CN112230161B - 一种单相接地故障选线功能的检测方法 - Google Patents

一种单相接地故障选线功能的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单相接地故障选线功能的检测方法，包括以下具体步骤：建立故障线路和非故障线路并联的两条线路模型，计算得到故障线路的三相电流/电压相量和非故障线路的三相电流/电压相量；在一二次融合成套柱上断路器一次侧施加故障线路的三相电流/电压相量和非故障线路的三相电流/电压相量，控制终端判断出故障线路，在施加故障线路的三相电流/电压相量时一二次融合成套柱上断路器动作，在施加非故障线路的三相电流/电压相量时一二次融合成套柱上断路器不动作；根据一二次融合成套柱上断路器是否进行动作，给出单相接地故障选线功能是否满足要求的结论。本发明真实再现故障线路和非故障线路的运行参数，用以判断单相接地故障选线功能。

Description

一种单相接地故障选线功能的检测方法
技术领域
本发明涉及柱上断路器检测技术领域，具体是一种单相接地故障选线功能的检测方法。
背景技术
一二次融合成套柱上断路器要求具备中性点不接地延时投小电阻、经消弧线圈接地延时投小电阻方式下的单相接地故障选线跳闸功能，该功能用稳态零序过流法完成。为避免因三相不平衡引起的零序电流的影响，一二次融合成套柱上断路器控制终端会设置零序电流整定值，即零序电流动作值
Figure BDA0002708019600000011
和动作时间t0n。此外，单相接地故障线路上的零序电流
Figure BDA0002708019600000012
等于非故障线路的零序电流之和
Figure BDA0002708019600000013
且方向相反，控制终端应根据所测零序电流
Figure BDA0002708019600000014
零序电压
Figure BDA0002708019600000015
的大小及相角，判断所安装的线路是否发生单相接地故障，从而达到单相接地故障选线功能。由于控制终端中的各计算参数都来源于一次侧的测量，如果在一次侧简单的加单相电流和电压，虽然能模拟出整定的零序电流和零序电压，但是其他相没有电流和电压，与实际运行情况不符，单相接地故障选线功能是否正确不能有效判断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单相接地故障选线功能的检测方法，真实再现故障线路和非故障线路的运行参数，用以判断单相接地故障选线功能。
本发明的技术方案：
一种单相接地故障选线功能的检测方法，包括以下具体步骤：
建立故障线路和非故障线路并联的两条线路模型，
Figure BDA0002708019600000016
为线路1的ABC相等效电压源，
Figure BDA0002708019600000017
为线路2的ABC相等效电压源；
Figure BDA0002708019600000018
Figure BDA0002708019600000021
为线路1上的ABC相电流；L0为等效消弧线圈，假设A相的k点发生接地故障，Rk为接地电阻，Zs为接地点首端阻抗，Ze为接地点末端阻抗，ZL为线路1和线路2非故障相的线路阻抗，
Figure BDA0002708019600000022
为线路2上的ABC相电流，
Figure BDA0002708019600000023
为线路中性点的零序电压，当没有发生单相接地故障时，
Figure BDA0002708019600000024
R0为中性点接地电阻，延时投入；
故障相的阻抗如式(1)
Figure BDA0002708019600000025
根据基尔霍夫电压和电流定律，可列出故障线路电压表达式(2)、(3)、(4)；非故障线路的电压表达式(5)、(6)、(7)；中性点电流表达式(8)，式(9)为故障线路的零序电流表达式，式中
Figure BDA0002708019600000026
为故障线零序电流；式(10)为非故障线路的零序电流表达式，式中
Figure BDA0002708019600000027
为非故障线零序电流，
Figure BDA0002708019600000028
Figure BDA0002708019600000029
Figure BDA00027080196000000210
Figure BDA00027080196000000211
Figure BDA00027080196000000212
Figure BDA00027080196000000213
Figure BDA00027080196000000214
Figure BDA00027080196000000215
Figure BDA00027080196000000216
联合式(2)—(8)求解，并联合(9)、(10)分析，可得到如下关系：
Figure BDA00027080196000000217
Figure BDA00027080196000000218
式(11)表示在两线路单相接地故障模型中，故障线零序电流与非故障线零序电流，大小相等，方向相反；
式(12)表示在两线路单相接地故障模型中，零序电压与故障线零序电流和非故障相阻抗之间存在固定关系；
已知三相对称等效电压源
Figure BDA0002708019600000031
消弧线圈等效电感L0，根据一二次融合成套柱上断路器控制终端零序电流和电压整定值，设置零序电流
Figure BDA0002708019600000032
相量，零序电压
Figure BDA0002708019600000033
相量，计算得到故障线路的三相电流/电压相量和非故障线路的三相电流/电压相量；
在一二次融合成套柱上断路器一次侧施加故障线路的三相电流/电压相量和非故障线路的三相电流/电压相量，控制终端判断出故障线路，在施加故障线路的三相电流/电压相量时一二次融合成套柱上断路器动作，在施加非故障线路的三相电流/电压相量时一二次融合成套柱上断路器不动作；
根据一二次融合成套柱上断路器是否进行动作，给出单相接地故障选线功能是否满足要求的结论。
故障线路的三相电流/电压相量的计算过程为：
通过式(11)计算得出非故障线路的零序电流
Figure BDA0002708019600000034
通过式(12)计算得出所有线路非故障相的线路阻抗
Figure BDA00027080196000000314
相量；
通过式(3)、(4)计算得到故障线路非故障相的电流
Figure BDA0002708019600000035
如式(13)、(14)
Figure BDA0002708019600000036
Figure BDA0002708019600000037
通过式(9)计算得到故障相的电流
Figure BDA0002708019600000038
如式(15)
Figure BDA0002708019600000039
故障线ABC相的施加电压
Figure BDA00027080196000000310
的计算分别如式(16)、(17)、(18)
Figure BDA00027080196000000311
Figure BDA00027080196000000312
Figure BDA00027080196000000313
综上，可根据式(11)、(12)、(13)—(18)得到故障线路的三相电流和电压相量。
非故障线路的三相电流/电压相量的计算过程为：
通过式(11)计算得出非故障线路的零序电流
Figure BDA0002708019600000041
通过式(12)计算得出所有线路非故障相的线路阻抗
Figure BDA0002708019600000042
相量；
通过式(5)—(7)计算得到故障线路非故障相的电流
Figure BDA0002708019600000043
如式(19)、(20)、(21)
Figure BDA0002708019600000044
Figure BDA0002708019600000045
Figure BDA0002708019600000046
非故障线ABC相的施加电压
Figure BDA0002708019600000047
的计算分别如式(22)、(23)、(24)
Figure BDA0002708019600000048
Figure BDA0002708019600000049
Figure BDA00027080196000000410
综上，可根据式(11)、(12)、(19)—(24)得到非故障线路的三相电流和电压相量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置零序电流
Figure BDA00027080196000000411
相量，零序电压
Figure BDA00027080196000000412
相量，用构建的两线路单相接地故障模型，计算出施加于一二次融合成套柱上断路器一次侧的三相电流、三相电压，真实再现故障线路和非故障线路的运行参数，用以判断单相接地故障选线功能。
附图说明
图1是本发明的故障线路和非故障线路并联的两条线路模型示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
当某条线路发生单相接地故障后，***经过简化可视为故障线路和非故障线路并联的两条线路模型，如图1。为进一步简化***，假设所有线路非故障相的线路阻抗相等。图1中，
Figure BDA0002708019600000051
为线路1和线路2的ABC相等效电压源；
Figure BDA0002708019600000052
为线路1上的ABC相电流；L0为等效消弧线圈；假设A相的k点发生接地故障，Rk为接地电阻，Zs为接地点首端阻抗，Ze为接地点末端阻抗；ZL为线路1和线路2非故障相的线路阻抗。
Figure BDA0002708019600000053
为线路2上的ABC相电流。
Figure BDA0002708019600000054
为线路中性点的零序电压，当没有发生单相接地故障时，
Figure BDA0002708019600000055
R0为中性点接地电阻，延时投入。
故障相的阻抗如式(1)
Figure BDA0002708019600000056
根据基尔霍夫电压和电流定律，可列出故障线路电压表达式(2)、(3)、(4)；非故障线路的电压表达式(5)、(6)、(7)；中性点电流表达式(8)。式(9)为故障线路的零序电流表达式，式中
Figure BDA0002708019600000057
为故障线零序电流；式(10)为非故障线路的零序电流表达式，式中
Figure BDA0002708019600000058
为非故障线零序电流。
Figure BDA0002708019600000059
Figure BDA00027080196000000510
Figure BDA00027080196000000511
Figure BDA00027080196000000512
Figure BDA00027080196000000513
Figure BDA00027080196000000514
Figure BDA00027080196000000515
Figure BDA00027080196000000516
Figure BDA00027080196000000517
联合式(2)—(8)求解，并联合(9)、(10)分析，可得到如下关系：
Figure BDA0002708019600000061
Figure BDA0002708019600000062
式(11)表示在两线路单相接地故障模型中，故障线零序电流与非故障线零序电流，大小相等，方向相反。
式(12)表示在两线路单相接地故障模型中，零序电压与故障线零序电流和非故障相阻抗之间存在固定关系。
故障线三相电压和电流
已知三相对称等效电压源
Figure BDA0002708019600000063
消弧线圈等效电感L0。根据一二次融合成套柱上断路器控制终端零序电流和电压整定值，设置零序电流
Figure BDA0002708019600000064
相量，零序电压
Figure BDA0002708019600000065
相量。故障线ABC相电压和电流计算过程
1、通过式(11)计算得出非故障线路的零序电流
Figure BDA0002708019600000066
2、通过式(12)计算得出所有线路非故障相的线路阻抗
Figure BDA0002708019600000067
相量；
3、通过式(3)、(4)计算得到故障线路非故障相的电流
Figure BDA0002708019600000068
如式(13)、(14)
Figure BDA0002708019600000069
Figure BDA00027080196000000610
4、通过式(9)计算得到故障相的电流
Figure BDA00027080196000000611
如式(15)
Figure BDA00027080196000000612
5、故障线ABC相的施加电压
Figure BDA00027080196000000613
的计算分别如式(16)、(17)、(18)
Figure BDA00027080196000000614
Figure BDA00027080196000000615
Figure BDA00027080196000000616
综上，可根据式(11)、(12)、(13)—(18)得到故障线路的三相电流和电压相量。在一二次融合成套柱上断路器一次侧施加此电流和电压，控制终端应判断出故障线路，断路器应动作。
非故障线三相电压和电流
已知三相对称等效电压源
Figure BDA0002708019600000071
消弧线圈等效电感L0。根据一二次融合成套柱上断路器控制终端零序电流和电压整定值，设置零序电流
Figure BDA0002708019600000072
相量，零序电压
Figure BDA0002708019600000073
相量。非故障线ABC相电压和电流计算过程
1、通过式(11)计算得出非故障线路的零序电流
Figure BDA0002708019600000074
2、通过式(12)计算得出所有线路非故障相的线路阻抗
Figure BDA0002708019600000075
相量；
3、通过式(5)—(7)计算得到故障线路非故障相的电流
Figure BDA0002708019600000076
如式(19)、(20)、(21)
Figure BDA0002708019600000077
Figure BDA0002708019600000078
Figure BDA0002708019600000079
4、非故障线ABC相的施加电压
Figure BDA00027080196000000710
的计算分别如式(22)、(23)、(24)
Figure BDA00027080196000000711
Figure BDA00027080196000000712
Figure BDA00027080196000000713
综上，可根据式(11)、(12)、(19)—(24)得到非故障线路的三相电流和电压相量。在一二次融合成套柱上断路器一次侧施加此电流和电压，控制终端应判断出非故障线路，断路器不应动作。
综合在一二次融合成套柱上断路器一次侧施加的故障线路和非故障线路的三相电流和电压相量，根据断路器的动作情况，如表1，给出单相接地故障选线功能是否满足要求的结论。
表1单相接地故障选线功能判断表
Figure BDA0002708019600000081
实例
已知三相对称等效电压源
Figure BDA0002708019600000082
分别是：
Figure BDA0002708019600000083
Figure BDA0002708019600000084
消弧线圈等效电感L0＝3H。控制终端设置零序电流整定值29A。设置零序电流
Figure BDA0002708019600000085
零序电压
Figure BDA0002708019600000086
1、根据式(11)、(12)、(13)—(18)得到故障线路的三相电流和电压相量
Figure BDA0002708019600000087
Figure BDA0002708019600000088
在一二次融合成套柱上断路器一次侧施加此电流和电压，控制终端应判断出故障线路，断路器应动作。
2、可根据式(11)、(12)、(19)—(24)得到非故障线路的三相电流和电压相量
Figure BDA0002708019600000089
Figure BDA00027080196000000810
Figure BDA0002708019600000091
在一二次融合成套柱上断路器一次侧施加此电流和电压，控制终端应判断出非故障线路，断路器不应动作。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种单相接地故障选线功能的检测方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
建立故障线路和非故障线路并联的两条线路模型，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
为线路1的ABC相等效电压源，
Figure 955807DEST_PATH_IMAGE002
为线路2的ABC相等效电压源；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为线路1上的ABC相电流；L0为等效消弧线圈，假设线路1上A相的k点发生接地故障，Rk为接地电阻，Zs为接地点首端阻抗，Ze为接地点末端阻抗，ZL为线路1和线路2非故障相的线路阻抗，
Figure 852088DEST_PATH_IMAGE004
为线路2上的ABC相电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为线路中性点的零序电压，当没有发生单相接地故障时，
Figure 648399DEST_PATH_IMAGE006
=0，R0为中性点接地电阻，延时投入；
已知三相对称等效电压源
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，消弧线圈等效电感L0，根据一二次融合成套柱上断路器控制终端零序电流和零序电压整定值，设置零序电流
Figure 655538DEST_PATH_IMAGE008
相量，零序电压
Figure 70339DEST_PATH_IMAGE005
相量，计算得到故障线路的三相电流/电压相量和非故障线路的三相电流/电压相量；
在一二次融合成套柱上断路器一次侧施加故障线路的三相电流/电压相量和非故障线路的三相电流/电压相量，控制终端判断出故障线路，在施加故障线路的三相电流/电压相量时一二次融合成套柱上断路器动作，在施加非故障线路的三相电流/电压相量时一二次融合成套柱上断路器不动作；
根据一二次融合成套柱上断路器是否进行动作，给出单相接地故障选线功能是否满足要求的结论。
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