CN107192883A - 一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法 - Google Patents
一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，利用消弧线圈的过补偿作用，结合暂态信号的优势，提出一种利用母线暂态零序电压与故障线路及任一健全馈线暂态零序电流计算得到故障点暂态零序电流，从而计算过渡电阻阻值的方法。和现有技术相比，本发明仅需要***零序电压和各出线零序电流信号，不需要三相电压和三相电流信号，方便现有小电流接地故障选线装置实现，且不易受TV/TA传变误差和不平衡的影响。本技术对于帮助运行人员进行准确的***分析、对高阻接地故障进行选线、定位、测距具有广泛的实际应用价值、对提高保护装置应对过渡电阻的动作性能具有重要意义和重要的理论价值。
Description
技术领域
本发明涉及配电网故障检测领域，具体涉及一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法。
背景技术
由于中压配电网直接面向用户，且单相接地大约占到配电网故障总数的80％，单相接地故障可靠检测对供电可靠性影响显著。在中国和欧洲大陆，多数中压配电网采用经消弧线圈接地方式，即所谓谐振接地***。单相接地故障时不需要立即切除故障，有利于提高供电可靠性，但由于故障电流微弱等原因，识别接地故障线路有较大困难。近年，欧洲和中国分别开发的利用故障暂态电气量、在中性点附加中电阻等选线技术，有效解决了过渡电阻较小时的接地故障选线问题。
另一方面，受自然环境、线路架空距离低等因素影响，配电网中常发生经非理想导体的单相高阻接地故障，如导线跌落在草地、马路等。法国小电流接地***有超过12％的接地故障为高阻接地，美国电科院(EPRI)统计表明，美国(三相四线制多点直接接地)配电网高阻故障的比例在2％～5％。与输电***类似，配电网中的高阻接地故障由于较大过渡电阻的存在，导致故障电流进一步减小(一般为A级)、故障点不稳定，使故障分析计算复杂化。
过渡电阻的存在给电力***故障分析、保护定值整定计算、保护装置的可靠动作带来诸多不利影响，很多保护装置的误动或拒动都与过渡电阻有关。对过渡电阻特性进行实时计算，对于帮助运行人员进行准确的***分析、对高阻接地故障进行选线、定位、测距具有广泛的实际应用价值、对提高保护装置应对过渡电阻的动作性能具有重要意义和重要的理论价值。
谐振流接地***高阻接地故障检测技术是近年的一个研究热点，也取得了一些成果，但高阻接地故障电阻辨识问题较少顾及，成果也相对较少。论文《基于故障电阻测量的小电流接地***保护方法》和论文《基于对地电容与过渡电阻识别的故障选线方法》提出利用各条线路故障前后三相电流变化量之间的相量关系，计算各线路对地电导电流，并可进一步推导得到故障点过渡电阻。该方法面临的主要困难是，选线装置需要接入三相电流信号且受TV/TA传变误差(如不平衡度)影响较大。
对于谐振接地***，高阻接地时工频电流自身无明显故障特征，且故障线路和健全线路工频零序电流与工频零序电压均为容性约束关系，无法识别故障点过渡电阻。
发明内容
本发明的目的是提供了一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，利用消弧线圈的过补偿作用，结合暂态信号的优势，提出一种利用母线暂态零序电压与故障线路及任一健全馈线暂态零序电流计算得到故障点暂态零序电流，从而计算过渡电阻阻值的方法。
本发明采用以下的技术方案：
一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，包括以下步骤：
步骤1：在线采集母线零序电压，当母线零序电压幅值处于Uth1＜U0f＜Uth2时(一般的Uth1＝15V，Uth2＝90V)，则说明***发生高阻接地故障，小电流接地故障选线装置启动选出故障馈线；
步骤2：提取故障馈线出口零序电流、任一健全馈线出口零序电流及母线零序电压的暂态分量分别为i0n_T、i0i_T(i＝1,2,...,n-1)、u0f_T；
步骤3：分别计算故障馈线和该健全馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压的投影系数ξn、ξi，公式为：
步骤4：计算故障馈线暂态电容电流
步骤5：利用故障馈线出口暂态零序电流减去故障馈线暂态电容电流计算出故障点暂态零序电流，即
步骤6：计算故障点过渡电阻阻值R。
优选地，步骤4中是利用母线暂态零序电压与故障线路、任一健全馈线暂态零序电流以及二者在母线暂态零序电压的投影系数计算得到故障馈线暂态电容电流，计算公式为：
优选地，步骤5中是利用母线暂态零序电压与故障线路、任一健全馈线暂态零序电流以及二者在母线暂态零序电压的投影系数计算得到故障点暂态零序电流，计算公式如下：
优选地，步骤6中故障点过渡电阻为母线暂态零序电压与故障点暂态零序电流的比值，计算公式如下：
优选地，所述故障点暂态零序电流为利用母线暂态零序电压与故障线路暂态零序电流及其在母线暂态零序电压的投影系数计算得到，计算公式如下：
优选地，所述故障点过渡电阻为母线暂态零序电压与故障点暂态零序电流的比值，即故障点过渡电阻等于故障线路暂态零序电流在暂态零序电压上投影系数的倒数，计算公式如下：
本发明具有的有益效果是：
和现有技术相比，本发明仅需要***零序电压和各出线零序电流信号，不需要三相电压和三相电流信号，方便现有小电流接地故障选线装置实现，且不易受TV/TA传变误差和不平衡的影响。本技术对于帮助运行人员进行准确的***分析、对高阻接地故障进行选线、定位、测距具有广泛的实际应用价值、对提高保护装置应对过渡电阻的动作性能具有重要意义和重要的理论价值。
附图说明
图1为实施例1的谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法流程框图。
图2为实施例1的谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法流程框图。
图3为典型配电线路仿真模型。
图4为图3所示***中发生接地电阻为1500Ω的高阻接地故障时母线电压、故障馈线出口电流、健全馈线1出口电流的零序分量对比。
图5为图3所示***中发生接地电阻为1500Ω的高阻接地故障时母线电压、故障馈线出口电流、健全馈线1出口电流的暂态分量对比。
图6为图3所示***中发生接地电阻为1500Ω的高阻接地故障时故障馈线暂态电容电流、故障点暂态零序电流。
图7为图3所示***中发生不同接地点，不同故障电阻，不同相角的高阻接地故障时计算得到的故障点过渡电阻。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明：
结合图1至图7，当过渡电阻不断增大时，***暂态过程的谐振频率将从数千赫兹减小到0，再增加到略超工频的频率。当过渡电阻较高时，***暂态过程的谐振频率接近工频。因此，母线暂态零序电压与故障点暂态零序电压几乎相同，即可利用母线暂态零序电压代替故障点暂态零序电压。健全线路出口暂态零序电流为该线路暂态电容电流，故障线路出口暂态零序电流包含该线路暂态电容电流和故障点暂态零序电流。故障点暂态零序电流与暂态零序电压成比例，即故障点暂态零序电流对暂态零序电压的正交分量为0，所以故障线路暂态零序电流对暂态零序电压的正交分量就是该线路对地电容暂态电流的正交分量。因此，故障线路与任一健全线路暂态电流的正交分量之比等于两条线路对地分布电容之比。可以利用暂态零序电压与故障线路及任一健全线路暂态零序电流计算得到故障点暂态零序电流，从而计算得到故障点过渡电阻阻值。
实施例1
一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，包括以下步骤：
步骤1：在线采集母线零序电压，当母线零序电压幅值处于Uth1＜U0f＜Uth2时(一般的Uth1＝15V，Uth2＝90V)，则说明***发生高阻接地故障，小电流接地故障选线装置根据母线零序电压启动，当母线零序电压值达到装置启动门槛值时，启动装置，并记录母线零序电压、各条馈线出口处的零序电流信号、故障持续时间、故障发生时间等故障数据，根据所记录的数据，选出故障线路；
步骤2：提取故障馈线出口零序电流、任一健全馈线出口零序电流及母线零序电压的暂态分量分别为i0n_T、i0i_T(i＝1,2,...,n-1)、u0f_T；
步骤3：分别计算故障馈线和该健全馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压的投影系数ξn、ξi，公式为：
步骤4：利用母线暂态零序电压与故障线路、任一健全馈线暂态零序电流以及二者在母线暂态零序电压的投影系数计算得到故障馈线暂态电容电流计算公式为：
步骤5：利用故障馈线出口暂态零序电流减去故障馈线暂态电容电流计算出故障点暂态零序电流，即
步骤6：计算故障点过渡电阻阻值R，故障点过渡电阻为母线暂态零序电压与故障点暂态零序电流的比值，计算公式如下：
实施例2
也可以近似认为故障线路暂态零序电流在暂态零序电压上的投影分量为故障点暂态零序电流，从而计算得到故障点过渡电阻阻值。
则谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法包括以下步骤：
步骤1：提取故障馈线出口零序电流及母线零序电压的暂态分量分别为i0n_T、u0f_T；
步骤2：故障馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压的投影系数为ξn；
步骤3：利用母线暂态零序电压与故障线路暂态零序电流及其在母线暂态零序电压的投影系数计算得到故障点暂态电流，计算公式如下：
步骤4：故障点过渡电阻为母线暂态零序电压与故障点暂态零序电流的比值，即故障点过渡电阻等于故障线路暂态零序电流在暂态零序电压上投影系数的倒数，计算公式如下：
实施例3
设置图3中线路K2位置发生1500Ω的高阻接地故障，利用实施例1中的方法进行故障点过渡电阻辨识：
步骤1：线路中发生高阻接地故障时，选线装置根据母线零序电压启动，当母线零序电压值达到装置启动门槛值时，启动装置，选出故障线路，启动装置记录母线零序电压、各条馈线出口处的零序电流信号，如图4所示；
步骤2：提取故障馈线出口零序电流、健全馈线1出口零序电流及母线零序电压的暂态分量i0n_T、i01_T、u0f_T，如图5所示；
步骤3：算故障馈线和该健全馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压的投影系数ξn＝0.19、ξ1＝0.02；
步骤4：计算故障馈线暂态电容电流，如图6中所示；
步骤5：计算出故障点暂态零序电流，如图6中所示；
步骤6：根据公式计算故障点过渡电阻阻值R＝1495.4Ω，与仿真所设置的1500Ω相似，本方法有效。
实施例4
设置图3中线路K2位置发生1500Ω的高阻接地故障，利用实施例2中的方法进行故障点过渡电阻辨识：
步骤1：线路中发生高阻接地故障时，选线装置根据母线零序电压启动，当母线零序电压值达到装置启动门槛值时，启动装置，选出故障线路，启动装置记录母线零序电压、故障馈线出口处的零序电流信号，如图4所示；
步骤2：提取故障馈线出口零序电流及母线零序电压的暂态分量分别为i0n_T、u0f_T，如图5所示；
步骤3：计算故障馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压的投影系数ξn＝0.19；
步骤4：根据公式计算故障点过渡电阻阻值R＝1754.4Ω，与仿真所设置的1500Ω相似，本方法有效。
其他不同接地点，不同故障电阻，不同相角的高阻接地故障时计算得到的故障点过渡电阻如图7所示，与仿真所设置的电阻值相近，均可证明本方法有效，在此不在赘述。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在线采集母线零序电压，当母线零序电压幅值处于Uth1＜U0f＜Uth2时，则说明***发生高阻接地故障，小电流接地故障选线装置启动选出故障馈线；
步骤2：提取故障馈线出口零序电流、任一健全馈线出口零序电流及母线零序电压的暂态分量分别为i0n_T、i0i_T(i＝1,2,...,n-1)、u0f_T；
步骤3：分别计算故障馈线和该健全馈线出口暂态零序电流向母线暂态零序电压的投影系数ξn、ξi，公式为：
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步骤4：计算故障馈线暂态电容电流
步骤5：利用故障馈线出口暂态零序电流减去故障馈线暂态电容电流计算出故障点暂态零序电流，即
步骤6：计算故障点过渡电阻阻值R。
2.根据权利要求1所述的一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，其特征在于，步骤4中是利用母线暂态零序电压与故障线路、任一健全馈线暂态零序电流以及二者在母线暂态零序电压的投影系数计算得到故障馈线暂态电容电流，计算公式为：
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3.根据权利要求1所述的一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，其特征在于，步骤5中是利用母线暂态零序电压与故障线路、任一健全馈线暂态零序电流以及二者在母线暂态零序电压的投影系数计算得到故障点暂态零序电流，计算公式如下：
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4.根据权利要求1所述的一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，其特征在于，步骤6中故障点过渡电阻为母线暂态零序电压与故障点暂态零序电流的比值，计算公式如下：
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5.根据权利要求3所述的一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，其特征在于，所述故障点暂态零序电流为利用母线暂态零序电压与故障线路暂态零序电流及其在母线暂态零序电压的投影系数计算得到，计算公式如下：
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6.根据权利要求4所述的一种谐振接地***高阻接地故障过渡电阻辨识方法，其特征在于，所述故障点过渡电阻为母线暂态零序电压与故障点暂态零序电流的比值，即故障点过渡电阻等于故障线路暂态零序电流在暂态零序电压上投影系数的倒数，计算公式如下：
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