补充，可以更加完善，更加准确地判断单相接地故障。

（二）中性点不接地***单相接地故障判断方法，采用以下步骤：

1、获取模拟量计算得到零序电压和零序电流的向量值

获取“零序稳态量”和“方向元件”判据所需要的模拟量信息，用数据采集单元，即配电自动化馈线终端FTU内部的电压和电流小变换器，获得该线路的零序电压3U₀和零序电流3I₀的原始信号，经模拟/数字转换，将模拟输入量转换为数字量，作为瞬时采样值，由配电自动化馈线终端FTU的CPU数据处理单元（向量计算模块）将数据采集单元输出的数字量进行傅氏算法计算，分别计算出该线路的零序电压3U₀和零序电流3I₀的向量（向量值），计算公式分别如下：

$3{\stackrel{\·}{U}}_0={3U}_{0r}+{j3U}_{0x}+{j3U}_{0x}=\frac{2}{N}\underset{m-1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{3U}_{\left(m\right)}\sin m\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{m-1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{3U}_{\left(m\right)}\cos m\frac{2\mathrm{\π}}{N}---\left(5\right)$

${3i}_0={3I}_{0r}+{j3I}_{0x}=\frac{2}{N}\underset{m-i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{3I}_{0\left(m\right)}\sin m\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{m-1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{3I}_{0\left(m\right)}\cos m\frac{2\mathrm{\π}}{N}---\left(6\right)$

式（5）、式（6）中N为数据采集单元的每周波的采样点数，为不小于24点（N≥24），本实施例实现过程中N＝32，3Uor是向量3Uo的实部，j是虚数单位，3Uox是向量3Uo的虚部,3U_o(m)是零序电压在采样点m处的瞬时采样值，3Ior是向量3Io的实部，3Iox是向量3Io的虚部,3I_o(m)是零序电流在采样点m处的瞬时采样值。

2、单相接地故障逻辑判断

CPU数据处理单元在每个中断周期内，结合采样计算中获得的零序电压3U₀和零序电流3I₀的向量值，进行逻辑判断。

如图2所示，在中性点不接地***单相接地故障判断前，先设定以下定值代码：

d018：小电流零序保护投退，投入小电流零序保护时，单相接地故障判断功能投入，退出时，不进行单相接地故障判断。

d129：小电流零序方向元件投退，投入小电流零序方向元件时，“方向元件”判据启动，退出时，无“方向元件”判据。

d008：小电流零序电流定值，该定值为“零序稳态量”判据中的零序过流保护定值I_set。

d009：小电流零序时限定值，满足单相接地故障判据延续时间，才被认为是真正的单相接地故障，整定的时限定值为0.1-3秒。

CPU数据处理单元使用“零序稳态量”判据进行判断，将零序电流向量的模（模值）3I₀与小电流零序电流定值d008（零序过流保护定值I_set）进行比较，当零序电流向量的模3I₀＞小电流零序电流定值d008（零序过流保护定值I_set）时，记录“零序稳态量”启动标志为“1”，即FLAG1=1；当3I₀＜小电流零序电流定值d008时，记录“零序稳态量”启动标志为“0”，即FLAG1=0。

CPU数据处理单元对零序电压3U₀和零序电流3I₀使用“方向元件”判据判断，比较零序电压3U₀和零序电流3I₀相位，满足零序方向元件Do判据即式（4）时，表明该线路的零序电流3I₀相位滞后零序电压3U₀90°，记录“方向元件”Do动作标志为“1”，即FLAG2=1；当零序电压3U₀和零序电流3I₀不满足零序方向元件Do判据即式（4）时，记录“方向元件”Do动作标志为“0”，即FLAG2=0。

在FLAG1和FLAG2同时为1时，并且持续时间大于0.1-3秒小电流零序时限定值d009时，判断该线路为单相接地故障。

二、中性点经消弧线圈接地***单相接地故障判断方法

中性点经消弧线圈接地***，配电自动化馈线终端FTU采用“5次谐波”+“暂态量”判据判断单相接地故障。

（一）基本原理

1、“5次谐波”判据

在中性点经消弧线圈接地***中，由于在中性点采用了消弧线圈的过补偿，故障线路零序电流很小，无法采用“零序稳态量”进行判断。但是，经消弧线圈接地***在发生单相接地故障后，各线路的第5次谐波（5次谐波）含量增长很快，其在电网中的分布与基波零序电流的分布相似。单相接地故障时，故障线路的零序5次谐波电流含量约等于除去故障线路本身全***的非故障元件零序5次谐波电流之和。如图3所示，针对故障线路的零序5次谐波，由于消弧线圈感抗为：5ωL_k，***容抗为：

所以，***中经非故障线路元件流出的电容电流是消弧线圈感应电流的25倍，消弧线圈的存在几乎对单相接地故障时的零序5次谐波没有影响，所以，对于中性点经消弧线圈接地***，可以采用零序5次谐波（5次谐波）判据判断。5次谐波判据为：

3I₀₅>I_set5（7）

当线路的零序第5次谐波电流向量的模（实测零序第5次谐波电流）3I₀₅＞I_set5定值时，判定为该线路发生了单相接地故障，其中I_set5为该线路的零序第5次（零序5次）谐波电流定值，为标量值。

I_set5定值的整定需满足以下公式：

3I_05Σ-3I_05i≥I_set5>3I_05i（8）

式（8）中，3I_05Σ为故障线路所属母线上的所有线路正常情况下的零序5次谐波电流之和，3I_05i为故障线路正常情况下的零序5次谐波电流，式（8）的左边部分3I_05Σ-3I_05i即为故障线路故障时的零序5次谐波电流，I_set5需小于或等于故障线路故障时的零序5次谐波电流，并且大于该线路正常情况下的零序5次谐波电流，表达为：

I_set5=k·3I_05i（9）

式（9）中，k为安全系数，取为：1＜k≤2。

2、“暂态量”判据

若不满足式（7），还可以使用暂态量判据判断。对于中性点经消弧线圈接地***，“暂态量”判据的原理是：中性点经消弧线圈接地***发生单相接地故障时，故障线路上暂态零序电流3I₀与零序电压3U₀的首半波相位相反，非故障线路上暂态零序电流与零序电压的首半波相位相同。

对于中性点经消弧线圈接地***，用“5次谐波”和“暂态量”两种判据综合判断单相接地故障，两者相互补充，可以更加完善，更加准确地判断单相接地故障。

（二）中性点经消弧线圈***单相接地故障判断方法，采用以下步骤：

1、获取模拟量信息转换得到数字量

（1）获取“5次谐波”判据所需要的模拟量信息，用数据采集单元，即配电自动化馈线终端FTU内部的电流小变换器，获得该线路的零序电流3I₀的原始信号，经模拟/数字转换，将模拟输入量转换为数字量，作为瞬时采样值，由配电自动化馈线终端FTU的CPU数据处理单元（向量计算模块）将数据采集单元输出的数字量进行傅氏算法计算，计算出零序5次谐波电流3I₀₅的向量（向量值），计算公式如下：

${3i}_{05}={3I}_{05r}+j3I_{05x}=\frac{2}{N}\underset{m-1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{3I}_{0\left(m\right)}\sin m\frac{10\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{m-1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{3I}_{0\left(m\right)}\cos m\frac{10\mathrm{\π}}{N}---\left(10\right)$

式（10）中，N为数据采集单元的每周波的采样点数，为不小于24点（N≥24），本实施例实现过程中N＝32。3Io5是零序电流5次谐波向量，3I_o5r是向量3Io5的实部，3I_o5x是向量3Io5的虚部，j是虚数单位，3I_o(m)为零序电流在采样点m处的瞬时采样值。

（2）、获取“暂态量”判据所需要的模拟量，对零序电压3U₀和零序电流3I₀的暂态量采样，用数据采集单元，即配电自动化馈线终端FTU内部的电压和电流小变换器，获得该线路的零序电压3U₀和零序电流3I₀的原始信号。数据采集单元按每周波不小于24点的采样速率，本实施例按每周波32点采样，经模拟/数字转换，将模拟输入量转换为数字量，作为瞬时采样值。

如图3所示，为捕捉暂态特性，CPU数据处理单元将线路的零序电压和零序电流缓存6周波采样数据。当该线路的零序电压3U₀的有效值大于15V的时刻，记录该当前采样点，然后从当前采样点开始往前查找前6个周波的零序电流3I₀采样数据，找到零序电流最大值3I_0max的采样点，记录零序电流最大值3I_0max位置的采样点计数Nsam，再提取3U₀在Nsam处的采样值3U_0Nsam，最后，比较3I_0max和3U_0Nsam的符号（相位），若符号相反，即一个是正数，一个是负数，则判断该线路发生了接地故障；若符号相同，即全是正数或全是负数，则判断该线路未发生接地故障。

2、单相接地故障逻辑判断

CPU数据处理单元在每个中断周期内，进行“5次谐波”和“暂态量”的逻辑判断。

如图4所示，在中性点经消弧线圈接地***单相接地故障判断前，先设定以下定值代码：

d500：零序5次谐波保护投退，投入零序5次谐波保护时，“5次谐波”判据投入，退出时，“5次谐波”判据退出。

d501：零序暂态量保护投退，投入零序暂态量保护时，“暂态量”判据投入，退出时，“暂态量”判据退出。

d502：零序5次谐波定值，该定值为“5次谐波”判据中的零序5次谐波电流定值I_set5。

d503：零序保护延时定值，满足单相接地故障判据延续时间，才被认为是真正的单相接地故障，单相接地故障判据延时整定为0.1-3秒。

CPU数据处理单元使用“5次谐波”判据进行判断，将零序第5次谐波电流向量的模（模值）3I₀₅与零序5次谐波定值d502（零序第5次谐波电流定值I_set5）进行比较，当零序第5次谐波电流向量的模3I₀₅＞零序5次谐波定值d502（零序第5次谐波电流定值I_set5）时，记录“5次谐波”启动标志为“1”，即FLAG1=1；当3I₀₅＜d502定值时，记录“5次谐波”启动标志为“0”，即FLAG1=0。

CPU数据处理单元对零序电压3U₀和零序电流3I₀使用“暂态量”判据判断，当3U₀和3I₀满足“暂态量”判据，即暂态零序电流3I₀与零序电压3U₀的首半波相位相反，且持续时间大于d503延时定值时，满足“暂态量”判据，记录“暂态量”动作标志为“1”，即FLAG2=1，当3U₀和3I₀不满足“暂态量”判据时，记录“暂态量”动作标志为“0”，即FLAG2=0。

当FLAG1或FLAG2等于1，并且持续时间大于0.1-3秒零序保护延时定值d503时，判断该线路为单相接地故障。

三、中性点不接地***和中性点经消弧线圈接地***单相接地故障定位

（一）基本原理

配电网中的一条10kV线路上设置有多个分段开关，这些分段开关将一条10kV线路分割成若干个区段，在一条10kV线路的每个分段开关上配置一台配电自动化馈线终端FTU，各个配电自动化馈线终端FTU通过光纤以太网或EPON网络与网络交换机连接，建立相互之间网络的通信。

FTU采集该分段开关所处位置线路的零序电压3U₀和零序电流3I₀，针对中性点不接地***、中性点经消弧线圈接地***，采用不同的单相接地故障判据，判断出各分段开关处是否发生了单相接地故障。各配电自动化馈线终端FTU将所判断出的是否为单相接地故障的结果，以面向通用对象的变电站事件GOOSE报文格式发送给同一网络内的其它配电自动化馈线终端FTU，各配电自动化馈线终端FTU根据自己对所处位置的单相接地故障判断结果，结合从网络中获得的其他配电自动化馈线终端FTU的单相接地故障判断结果，进行综合分析判断，确定单相接地故障点的具***置。这样，当一条10kV线路发生单相接地故障时，用本发明的方法，不仅能知道是哪条线路发生了单相接地故障，还能知道单相接地故障点具***于这条线路的哪个位置。

每个配电自动化馈线终端FTU的GOOSE开入信号定义如表1，GOOSE开出信号定义如表2。

表1  GOOSE开入信号

表2  GOOSE开出信号

GOOSE开出虚端子名称	备注
		本位置接地信号开出	本分段开关处线路是否接地信号开出
闭锁信号开出	本分段开关处闭锁信号开出

所述综合分析判断为：每个配电自动化馈线终端FTU判断满足以下故障定位条件1或故障定位条件2，则判断单相接地故障点位于该配电自动化馈线终端所在的分段开关相邻区段。分段开关相邻区段为与该分段开关相连接的线路。

故障定位条件1，本配电自动化馈线终端判断出（检测到）单相接地故障，本配电自动化馈线终端的电源侧配电自动化馈线终端判断出（检测到）单相接地故障或电源侧无配电自动化馈线终端，本配电自动化馈线终端的负荷侧配电自动化馈线终端没有判断出（检测到）接地故障或负荷侧无配电自动化馈线终端，单相接地故障点位于该分段开关相连接的负荷侧线路。

故障定位条件2，本配电自动化馈线终端未判断出（检测到）单相接地故障，电源侧配电自动化馈线终端判断出（检测到）单相接地故障，单相接地故障点位于该分段开关相连接的电源侧线路。

（二）中性点不接地***和中性点经消弧线圈接地***单相接地故障定位，采用以下步骤：

1、配置架构

如图5所示，本实施例的变电站A的一条10kV线路经过5个分段开关FD1、FD2、FD3、FD4、FD5与变电站B相连接，构成了一条“手拉手”线路，其中分段开关3FD3正常状态下为断开状态，又称为联络开关。5个分段开关分别配置了5台配电自动化馈线终端FTU1、FTU2、FTU3、FTU4、FTU5，各FTU采集所负责的分段开关所处位置的线路零序电压3U₀和零序电流3I₀。5台配电自动化馈线终端FTU通过光纤以太网建立在同一个网络中，相互之间通过网络交换机建立通信连接。

2、单相接地故障判断检测

5台配电自动化馈线终端FTU1、FTU2、FTU3、FTU4、FTU5针对不同的中性点接地方式采用不同的单相接地故障判据，当为中性点不接地***时，采用“稳态量”+“方向元件”判据，当为中性点经消弧线圈接地***时，采用“5次谐波”+“暂态量”判据，判断出各分段开关处是否发生了单相接地故障。当FTU判断出所在的分段开关处发生了单相接地故障时，记录“本位置接地信号开出”的GOOSE开出信号为“1”，反之，记录“本位置接地信号开出”的GOOSE开出信号为“0”。

3、单相接地故障点定位

5台配电自动化馈线终端FTU1、FTU2、FTU3、FTU4、FTU5的GOOSE关联信号定义如表3。

表3  GOOSE关联信号

当FD2与FD3之间的F1处发生单相接地故障时，故障电流从接地流经F1、FD2、FD1至变电站A，如图5中的弧线1所示，即分段开关1FD1、分段开关2FD2均有故障电流流过，负责这两个分段开关故障检测的FTU1的GOOSE开出信号“本位置接地信号开出”为1，FTU2的GOOSE开出信号“本位置接地信号开出”为1，FTU3、FTU4和FTU5的GOOSE开出信号“本位置接地信号开出”为0。根据表3列出的GOOSE关联信号，对于FTU2，它的电源侧“电源侧接地信号开入”为1，因为“FTU1:本位置接地信号开出”为1，它的负荷侧“负荷侧接地信号开入01”为0，因为“FTU3:本位置接地信号开出”为0，满足故障定位条件1，判断出单相接地故障位于FTU2的相邻侧：负荷侧。而对于其他FTU，既不满足故障定位条件1，也不满足故障定位条件2，所以，单相接地故障不处于其他FTU的分段开关相邻区段。

本实施例中，5个分段开关FD1、FD2、FD3、FD4、FD5采用操作电源为直流24V的柱上真空断路器，5台配电自动化馈线终端FTU1、FTU2、FTU3、FTU4、FTU5采用型号为PRS-3351的馈线自动化终端，网络交换机采用工作电源为直流24V、支持IEC61850规约通信的工业以太网交换机，采用PRS-3351的Ver2.0版本程序语言实现。

通过线路各分段开关处的配电自动化馈线终端FTU对各自分段开关处线路是否发生了单相接地故障进行判断检测，并通过通信网络，实现配电自动化馈线终端FTU之间的信息交互与共享，按照单相接地故障定位的原理机制，最终实现了单相接地故障的准确定位。

本发明的方法针对10kV中性点不接地和经消弧线圈接地的配电网***，针对复杂多变的配电网络，提出了单相接地故障判断检测方法，在每种方法下，通过两种判据的相互补充，实现了更加完善的故障判断。准确的单相接地故障判断，再单相故障故障定位原理与机制，最终实现了配电网单相接地故障的有效检测和准确定位。

根据国家电网公司提出的建设中国坚强智能电网总体框架,信息化、数字化、自动化、互动化是中国智能电网的主要标志特征，可以预见，随着智能配电网建设的推进，未来的智能配电网的继电保护***在继承基于本地信息的就地化保护的成熟技术同时，还将借助于信息化、数字化技术的发展，向相互协调的广域范围内的功能综合的保护***发展。本发明的配电网单相接地故障判断与定位方法，对维护配电网的可靠运行、提高检修效率、增强智能化水平具有重要意义。

Claims (9)

1.一种配电网单相接地故障判断与定位方法，包括以下步骤：

一、配电网的线路上设置分段开关，在每个分段开关上配置配电自动化馈线终端（FTU），各个配电自动化馈线终端（FTU）通过光纤以太网或EPON网络与网络交换机连接，建立相互之间的网络通信；

二、配电自动化馈线终端（FTU）的数据采集单元，获得该线路的零序电压3U0和零序电流3I0的原始信号，经模拟/数字转换得到数字量，配电自动化馈线终端（FTU）的CPU数据处理单元将数字量进行傅氏算法计算，针对中性点不接地***计算出该线路的零序电压3U₀和零序电流3I₀的向量，针对中性点经消弧线圈***计算出零序第5次谐波电流3I₀₅的向量；

三、对所述中性点不接地***，CPU数据处理单元使用零序稳态量判据进行判断，将零序电流向量的模3I₀与零序过流保护定值I_set进行比较，CPU数据处理单元使用方向元件判据判断，比较零序电压3U₀和零序电流3I₀相位；同时满足3I₀＞I_set，零序电流3I₀滞后零序电压3U₀90°，判断该线路为单相接地故障；所述零序过流保护定值I_set=k·3I_0ik为安全系数，1＜k≤2，3I_0i为线路正常情况下的零序电流；

对所述中性点经消弧线圈***，CPU数据处理单元使用5次谐波判据进行判断，将零序第5次谐波电流向量的模3I₀₅与零序第5次谐波电流定值I_set5进行比较，CPU数据处理单元对零序电压3U₀和零序电流3I₀使用暂态量判据判断，比较线路上暂态零序电流与零序电压的首半波相位；3I₀₅＞I_set5，或暂态零序电流3I₀与零序电压3U₀的首半波相位相反，判断该线路为单相接地故障；所述零序第5次谐波电流定值I_set5=k·3I_05ik为安全系数，1＜k≤2，3I_05i为线路正常情况下的零序第5次谐波电流；

四、每个配电自动化馈线终端（FTU）判断满足以下故障定位条件1或故障定位条件2，则判断单相接地故障点位于该配电自动化馈线终端所在的分段开关相邻区段，分段开关相邻区段为与该分段开关相连接的线路；

所述故障定位条件1，本配电自动化馈线终端判断出单相接地故障，本配电自动化馈线终端的电源侧配电自动化馈线终端判断出单相接地故障或电源侧无配电自动化馈线终端，本配电自动化馈线终端的负荷侧配电自动化馈线终端没有判断出接地故障或负荷侧无配电自动化馈线终端，单相接地故障点位于该分段开关相连接的负荷侧线路；

所述故障定位条件2，本配电自动化馈线终端未判断出单相接地故障，电源侧配电自动化馈线终端判断出单相接地故障，单相接地故障点位于该分段开关相连接的电源侧线路。

2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障判断与定位方法，其特征在于：所述配电网的线路为10kV线路。

3.根据权利要求2所述的配电网单相接地故障判断与定位方法，其特征在于：所述步骤一，在配电网的一条线路上设置分段开关。

4.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障判断与定位方法，其特征在于：所述步骤二，对中性点不接地***，同时满足零序电流向量的模3I₀＞零序过流保护定值I_set，零序电流3I₀滞后零序电压3U₀90°，持续时间大于0.1-3秒，判断该线路为单相接地故障。

5.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障判断与定位方法，其特征在于：所述步骤二，对中性点经消弧线圈***，暂态零序电流与零序电压的首半波相位相反持续时间大于0.1-3秒，判断为满足暂态量判据。

6.根据权利要求4所述的配电网单相接地故障判断与定位方法，其特征在于：所述步骤二，对中性点经消弧线圈***，零序第5次谐波电流向量的模3I₀₅＞零序第5次谐波电流定值I_set5，或满足暂态量判据，持续时间大于0.1-3秒，判断该线路为单相接地故障。

7.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障判断与定位方法，其特征在于：所述步骤二，对中性点经消弧线圈***，CPU数据处理单元将线路的零序电压和零序电流缓存6周波采样数据，当线路的零序电压3U₀的有效值大于15V的时刻，记录该当前采样点，然后从当前采样点开始往前查找前6个周波的零序电流3I0采样数据，找到零序电流最大值3I_0max的采样点，提取该处的采样值零序电压3U_0Nsam，比较3I_0max和3U_0Nsam的相位，符号相反，判断该线路发生了接地故障。

8.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障判断与定位方法，其特征在于：所述步骤一，数据采集单元的每周波的采样点数为不少于24点。

9.根据权利要求7所述的配电网单相接地故障判断与定位方法，其特征在于：所述数据采集单元的每周波的采样点数为32。

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