CN112578310B - 一种单相接地选线跳闸功能的检测方法 - Google Patents

一种单相接地选线跳闸功能的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单相接地选线跳闸功能的检测方法，包括以下具体步骤：构建两线路***的单相接地故障暂态模型；设置接地电阻值Rk，线路电容CL，消弧线圈电抗L0；判断Rk和
Figure DDA0002775149500000011
的关系，求解线路1的三相电压UA1、UB1、UC1，线路2的三相电压UA2、UB2、UC2；线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2；将线路1和线路2的三相电压和三相电流施加到一二次融合成套柱上断路器一次侧，若断路器动作，则选线功能正确；若断路器不动作，则选线功能不正确。本发明真实再现故障线路和非故障线路的运行参数，用以判断经消弧线圈接地方式下采用暂态零序功率方向法的单相接地选线跳闸功能。

Description

一种单相接地选线跳闸功能的检测方法
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选线跳闸功能的检测方法。
背景技术
一二次融合成套柱上断路器要求经消弧线圈接地方式下的选线跳闸功能（采用暂态零序功率方向法），至少能适应1000欧过渡电阻的接地故障。由于消弧线圈的电感电流补偿了单相接地的电容电流，故障线路的零序功率将会出现功率倒相的过程，从最初的由故障点流向母线，与非故障线路的零序功率方向相反，后因消弧线圈充电后的补偿作用，故障线路的零序功率倒相，与非故障线路的零序功率方向相同，这种倒相过程的时间因接地电阻的不同而不同，接地电阻越大，倒相过程越快，对选线跳闸的测量准确性要求越高。在消弧线圈接地方式下，一二次融合成套柱上断路器一般采用暂态零序功率方向法实现单相接地选线跳闸功能。由于控制终端中的各计算参数都来源于一次侧的测量，为整体检测一二次融合成套柱上断路器的单相接地选线跳闸功能，需要在一次侧施加单相接地故障的暂态电压和暂态电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单相接地选线跳闸功能的检测方法，真实再现故障线路和非故障线路的运行参数，用以判断经消弧线圈接地方式下采用暂态零序功率方向法的单相接地选线跳闸功能。
本发明的技术方案：
一种单相接地选线跳闸功能的检测方法，包括以下具体步骤：
构建两线路***的单相接地故障暂态模型；
设置接地电阻值Rk，线路电容CL，消弧线圈电抗L0；
判断Rk和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
的关系，求解线路1的三相电压UA1、UB1、UC1，线路2的三相电压UA2、UB2、UC2；线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2；
将线路1和线路2的三相电压和三相电流施加到一二次融合成套柱上断路器一次侧，若断路器动作，则选线功能正确；若断路器不动作，则选线功能不正确。
所述两线路***的单相接地故障暂态模型中ua1、ub1、uc1为线路1的ABC相等效电压源，ua1=Emsin(wt+α0)，ub1=Emsin(wt-120o+α0)，uc1=Emsin(wt+120o+α0)，式中Em为电压源最大值，w为角速度、t为时间、α0为初始角；ua2、ub2、uc2为线路2的ABC相等效电压源，且ua1=ua2，ub1=ub2，uc1=uc2；u0为线路中性点的零序电压，当没有发生单相接地故障时，u0=0；当线路1发生A相接地故障时，会产生零序电压u0，线路1上的实际三相电压UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1，线路2实际电压与线路1相等；
消弧线圈的电压u0和电流i0关系，如式（1）
Figure 995262DEST_PATH_IMAGE002
（1）
线路1的A相发生单相接地故障，电压和电流关系如式（2）—（4）；正常线路2的电压和电流关系如式（5）—（7）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
（2）
Figure 973713DEST_PATH_IMAGE004
根据基尔霍夫电流定律，中性点o的电流关系如式（8）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
（8）
因ua1+ub1+uc1=0，则
Figure 415190DEST_PATH_IMAGE006
（9）
且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
（10）
联立式（1）—（8），带入式（9）、（10），可得消弧线圈电流i0的二次微分方程，如式（11）
Figure 592225DEST_PATH_IMAGE008
（11）
二次微分方程的特征方程解，如式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
（12）
令
Figure 424570DEST_PATH_IMAGE010
若接地电阻Rk满足
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
（13）
则
Figure 687055DEST_PATH_IMAGE012
二次微分方程式（11）的解为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
（14）
式（14）中，
Figure 932223DEST_PATH_IMAGE014
若接地电阻Rk满足
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
（19）
则
Figure 773884DEST_PATH_IMAGE016
则，二次微分方程式（11）的解为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
（20）
式（20）中
Figure 180725DEST_PATH_IMAGE018
若接地电阻Rk满足
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
（23）
则
Figure 930507DEST_PATH_IMAGE020
二次微分方程式（11）的解为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
（24）
式（20）中
Figure 72642DEST_PATH_IMAGE022
。
若
Figure 145641DEST_PATH_IMAGE011
，将式（14）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2，将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2；
若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
，将式（20）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2，将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2；
若
Figure 254542DEST_PATH_IMAGE019
，将式（24）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2，将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明构建了两线路***的单相接地故障暂态模型，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，用以判断经消弧线圈接地方式下采用暂态零序功率方向法的单相接地选线跳闸功能。
附图说明
图1是本发明的两线路***的单相接地故障暂态模型示意图。
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线路***模型，如图1。为进一步简化***，假设所有线路空载，线路对地电容均为CL，消弧线圈L0的补偿度为5%。图1中，ua1、ub1、uc1为线路1的的ABC相等效电压源，ua1=Emsin(wt+α0)，ub1=Emsin(wt-120o+α0)，uc1=Emsin(wt+120o+α0)，式中Em为电压源最大值，w为角速度、t为时间、α0为初始角；ua2、ub2、uc2为线路2的ABC相等效电压源，且ua1=ua2，ub1=ub2，uc1=uc2；ia1、ib1、ic1为线路1上的ABC相电流；假设A相的k点发生接地故障，Rk为接地电阻。ia2、ib2、ic2为线路2上的ABC相电流。
u0为线路中性点的零序电压，当没有发生单相接地故障时，u0=0。当线路1发生A相接地故障时，会产生零序电压u0，线路1上的实际三相电压UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1，线路2实际电压与线路1相等。
消弧线圈的电压u0和电流i0关系，如式（1）
Figure 163723DEST_PATH_IMAGE002
（1）
线路1的A相发生单相接地故障，电压和电流关系如式（2）—（4）；正常线路2的电压和电流关系如式（5）—（7）
Figure 937644DEST_PATH_IMAGE003
（2）
Figure 943778DEST_PATH_IMAGE004
根据基尔霍夫电流定律，中性点o的电流关系如式（8）
Figure 158334DEST_PATH_IMAGE005
（8）
因ua1+ub1+uc1=0，则
Figure 7341DEST_PATH_IMAGE006
（9）
且
Figure 866844DEST_PATH_IMAGE007
（10）
联立式（1）—（8），带入式（9）、（10），可得消弧线圈电流i0的二次微分方程，如式（11）
Figure 383276DEST_PATH_IMAGE008
（11）
二次微分方程的特征方程解，如式
Figure 506084DEST_PATH_IMAGE009
（12）
令
Figure 717753DEST_PATH_IMAGE010
（1）若接地电阻Rk满足
Figure 99056DEST_PATH_IMAGE011
（13）
则
Figure 20394DEST_PATH_IMAGE012
二次微分方程式（11）的解为
Figure 314103DEST_PATH_IMAGE013
（14）
式（14）中，
Figure 668861DEST_PATH_IMAGE014
（2）若接地电阻Rk满足
Figure 339008DEST_PATH_IMAGE024
（19）
则
Figure 95612DEST_PATH_IMAGE016
则，二次微分方程式（11）的解为
Figure 560222DEST_PATH_IMAGE017
（20）
式（20）中
Figure 667856DEST_PATH_IMAGE018
（3）若接地电阻Rk满足
Figure DEST_PATH_IMAGE025
（23）
则
Figure 935501DEST_PATH_IMAGE020
二次微分方程式（11）的解为
Figure 94081DEST_PATH_IMAGE021
（24）
式（20）中
Figure 244440DEST_PATH_IMAGE022
。
检测方法流程
设置接地电阻值Rk，线路电容CL，消弧线圈电抗L0。
判断Rk和
Figure 324523DEST_PATH_IMAGE001
的关系，求解线路1的三相电压UA1、UB1、UC1，线路2的三相电压UA2、UB2、UC2；线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2。
（1）若
Figure 585740DEST_PATH_IMAGE026
，将式（14）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2。将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2。
（2）若
Figure 802088DEST_PATH_IMAGE024
，将式（20）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2。将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2。
（3）若
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，将式（24）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2。将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2。
将线路1和线路2的三相电压和三相电流施加到一二次融合成套柱上断路器一次侧，若断路器动作，则选线功能正确；若断路器不动作，则选线功能不正确。
本发明构建了两线路***的单相接地故障暂态模型，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，用以判断经消弧线圈接地方式下采用暂态零序功率方向法的单相接地选线跳闸功能。
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 (3)

1.一种单相接地选线跳闸功能的检测方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
构建两线路***的单相接地故障暂态模型；
设置接地电阻值Rk，线路电容CL，消弧线圈电抗L0；
判断Rk和
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的关系，求解线路1的三相电压UA1、UB1、UC1，线路2的三相电压UA2、UB2、UC2；线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2；
将线路1和线路2的三相电压和三相电流施加到一二次融合成套柱上断路器一次侧，若断路器动作，则选线功能正确；若断路器不动作，则选线功能不正确。
2.根据权利要求1所述的一种单相接地选线跳闸功能的检测方法，其特征在于，所述两线路***的单相接地故障暂态模型中ua1、ub1、uc1为线路1的ABC相等效电压源，ua1=Emsin(wt+α0)，ub1=Emsin(wt-120o+α0)，uc1=Emsin(wt+120o+α0)，式中Em为电压源最大值，w为角速度、t为时间、α0为初始角；ua2、ub2、uc2为线路2的ABC相等效电压源，且ua1=ua2，ub1=ub2，uc1=uc2；u0为线路中性点的零序电压，当没有发生单相接地故障时，u0=0；当线路1发生A相接地故障时，会产生零序电压u0，线路1上的实际三相电压UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1，线路2实际电压与线路1相等；
消弧线圈的电压u0和电流i0关系，如式（1）
Figure 270717DEST_PATH_IMAGE002
（1）
线路1的A相发生单相接地故障，电压和电流关系如式（2）—（4）；正常线路2的电压和电流关系如式（5）—（7）
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（2）
Figure 354211DEST_PATH_IMAGE004
根据基尔霍夫电流定律，中性点o的电流关系如式（8）
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（8）
因ua1+ub1+uc1=0，则
Figure 821839DEST_PATH_IMAGE006
（9）
且
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（10）
联立式（1）—（8），带入式（9）、（10），可得消弧线圈电流i0的二次微分方程，如式（11）
Figure 321085DEST_PATH_IMAGE008
（11）
二次微分方程的特征方程解，如式
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（12）
令
Figure 683669DEST_PATH_IMAGE010
若接地电阻Rk满足
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（13）
则
Figure 672485DEST_PATH_IMAGE012
二次微分方程式（11）的解为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（14）
式（14）中，
Figure 473082DEST_PATH_IMAGE014
若接地电阻Rk满足
Figure DEST_PATH_IMAGE015
（19）
则
Figure 572756DEST_PATH_IMAGE016
则，二次微分方程式（11）的解为
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（20）
式（20）中
Figure 772268DEST_PATH_IMAGE018
若接地电阻Rk满足
Figure DEST_PATH_IMAGE019
（23）
则
Figure 666406DEST_PATH_IMAGE020
二次微分方程式（11）的解为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
（24）
式（20）中
Figure 751037DEST_PATH_IMAGE022
。
3.根据权利要求2所述的一种单相接地选线跳闸功能的检测方法，其特征在于，若
Figure 841353DEST_PATH_IMAGE011
，将式（14）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2，将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，将式（20）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2，将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2；
若
Figure 632722DEST_PATH_IMAGE024
，将式（24）代入式（1），可得零序电压u0，进而得到线路三相电压，即UA1=u0+ua1，UB1=u0+ub1，UC1=u0+uc1；UA2=u0+ua2，UB2=u0+ub2，UC1=u0+uc2，将所得式（1）代入式（2）—（7），可得到线路1的三相电流ia1、ib1、ic1，线路2的三相电流ia2、ib2、ic2。
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