CN105137285A - 配电网接地故障选线方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网接地故障选线方法和***，获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断零序电压是否大于预设的故障阀值；若是，则获取母线的三相电压，根据三相电压得到故障相。根据故障相从母线PT二次侧的对应相注入信号电流。检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路。检测配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压以判断配电网接地***是否发生接地故障，若是则根据母线的三相电压得到故障相。母线PT二次侧与故障相对应的相注入信号电流，检测出线处的电流从而确定故障线路，实现故障选线，适用范围广，选线正确率高且成本低。

Description

配电网接地故障选线方法和***

技术领域

本发明涉及中压配电网技术领域，特别是涉及一种配电网接地故障选线方法和***。

背景技术

目前国内常用的选线原理可以分为基于稳态分量的选线原理和基于暂态分量的选线原理，都属于被动式的选线法。这些方法在原理上都存在一定的局限性，影响其选线正确率的因素有很多，例如CT(Currenttransformer，电流互感器)不平衡、***运行方式、过渡电阻的大小等。

在中性点经消弧线圈接地的***中，由于消弧线圈的补偿作用，使得故障特征信息进一步减弱，从而使得这些选线装置的选线正确率难以保证，在实际中的应用也受到限制。传统的配电网接地故障选线方法由于干扰因素较多，存在选线正确率低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种选线正确率高的配电网接地故障选线方法和***。

一种配电网接地故障选线方法，包括以下步骤：

获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断所述零序电压是否大于预设的故障阀值；

若是，则获取母线的三相电压，根据所述三相电压得到故障相；

根据所述故障相从母线PT二次侧的对应相注入信号电流；

检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路。

一种配电网接地故障选线***，包括：

判断模块，用于获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断所述零序电压是否大于预设的故障阀值；

处理模块，用于在所述零序电压大于所述故障阀值时，获取母线的三相电压，根据所述三相电压得到故障相；

控制模块，用于根据所述故障相从母线PT二次侧的对应相注入信号电流；

检测模块，用于检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路。

上述配电网接地故障选线方法和***，获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断零序电压是否大于预设的故障阀值；若是，则获取母线的三相电压，根据三相电压得到故障相。根据故障相从母线PT二次侧的对应相注入信号电流。检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路。检测配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压以判断配电网接地***是否发生接地故障，若是则根据母线的三相电压得到故障相。母线PT二次侧与故障相对应的相注入信号电流，检测出线处的电流从而确定故障线路，实现故障选线，适用范围广，选线正确率高且成本低。

附图说明

图1为一实施例中配电网接地故障选线方法的流程图；

图2为一实施例中注入法选线的原理图；

图3为一实施例中故障相的判据分析模型图；

图4为一实施例中单相接地时三相电压变化曲线图；

图5为一实施例中根据三相电压得到故障相的流程图；

图6为另一实施例中根据三相电压得到故障相的流程图；

图7为另一实施例中配电网接地故障选线方法的流程图；

图8为一实施例中消弧装置的结构图；

图9为一实施例中配电网接地故障选线***的结构图；

图10为一实施例中处理模块的结构图；

图11为另一实施例中处理模块的结构图；

图12为另一实施例中配电网接地故障选线***的结构图。

具体实施方式

一种配电网接地故障选线方法，可适用于中压配电网的小电流接地***，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S130：获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断零序电压是否大于预设的故障阀值。若零序电压大于故障阀值，则进行步骤S140，否则可返回步骤S130，再次获取零序电压进行判断。

故障阈值的具体取值可根据实际情况调整，实时监控母线PT(Potentialtransformer，电压互感器)二次侧开口三角绕组上的零序电压，将零序电压大于故障阈值作为判断是否发生接地故障的依据。具体如图2所示，可利用控制器获取零序电压并进行判断，将母线PT二次侧的5个接线端子接到控制器上，检测母线的零序电压。接地故障判断的依据是检测母线PT二次侧开口三角绕组上是否有零序电压，其关键是确定故障阀值电压U_x。当零序电压U_LN≥U_x时，则可认为***发生了接地故障，然后启动对故障相的判断算法。

正常情况下，由于各电压对称，PT一次侧电压为：U_A＝U_B＝U_C，PT二次侧电压分别为：U_LN＝0。假若A相发生单相金属接地故障，那么一次电压相应的变为此时PT二次侧电压为：U_BN＝U_CN＝100V，U_LN＝100V。

在中性点接地方式为消弧线圈接地的配电***中，一旦发生接地故障，消弧线圈会立即向配电网补偿感性电流，此时开口三角绕组上的电压会受影响，另外***正常运行时，实际也会存有少量的偏移电压。考虑到一定的裕量，本实施例中将故障阀值电压值设定为120V，即是当零序电压U_LN≥U_x＝120V时，认为***发生了接地故障，启动对故障相的选择判断，提高判断准确性。

步骤S140：获取母线的三相电压，根据三相电压得到故障相。在确定配电网发生短路故障时，测量配电网中母线的三相电压并确定故障相，以便后续步骤对应注入信号电流，通过注入法快速地选出故障出线。同样可通过控制器检测母线的三相电压，并根据三相电压得到故障相。

当接地电阻较大时，电压最低的那一相并不一定是故障相，而故障相的判定在装置完成选线的过程中至关重要，有必要对故障相的判别进行分析研究，保证故障相的判断100％正确。假设A相发生单相接地故障，当故障为金属性接地故障时，电阻R＝0。建立如图3所示的模型。电路负载作空载处理。计算如下：

${\stackrel{\·}{I}}_N+{\stackrel{\·}{I}}_a+{\stackrel{\·}{I}}_b+{\stackrel{\·}{I}}_c=0$

${\stackrel{\·}{I}}_a=({\stackrel{\·}{U}}_N+{\stackrel{\·}{E}}_a)(jwC+\frac{1}{R})$

${\stackrel{\·}{I}}_b=({\stackrel{\·}{U}}_N+a^2{\stackrel{\·}{E}}_a)\·jwC$

${\stackrel{\·}{I}}_c=({\stackrel{\·}{U}}_N+a{\stackrel{\·}{E}}_a)\·jwC$

${\stackrel{\·}{I}}_N={\stackrel{\·}{U}}_N\·\frac{1}{jwL}$

其中a＝e^j120。

计算得到 ${\stackrel{\·}{U}}_N=\frac{-{\stackrel{\·}{E}}_a}{1+j3wRC+\frac{R}{jwL}}$

则 ${\stackrel{\·}{U}}_A={\stackrel{\·}{U}}_N+{\stackrel{\·}{E}}_a=\frac{jR(3wC-\frac{1}{wL})}{1+jR(3wC-\frac{1}{wL})}\·{\stackrel{\·}{E}}_a$

$\left|{\stackrel{\·}{U}}_A\right|=\frac{R(3wC-\frac{1}{wL})}{\sqrt{1+R^2(3wC-\frac{1}{wL})}}\·\left|{\stackrel{\·}{E}}_a\right|$

取θ，使得 $tan\frac{\mathrm{\θ}}{2}=R(3wC-\frac{1}{wL}),$ 即是 $\mathrm{\θ}=2{\mathrm{tg}}^{-1}\[R(3wC-\frac{1}{wL})\],$

则有 $\left|{\stackrel{\·}{U}}_A\right|=\sqrt{\frac{1}{2}(1-cos\mathrm{\θ})}\left|{\stackrel{\·}{E}}_a\right|$

同理可得

$\left|{\stackrel{\·}{U}}_B\right|=\sqrt{2+cos\mathrm{\θ}-\frac{\sqrt{3}}{2}sin\mathrm{\θ}}\left|{\stackrel{\·}{E}}_a\right|$

$\left|{\stackrel{\·}{U}}_C\right|=\sqrt{2+cos\mathrm{\θ}+\frac{\sqrt{3}}{2}sin\mathrm{\θ}}\left|{\stackrel{\·}{E}}_a\right|$

对于中性点不接地***，电感L取无穷大，随着电阻R的变化，θ的变化范围为0至180度；对于中性点经消弧线圈接地***，***一般工作于过补偿状态，θ的变化范围为0至-180度。取为单位长度，将绘于一张图中，如图4所示。根据图4可知：

单相接地故障时，故障相的电压值随着接地电阻的变化在零到额定电压值之间变化，其中接地电阻为零时故障相电压为零，即为金属性接地；接地电阻为无穷大时故障相电压为额定值。

正常相的电压值也随着接地电阻的变化相应的发生变化，接地电阻为零时非故障相电压为额定电压的倍，接地电阻为无穷大时，非故障相的电压值为额定电压值。

非故障相的电压值最低不会低于0.823倍的额定相电压，最高不会高于1.823倍的额定相电压。

因此，在其中一个实施例中，配电网为中性点不接地***，如图5所示，步骤S140中根据三相电压得到故障相的步骤，包括步骤S142和步骤S144。

步骤S142：若电压最低相的相电压小于K倍额定电压，则电压最低相为故障相。

步骤S144：若三相电压均大于K倍额定电压，则电压最高相的下一相为故障相。其中K小于0.823，本实施例中K具体为0.6。

在另一实施例中，配电网为中性点接地***，如图6所示，步骤S140中根据三相电压得到故障相的步骤，包括步骤S144和步骤S146。

步骤S146：若电压最低相的相电压小于K倍额定电压，则电压最低相为故障相。

步骤S148：若三相电压均大于K倍额定电压，则电压最高相的上一相为故障相。其中K小于0.823，同样本实施例中K取0.6。

以上即是针对配电网的两种不同情况提供了对应的故障相确定方法，可根据实际情况进行选择，提高了故障选线的可靠性和全面性。

步骤S150：根据故障相从母线PT二次侧的对应相注入信号电流。具体可通过控制器控制信号发生装置从PT二次侧的对应相注入特殊频率的信号电流，以便后续进行获取识别。在PT一次侧会感应出对应的信号电流，大部分的信号电流会经故障出线的故障相流入接地点。

步骤S160：检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路。具体可在每条出线处都安装有零序电流互感器，零序电流互感器与控制器连接，将采集到的电流传输至控制器。控制器对电流信号进行分析，若检测到的信号电流超过预设阀值，则认为该条线路是故障线路。

在其中一个实施例中，如图7所示，步骤S130之前，配电网接地故障选线方法还可包括步骤S110和步骤S120。

步骤S110：采集配电网的中性点电压，并判断中性点电压是否大于预设的电压阈值。若是，则进行步骤S120；若否，则可返回步骤S110，再次采集中性点电压进行判断。具体可通过消弧装置采集配电网的中性点电压，并进行后续的消弧操作。如图8所示为一实施例中消弧装置的结构图，消弧装置包括中心屏、控制器和两路消弧回路，控制器设置于中心屏内，且中心屏连接两路消弧回路，每路消弧回路一端连接10kV母线开关柜，另一端接地。

采集得到的中性点电压接到中心屏上，以供控制器判断是否大于电压阈值。电压阈值的具体取值可根据实际情况调整。本***中的消弧线圈为调匝式消弧线圈，挂网后自动跟踪运行，全自动跟踪补偿消弧线圈装置。消弧装置中的控制器同时还可用作故障选线控制，实现消弧、选线一体化，降低成本。

步骤S120：获取消弧参考数据，并根据消弧参考数据对消弧线圈进行调整，使配电网接地点的电流降至预设范围内。本实施例中消弧参考数据包括电网电容电流、脱谐度和残流，以电网电容电流、脱谐度和残流作为调节消弧线圈补偿电流的依据。投运前先将脱谐度和残流设定为某一个范围，当***的脱谐度或残流超出此范围，控制器调整消弧线圈的档位，使调整后的脱谐度及残流满足要求。本实施例中在零序回路中串有阻尼电阻，以免电网出现谐振，在中性点电压超过设定的阀值(一般设为15％的相电压)，切除阻尼电阻，使消弧线圈完全补偿电容电流，减小接地点的电流，达到熄弧并保证电力***安全、可靠地运行。

在出现接地故障时，本实施例中进行故障选线之前还提供消弧功能，根据检测到的数据调节消弧线圈的感抗，使其补偿容性电流，使接地点的电流降到一定的范围内，达到消弧的目的，保证电力***安全可靠地运行。

在其中一个实施例中，继续参照图7，步骤S160之后，配电网接地故障选线方法还包括步骤S170。

步骤S170：对故障线路进行检测获取检测信号，并将检测信号降低幅度大于预设幅度阈值的位置作为故障接地点。可通过手持设备故障定位仪进行故障定位，具体利用在接地点前后信号电流的大小会发生突变这一特点进行故障定位，沿故障线路探测，信号突然减弱的点就认为是故障接地点。

上述配电网接地故障选线方法，检测配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压以判断配电网接地***是否发生接地故障，若是则根据母线的三相电压得到故障相。母线PT二次侧与故障相对应的相注入信号电流，检测出线处的电流从而确定故障线路，实现故障选线，适用范围广，选线正确率高且成本低。

本发明还提供了一种配电网接地故障选线***，可适用于中压配电网的小电流接地***，如图9所示，包括判断模块130、处理模块140、控制模块150和检测模块160。

判断模块130用于获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断零序电压是否大于预设的故障阀值。故障阈值的具体取值可根据实际情况调整，实时监控母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，将零序电压大于故障阈值作为判断是否发生接地故障的依据。可利用控制器获取零序电压并进行判断，具体与上述配电网接地故障选线方法中类似，在此不再赘述。本实施例中同样将故障阀值电压值设定为120V，当零序电压U_LN≥U_x＝120V时，认为***发生了接地故障，启动对故障相的选择判断，提高判断准确性。

处理模块140用于在零序电压大于故障阀值时，获取母线的三相电压，根据三相电压得到故障相。在确定配电网发生短路故障时，测量配电网中母线的三相电压并确定故障相，以便后续步骤对应注入信号电流，通过注入法快速地选出故障出线。同样可通过控制器检测母线的三相电压，并根据三相电压得到故障相。根据三相电压分析确定故障相的原理与上述配电网接地故障选线方法中类似，在此不再赘述。

因此，在其中一个实施例中，配电网为中性点不接地***，如图10所示，处理模块140包括第一单元142和第二单元144。

第一单元142用于在电压最低相的相电压小于K倍额定电压，选取电压最低相为故障相。

第二单元144用于在三相电压均大于K倍额定电压，选取电压最高相的下一相为故障相。其中K小于0.823，本实施例中K具体为0.6。

在另一实施例中，配电网为中性点接地***，如图11所示，处理模块140包括第三单元146和第四单元148。

第三单元146用于在电压最低相的相电压小于K倍额定电压，选取电压最低相为故障相。

第四单元148用于在三相电压均大于K倍额定电压，选取电压最高相的上一相为故障相。其中K小于0.823，同样本实施例中K取0.6。

以上即是针对配电网的两种不同情况提供了对应的故障相确定方法，可根据实际情况进行选择，提高了故障选线的可靠性和全面性。

控制模块150用于根据故障相从母线PT二次侧的对应相注入信号电流。具体可通过控制器控制信号发生装置从PT二次侧的对应相注入特殊频率的信号电流，以便后续进行获取识别。在PT一次侧会感应出对应的信号电流，大部分的信号电流会经故障出线的故障相流入接地点。

检测模块160用于检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路。具体可在每条出线处都安装有零序电流互感器，零序电流互感器与控制器连接，将采集到的电流传输至控制器。控制器对电流信号进行分析，若检测到的信号电流超过预设阀值，则认为该条线路是故障线路。

在其中一个实施例中，如图12所示，配电网接地故障选线***还包括采集模块110和调整模块120。

采集模块110用于在判断模块130获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压之前，采集配电网的中性点电压，并判断中性点电压是否大于预设的电压阈值。具体可通过消弧装置采集配电网的中性点电压，并进行后续的消弧操作。消弧装置的具体结构与上述配电网接地故障选线方法中类似，在此不再赘述。

调整模块120用于在中性点电压大于电压阈值时，获取消弧参考数据，并根据消弧参考数据对消弧线圈进行调整，使配电网接地点的电流降至预设范围内。本实施例中消弧参考数据包括电网电容电流、脱谐度和残流，以电网电容电流、脱谐度和残流作为调节消弧线圈补偿电流的依据。投运前先将脱谐度和残流设定为某一个范围，当***的脱谐度或残流超出此范围，控制器调整消弧线圈的档位，使调整后的脱谐度及残流满足要求。

在出现接地故障时，本实施例中进行故障选线之前还提供消弧功能，根据检测到的数据调节消弧线圈的感抗，使其补偿容性电流，使接地点的电流降到一定的范围内，达到消弧的目的，保证电力***安全可靠地运行。

在其中一个实施例中，继续参照图12，配电网接地故障选线***还可包括定位模块170，定位模块170用于在检测模块160检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路之后，对故障线路进行检测获取检测信号，并将检测信号降低幅度大于预设幅度阈值的位置作为故障接地点。可通过手持设备故障定位仪进行故障定位，具体利用在接地点前后信号电流的大小会发生突变这一特点进行故障定位，沿故障线路探测，信号突然减弱的点就认为是故障接地点。

上述配电网接地故障选线***，检测配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压以判断配电网接地***是否发生接地故障，若是则根据母线的三相电压得到故障相。母线PT二次侧与故障相对应的相注入信号电流，检测出线处的电流从而确定故障线路，实现故障选线，适用范围广，选线正确率高且成本低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配电网接地故障选线方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断所述零序电压是否大于预设的故障阀值；

若是，则获取母线的三相电压，根据所述三相电压得到故障相；

根据所述故障相从所述母线PT二次侧的对应相注入信号电流；

检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路。

2.权利要求1所述的配电网接地故障选线方法，其特征在于，所述配电网为中性点不接地***；所述根据所述三相电压得到故障相，包括以下步骤：

若电压最低相的相电压小于K倍额定电压，则所述电压最低相为故障相；

若所述三相电压均大于K倍额定电压，则电压最高相的下一相为故障相；其中K小于0.823。

3.权利要求1所述的配电网接地故障选线方法，其特征在于，所述配电网为中性点接地***；所述根据所述三相电压得到故障相，包括以下步骤：

若电压最低相的相电压小于K倍额定电压，则所述电压最低相为故障相；

若所述三相电压均大于K倍额定电压，则电压最高相的上一相为故障相；其中K小于0.823。

4.权利要求1所述的配电网接地故障选线方法，其特征在于，获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断所述零序电压是否大于预设的故障阀值之前，还包括以下步骤：

采集所述配电网的中性点电压，并判断所述中性点电压是否大于预设的电压阈值；

若是，则获取消弧参考数据，并根据所述消弧参考数据对消弧线圈进行调整，使配电网接地点的电流降至预设范围内。

5.权利要求1所述的配电网接地故障选线方法，其特征在于，检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路之后，还包括以下步骤：

对故障线路进行检测获取检测信号，并将检测信号降低幅度大于预设幅度阈值的位置作为故障接地点。

6.一种配电网接地故障选线***，其特征在于，包括：

判断模块，用于获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压，并判断所述零序电压是否大于预设的故障阀值；

处理模块，用于在所述零序电压大于所述故障阀值时，获取母线的三相电压，根据所述三相电压得到故障相；

控制模块，用于根据所述故障相从所述母线PT二次侧的对应相注入信号电流；

检测模块，用于检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路。

7.根据权利要求6所述的配电网接地故障选线***，其特征在于，所述配电网为中性点不接地***；所述处理模块包括：

第一单元，用于在电压最低相的相电压小于K倍额定电压，选取所述电压最低相为故障相；

第二单元，用于在所述三相电压均大于K倍额定电压，选取电压最高相的下一相为故障相；其中K小于0.823。

8.根据权利要求6所述的配电网接地故障选线***，其特征在于，所述配电网为中性点接地***；所述处理模块包括：

第三单元，用于在电压最低相的相电压小于K倍额定电压，选取所述电压最低相为故障相；

第四单元，用于在所述三相电压均大于K倍额定电压，选取电压最高相的上一相为故障相；其中K小于0.823。

9.根据权利要求6所述的配电网接地故障选线***，其特征在于，还包括：

采集模块，用于在判断模块获取配电网的母线PT二次侧开口三角绕组上的零序电压之前，采集所述配电网的中性点电压，并判断所述中性点电压是否大于预设的电压阈值；

调整模块，用于在所述中性点电压大于所述电压阈值时，获取消弧参考数据，并根据所述消弧参考数据对消弧线圈进行调整，使配电网接地点的电流降至预设范围内。

10.根据权利要求6所述的配电网接地故障选线***，其特征在于，还包括定位模块，所述定位模块用于在检测模块检测母线每条出线处输出的电流，获取电流大于预设阈值的线路作为故障线路之后，对故障线路进行检测获取检测信号，并将检测信号降低幅度大于预设幅度阈值的位置作为故障接地点。