CN108963990A - 基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及小电流接地故障处理技术领域，具体涉及基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法。本发明针对手拉手线路采用暂态功率方向与延时配合的方法处理小电流接地故障，采用暂态功率方向判断故障区段，对开关设置动作延时，控制故障区段上游或下游的对应开关到达设定的延时时间后跳闸，不依赖通信，且不影响故障点上游健全区段的正常供电，避免了健全区段线路经历二次停电的风险，提高了故障处理效率。

Description

基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法

技术领域

本发明涉及小电流接地故障处理技术领域，具体涉及基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法。

背景技术

在采用重合器电压-时间型分段器配合手拉手线路的馈线自动化***中，配电线路电源开关采用具有两次重合功能的重合器，其第一次重合闸延时时间较长(典型为15s)，第二次重合闸延时时间较短(典型为5s)，分段开关和联络开关则采用电压-时间型分段器。故障发生时，做为电源开关的重合器跳闸，随后沿线分段器因失压而分闸，经延时后重合器第一次重合，作为分段开关的电压-时间型分段器设置在第一套功能，在一侧带电后延时X-时限自动合闸，当合到故障点时，引起重合器和分段器第2轮跳闸。并由于与故障区段相连的分段器维持合闸时间未超过Y-时限，而将其闭锁在分闸状态。与此同时，与故障区段相连的下游分段器依靠残压闭锁机理也闭锁在分闸状态。经一段延时后，重合器第二次重合即可恢复故障线路电源侧的健全区段供电。做为联络开关的电压-时间型分段器设置在第二套功能，发生故障时，其故障侧失压，经过X_L-时限后自动合闸，恢复故障线路非电源侧的健全区段供电。若联络开关两侧带电时间未超过Y_L-时限，则该联络开关不重合。此外，所有分段器在X-时限或X_L-时限内检测到联络开关两侧均带电时禁止合闸，从而避免配电网闭环运行。因此采用传统重合器和电压-时间型分段器配合的技术，电源开关需要进行两次重合，故障点上游健全区段需经历两次停电。且当线路故障时，分段开关不能立即判断，而要依靠重合器或断路器的保护跳闸，在馈线失压后，分段器才能判断，因此故障判断效率低，健全区段经历两次停电，易对电力设备造成二次伤害。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法，具体技术方案如下：

基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法包括以下步骤：

(1)定义靠近母线侧的节点为根节点，其余节点为子节点，对于故障区段的根节点、故障点上游健全区段的根节点，暂态零序电流、暂态零序电压满足：

对于故障区段子节点、下游未发生故障的上游健全区段子节点、故障点下游健全区段的所有节点，暂态零序电流、暂态零序电压满足：

其中，u₀(t)为故障点零序电压；C_b为故障点上游检测点到母线之间线路以及所有健全线路对地电容，C_l为下游检测点到线路末端的对地电容；i_b(t)、i_l(t)为故障点上游、下游各检测点的故障电流；

(2)定义暂态无功功率Q_k为特征频段内故障点零序电压u₀(t)的导数与故障点零序电流i₀(t)对应的平均功率：

则，故障区段根节点与故障点上游健全区段根节点Q_k＜0，表明暂态功率由线路流向母线；故障区段子节点、下游未发生故障的上游健全区段子节点以及故障点下游健全区段所有节点有Q_k＞0，表明暂态功率由母线流向线路；

(3)设置开关的延时时间：开关延时时间由负荷侧向电源侧依次递增，第一个开关的延时时间设置为t，第二个开关的延时时间设置为2t，依次类推；

(4)进行故障定位，判断故障区段和健全区段；

(5)控制故障区段电源侧开关跳闸，即满足Q_k＜0并达到延时时间的开关跳闸；

(6)联络开关检测到一侧有电压、一侧无电压进行合闸，下游健全线路切换至备用电源；

(7)备用电源侧合到故障点后，控制故障区段备用电源侧开关跳闸，即满足Q_k＜0并达到延时时间的开关跳闸，至此，故障区段隔离，健全区段恢复正常运行。

优选地，所述健全区段为至少存在一个子节点与其根节点暂态功率方向相同的线路区段；所述故障区段为任一子节点与其根节点暂态功率方向相反的线路区段。

优选地，所述进行故障定位，判断故障区段和健全区段具体流程如下：

(1)主控FTU向其子节点FTU发送故障信号，子节点FTU将暂态功率方向上报主控FTU，主控FTU比较区段两侧暂态功率方向；

(2)若所有子节点均与其根节点暂态功率方向相反，判定为故障区段；否则，判定为健全区段；

(3)对于最末端检测点：若其Q_k<0，则其下游区段为故障区段；否则，判定为健全区段。

本发明的有益效果为：本发明提供了基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法，针对手拉手线路采用暂态功率方向与延时配合的方法处理小电流接地故障，采用暂态功率方向判断故障区段，对开关设置动作延时，控制故障区段上游或下游的对应开关到达设定的延时时间后跳闸，不依赖通信，且不影响故障点上游健全区段的正常供电，避免了健全区段线路经历二次停电的风险，提高了故障处理效率。

附图说明

图1为本发明中手拉手线路的开关延时时间设置的示意图；

图2为本发明中实施例模拟***的电路示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法包括以下步骤：

(1)定义靠近母线侧的节点为根节点，其余节点为子节点，对于故障区段的根节点、故障点上游健全区段的根节点，暂态零序电流、暂态零序电压满足：

对于故障区段子节点、下游未发生故障的上游健全区段子节点、故障点下游健全区段的所有节点，暂态零序电流、暂态零序电压满足：

其中，u₀(t)为故障点零序电压；C_b为故障点上游检测点到母线之间线路以及所有健全线路对地电容，C_l为下游检测点到线路末端的对地电容；i_b(t)、i_l(t)为故障点上游、下游各检测点的故障电流；

(2)定义暂态无功功率Q_k为特征频段内故障点零序电压u₀(t)的导数与故障点零序电流i₀(t)对应的平均功率：

则，故障区段根节点与故障点上游健全区段根节点Q_k＜0，表明暂态功率由线路流向母线；故障区段子节点、下游未发生故障的上游健全区段子节点以及故障点下游健全区段所有节点有Q_k＞0，表明暂态功率由母线流向线路；

(3)设置开关的延时时间：开关延时时间由负荷侧向电源侧依次递增，第一个开关的延时时间设置为t，第二个开关的延时时间设置为2t，依次类推；

(4)进行故障定位，判断故障区段和健全区段，健全区段为至少存在一个子节点与其根节点暂态功率方向相同的线路区段；所述故障区段为任一子节点与其根节点暂态功率方向相反的线路区段。具体故障定位流程如下：

1)主控FTU向其子节点FTU发送故障信号，子节点FTU将暂态功率方向上报主控FTU，主控FTU比较区段两侧暂态功率方向；

2)若所有子节点均与其根节点暂态功率方向相反，判定为故障区段；否则，判定为健全区段；

3)对于最末端检测点：若其Q_k<0，则其下游区段为故障区段；否则，判定为健全区段。

(5)控制故障区段电源侧开关跳闸，即满足Q_k＜0并达到延时时间的开关跳闸；

(6)联络开关检测到一侧有电压、一侧无电压进行合闸，下游健全线路切换至备用电源；

(7)备用电源侧合到故障点后，控制故障区段备用电源侧开关跳闸，即满足Q_k＜0并达到延时时间的开关跳闸，至此，故障区段隔离，健全区段恢复正常运行。

手拉手线路的延时时间设定如图1所示，开关延时时间仍由负荷侧向电源侧依次递增。由电源1供电时各开关的延时时间使用第1套定值，各开关延时时间如图1虚线框内数据。由电源2供电时各开关的延时时间使用第2套定值，各开关延时时间如图1实线框内数据。若开关S₁₂、S₂₁之间发生单相接地故障，开关CB₁、S₁₁、S₁₂均检测到本地负荷功率方向由电源1指向电源2，此时各开关的延时时间使用第1套定值，且暂态功率Q_k＜0，分别启动单相接地故障计时，6t后开关S₁₂跳闸，隔离故障。故障隔离成功后，联络开关S₂₂检测到一侧有电压一侧无电压，进行合闸切换至备用电源2，恢复开关S₂₂至开关S₂₁/S₂₃/S₂₄区段供电。备用电源2侧合至故障点，开关CB₂、S₃₂、S₃₁、S₂₂、S₂₁均检测到本地负荷功率方向由电源2指向电源1，此时各开关的延时时间使用第2套定值，且暂态功率Q_k＜0，分别启动单相接地故障计时，4t后开关S₂₁跳闸，隔离故障。

采用图2所示的模拟***的电路示意图验证本发明提供的方法，图中接入最大容量为30kW的分布式电源3个，能够模拟2个110kV变电站，1个电缆馈线环网和1个架空馈线环网。开关的状态可从远程控制台手动设置，可任意改变线路中某开关的分合状态，每个站点配置一个支持以太网通信的FTU，采用光纤IP网络作为对等通信网络，将所有FTU接入同一局域网。FTU即配电开关监控终端，由电源2供电时各开关的延时时间使用第1套定值，各开关K₂₃、K₂₄、K₇/K₂₅、K₂₆、K₈/K₂₇、K₂₈、K₉/K₂₉、K₃₁的延时时间分别整定为16s、14s、12s、10s、8s、6s、4s、2s；由电源3供电时各开关的延时时间使用第2套定值，各开关K₂₃、K₂₄/K₇、K₂₅、K₂₆/K₈、K₂₇、K₂₈/K₉、K₂₉、K₃₁延时时间分别整定为2s、4s、6s、8s、10s、12s、14s、16s。

给模拟***上电，在F₂点设置单相接地故障，12s后开关K₂₈跳闸，联络开关K₂₅合闸，又8s后开关K₂₇跳闸。至此，故障区段隔离，健全区段恢复供电。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)定义靠近母线侧的节点为根节点，其余节点为子节点，对于故障区段的根节点、故障点上游健全区段的根节点，暂态零序电流、暂态零序电压满足：

对于故障区段子节点、下游未发生故障的上游健全区段子节点、故障点下游健全区段的所有节点，暂态零序电流、暂态零序电压满足：

其中，u₀(t)为故障点零序电压；C_b为故障点上游检测点到母线之间线路以及所有健全线路对地电容，C_l为下游检测点到线路末端的对地电容；i_b(t)、i_l(t)为故障点上游、下游各检测点的故障电流；

(2)定义暂态无功功率Q_k为特征频段内故障点零序电压u₀(t)的导数与故障点零序电流i₀(t)对应的平均功率：

则，故障区段根节点与故障点上游健全区段根节点Q_k＜0，表明暂态功率由线路流向母线；故障区段子节点、下游未发生故障的上游健全区段子节点以及故障点下游健全区段所有节点有Q_k＞0，表明暂态功率由母线流向线路；

(3)设置开关的延时时间：开关延时时间由负荷侧向电源侧依次递增，第一个开关的延时时间设置为t，第二个开关的延时时间设置为2t，依次类推；

(4)进行故障定位，判断故障区段和健全区段；

(5)控制故障区段电源侧开关跳闸，即满足Q_k＜0并达到延时时间的开关跳闸；

(6)联络开关检测到一侧有电压、一侧无电压进行合闸，下游健全线路切换至备用电源；

(7)备用电源侧合到故障点后，控制故障区段备用电源侧开关跳闸，即满足Q_k＜0并达到延时时间的开关跳闸，至此，故障区段隔离，健全区段恢复正常运行。

2.根据权利要求1所述的基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法，其特征在于：所述健全区段为至少存在一个子节点与其根节点暂态功率方向相同的线路区段；所述故障区段为任一子节点与其根节点暂态功率方向相反的线路区段。

3.根据权利要求2所述的基于暂态功率方向的手拉手线路小电流接地故障处理方法，其特征在于：所述进行故障定位，判断故障区段和健全区段具体流程如下：

(1)主控FTU向其子节点FTU发送故障信号，子节点FTU将暂态功率方向上报主控FTU，主控FTU比较区段两侧暂态功率方向；

(2)若所有子节点均与其根节点暂态功率方向相反，判定为故障区段；否则，判定为健全区段；

(3)对于最末端检测点：若其Q_k<0，则其下游区段为故障区段；否则，判定为健全区段。