專利名稱：電力系統(tǒng)小電流接地故障分段定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)接地故障檢測(cè)處理領(lǐng)域。尤其涉及一種中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消 弧線園接地或高阻接地系統(tǒng)中壓配電網(wǎng)單相接地故障分段定位方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)配電系統(tǒng)大多采用中性點(diǎn)不接地或諧振接地(經(jīng)消弧線圈接地)處理方式。 由于故障電流小、弧光造成的接地過(guò)程不穩(wěn)定等原因，單相接地故障檢測(cè)一直難以徹 底解決。
中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，單相接地時(shí)故障線路工頻零序電流等于所有健全線路對(duì)地 電容電流之和，方向從線路指向母線。而健全線路零序電流等于自身對(duì)地電容電流， 從母線指向線路。但在消弧線圈接地系統(tǒng)中上述規(guī)律不再成立。
在經(jīng)消弧線圏接地系統(tǒng)中，對(duì)于髙次諧波由于消弧線圈的感抗增加即其補(bǔ)償作用 下降，而對(duì)地分布電容容抗下降。因此，對(duì)于零序電流中5次以上的諧波成份可以忽 略消弧線圏的作用，即認(rèn)為故障線路比非故障線路幅值大且方向相反。
故障時(shí)系統(tǒng)負(fù)序等效電路不同于零序等效電路，由故障產(chǎn)生的負(fù)序電流流經(jīng)故障 線路后直接通過(guò)變壓器注入高壓系統(tǒng)，而健全線路負(fù)序電流幅值非常小。
利用上述特征進(jìn)行故障檢測(cè)的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，且都利用了故障時(shí)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電 流信號(hào)。由于穩(wěn)態(tài)電流幅值小，且實(shí)際故障許多是如圖l所示系統(tǒng)中發(fā)生的閃弧故障， 故障在電壓接近最大值時(shí)發(fā)生而在電壓過(guò)零點(diǎn)后消失，因此接地電流中基本上不存在 穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)過(guò)程。給所有基于穩(wěn)態(tài)的方法帶來(lái)了局限性。
一般而言，故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流比穩(wěn)態(tài)電流大幾倍到幾十倍，且不受消弧線圈影 響。因此，利用暫態(tài)信號(hào)的檢測(cè)方法具有較高的可靠性和靈敏度。
隨著配網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展和故障管理功能的不斷完善，要求對(duì)單相接地故障能夠?qū)?現(xiàn)故障區(qū)段快速定位、隔離并恢復(fù)健全線路的供電，而不僅局限于傳統(tǒng)的故障選線。 特別是對(duì)于單出線長(zhǎng)距離系統(tǒng)(如鐵路自閉、貫通線路)有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠適用所有小電流接地系統(tǒng)、不受閃弧 故障影響，可靠性髙的電力系統(tǒng)小電流接地故障分段定位方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是該電力系統(tǒng)小電流接地故障分段定 位方法，通過(guò)線路上按區(qū)段安裝的檢測(cè)裝置、主站和通訊系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程為 a以零序電流的變化作為故障的啟動(dòng)條件； b提取相鄰裝置的暫態(tài)零序電流信號(hào)； C確定參與運(yùn)算信號(hào)起始時(shí)刻和延時(shí)長(zhǎng)度；
d對(duì)本裝置和提取到的相鄰裝置的暫態(tài)零序電流信號(hào)進(jìn)行低通濾波； 其特征在于.-
a計(jì)算濾波后的兩暫態(tài)零序電流信號(hào)的最大相關(guān)系數(shù)；
b利用故障產(chǎn)生的相鄰兩檢測(cè)點(diǎn)間的暫態(tài)零序電流有關(guān)信息作為故障分段依據(jù)，不 需要安裝電壓互感器；
C根據(jù)相鄰檢測(cè)點(diǎn)間暫態(tài)零序電流的最大相關(guān)系數(shù)確定故障區(qū)段。 根據(jù)式
<formula>formula see original document page 4</formula> (1)
計(jì)算相鄰檢測(cè)點(diǎn)間暫態(tài)零序電流的最大相關(guān)系數(shù)，式中，/。,、 /。2分別為相鄰兩檢測(cè) 點(diǎn)的暫態(tài)零序電流。
按照下述方法確定故障區(qū)段在各線路出口以及在線路上按區(qū)段安裝檢測(cè)裝置 FTU，提取暫態(tài)零序電流信號(hào)，對(duì)信號(hào)處理計(jì)算后確定故障區(qū)段。
將最大相關(guān)系數(shù)/^與門(mén)檻值cr進(jìn)行比較，cr取值在0-1之間，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)
行取值，若兩相鄰檢測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零序電流的最大相關(guān)系數(shù)A^ <d"，則故障點(diǎn)位于這兩個(gè)
檢測(cè)點(diǎn)之間。 工作原理
利用相鄰檢測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零序電流的最大相關(guān)系數(shù)作為判斷依據(jù)，通過(guò)在出線出口或 線路上按區(qū)段安裝的在線檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分段。實(shí)現(xiàn)過(guò) 程為以零序電流的變化作為故障的啟動(dòng)條件。當(dāng)裝置啟動(dòng)后，提取相鄰裝置所記錄的暫態(tài)零序電流。確定參與運(yùn)算的暫態(tài)信號(hào)的起始時(shí)刻和延時(shí)長(zhǎng)度，對(duì)暫態(tài)零序信號(hào) 進(jìn)行低通濾波，然后根據(jù)下式計(jì)算兩信號(hào)的最大相關(guān)系數(shù)
<formula>formula see original document page 5</formula> (1)
計(jì)算兩零序電流信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)的最大值。根據(jù)相關(guān)系數(shù)的值判斷故障點(diǎn)是否位 于這兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間，并將結(jié)果上報(bào)至主站。
發(fā)生單相接地故障時(shí)，暫態(tài)過(guò)程主要由故障相對(duì)地電容放電過(guò)程和非故障相的充電 過(guò)程構(gòu)成。最大暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電容電流之比近似等于諧振頻率與工頻頻率之比，即其 幅值可能比穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍。
在諧振接地系統(tǒng)中，由于消弧線圈中的電流不能突變，流經(jīng)消弧線圈的暫態(tài)電流變 化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于暫態(tài)電容電流的變化。同時(shí)，消弧線圈的感抗隨著頻率的增高而增高， 而電容的容抗同時(shí)下降。因此，當(dāng)采用暫態(tài)零序電流時(shí)可以不考慮消弧線圈的影響。
電壓互感器不易安裝且成本較髙，本方法只利用了故障發(fā)生后的電流信號(hào)，更適合 配電網(wǎng)現(xiàn)狀要求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明的方法進(jìn)行單相接地故障分段 時(shí)，暫態(tài)信號(hào)比穩(wěn)態(tài)信號(hào)幅值大、易于檢測(cè)；不受系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式影響；閃弧故障 時(shí)絕緣每一次重新?lián)舸┒紩?huì)產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)程，暫態(tài)信號(hào)更加豐富、適用面廣；只需要電流 信號(hào)，檢測(cè)點(diǎn)不需要安裝電壓互感器。在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，能夠快速確定故障 區(qū)段，進(jìn)一步自動(dòng)或人工指令相應(yīng)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)以隔離故障區(qū)段。


圖l:是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2:是故障點(diǎn)同側(cè)兩檢測(cè)點(diǎn)波形比較示意圖； 圖3:是故障點(diǎn)異側(cè)兩檢測(cè)點(diǎn)波形比較示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)現(xiàn)分段功能的整套系統(tǒng)有三部分組成分布于線路各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上的終端設(shè)備、位 于變電站的中央處理單元和通訊系統(tǒng)。終端設(shè)備負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路零序電流的變化，在
發(fā)生故障后提取相鄰檢測(cè)點(diǎn)零序電流信號(hào)，并計(jì)算其最大相關(guān)系數(shù)/^。中央處理單元
接收到各個(gè)終端設(shè)備上報(bào)的信息后，確定故障區(qū)段并發(fā)出報(bào)蒈信號(hào)。再由人工或自動(dòng)遙 控相應(yīng)開(kāi)關(guān)將故障隔離并恢復(fù)健全線路的供電。
下面結(jié)合附圖1-3進(jìn)一步說(shuō)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程。
圖1所示為一典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整套檢測(cè)系統(tǒng)有三部分組成分布于線路各個(gè)
檢測(cè)點(diǎn)的饋線自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端FTU1-FTU6、主站、聯(lián)系各個(gè)檢測(cè)裝置與主站的通信系 統(tǒng)。
設(shè)開(kāi)關(guān)S4、 S5之間發(fā)生單相接地故障，則從母線到故障點(diǎn)段上各檢測(cè)點(diǎn)(FTU1-FTU4)的暫態(tài)零序電流波形大致相同，幅值差別小，
圖2所示故障點(diǎn)同側(cè)兩檢測(cè)點(diǎn)波形比較圖，各檢測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零序電流的相關(guān)系數(shù)較 大；同理，檢測(cè)點(diǎn)FTU S、 FTU 6暫態(tài)零序電流的相關(guān)系數(shù)也較大。對(duì)于檢測(cè)點(diǎn)FTU 4、 FTU5，由于分別位于故障點(diǎn)兩側(cè)，其暫態(tài)零序電流差別較大，
圖3所示故障點(diǎn)異側(cè)兩檢測(cè)點(diǎn)波形比較圖，兩檢測(cè)點(diǎn)的暫態(tài)零序電流相關(guān)系數(shù)很小。
由圖2和圖3可以直觀的看出，位于故障同側(cè)測(cè)量點(diǎn)的零序電流信號(hào)相關(guān)度高，位 于故障異側(cè)測(cè)量點(diǎn)的零序電流信號(hào)相關(guān)度低。
主站根據(jù)接收到的各相鄰檢測(cè)點(diǎn)零序電流相關(guān)系數(shù)即可確定故障點(diǎn)位于開(kāi)關(guān)S4、 S5之間。
確定故障區(qū)段后，主站可以用各種形式報(bào)告接地信息，并自動(dòng)或人工在適當(dāng)時(shí)機(jī)指 令斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S4、 S5,隔離故障區(qū)段進(jìn)行檢修，同時(shí)不影響健全區(qū)段的供電。 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下
1、 以零序電流的變化作為故障的啟動(dòng)條件
在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線路上可以檢測(cè)到幅值較大的暫
態(tài)零序電流。因此，可以利用零序電流超越正常運(yùn)行下的最大不平衡電流作為單相
接地故障的啟動(dòng)條件。
所用零序電流可以是直接測(cè)量的結(jié)果也可以是通過(guò)三相電流計(jì)算而來(lái)
<formula>formula see original document page 6</formula>
2、 故障啟動(dòng)時(shí)刻向相鄰檢測(cè)點(diǎn)發(fā)數(shù)據(jù)提取信號(hào)，提取相鄰檢測(cè)點(diǎn)的零序電流信號(hào), 所提取數(shù)據(jù)長(zhǎng)度范圍設(shè)鄰近檢測(cè)點(diǎn)收到提取信號(hào)時(shí)時(shí)間為t，則提取[t-20ms， t+10msl 的數(shù)據(jù)。
相鄰裝置包括同一條線路上的前向相鄰檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)裝置和后向相鄰檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè) 裝置；對(duì)于不同線路上的兩檢測(cè)點(diǎn)或兩檢測(cè)點(diǎn)之間有分支，則兩檢測(cè)點(diǎn)的零序電流不參 與求相關(guān)系數(shù)的運(yùn)算。
3、對(duì)本裝置自身所釆集的暫態(tài)零序電流信號(hào)與提取到的相鄰檢測(cè)點(diǎn)的暫態(tài)零序電 流信號(hào)進(jìn)行低通濾波。
4、確定本檢測(cè)點(diǎn)暫態(tài)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間-
不同故障條件下暫態(tài)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間不同，為了更準(zhǔn)確地使用故障數(shù)據(jù)必須確定 故障的結(jié)束時(shí)間即故障的延時(shí)時(shí)間。絕大多數(shù)暫態(tài)過(guò)程持續(xù)時(shí)間小于一個(gè)工頻周波，在 暫態(tài)零序電流分量中選取信號(hào)的最大幅值，從采樣序列的尾端向始端逐個(gè)比較，直到達(dá) 到一個(gè)極限值(例如最大值的10%)。將該時(shí)刻作為暫態(tài)信號(hào)的結(jié)束時(shí)刻。以結(jié)束時(shí)刻 到結(jié)束時(shí)刻之前20ms的數(shù)據(jù)作為本檢測(cè)點(diǎn)參與相關(guān)運(yùn)算的數(shù)據(jù)。
5、計(jì)算相鄰兩檢測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零序信號(hào)的最大互相關(guān)系數(shù)，并將結(jié)果上傳至主站。 固定本檢測(cè)點(diǎn)參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，在時(shí)間軸上等間隔按同一方向移動(dòng)相鄰檢測(cè)點(diǎn)的數(shù) 據(jù)，每移動(dòng)一次，計(jì)算一次兩檢測(cè)點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)，保留相關(guān)系數(shù)的最大值并發(fā)送至主站。 最大相關(guān)系數(shù)按下式計(jì)算
pw = max[p"(附)]=max{》01帥02 (" + w) /[》^ (")》022 (" + w)]1/2} 6、主站根據(jù)不同檢測(cè)點(diǎn)故障信息確定故障區(qū)段
當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，對(duì)于位于故障點(diǎn)一側(cè)的各檢測(cè)點(diǎn)，其零序電流信號(hào)差別小， 互相關(guān)系數(shù)大；而對(duì)于分別位于故障點(diǎn)兩側(cè)的檢測(cè)點(diǎn)，其零序電流信號(hào)差別大，相關(guān)系 數(shù)小。據(jù)此特征即可確定故障區(qū)段。
為了節(jié)約投資，整套系統(tǒng)可以借用饋線自動(dòng)化現(xiàn)有的硬件設(shè)備。以FTU、 RTU作
為終端設(shè)備，只需再增加相應(yīng)的軟件即可。
本發(fā)明還可以用其他方法實(shí)現(xiàn)，如其它線路裝置(如配網(wǎng)自動(dòng)化、饋線出口保護(hù)設(shè)
備)共用硬件平臺(tái)，只需要增加相應(yīng)的軟件和少量硬件；也可以開(kāi)發(fā)具有專一功能的專 用設(shè)備?？筛鶕?jù)實(shí)際情況，來(lái)確定報(bào)瞀方式為本地報(bào)聱還是遠(yuǎn)傳報(bào)警。
權(quán)利要求
1、電力系統(tǒng)小電流接地故障分段定位方法，通過(guò)線路上按區(qū)段安裝的檢測(cè)裝置、主站和通訊系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程為a以零序電流的變化作為故障的啟動(dòng)條件；b提取相鄰裝置的暫態(tài)零序電流信號(hào)；c確定參與運(yùn)算信號(hào)起始時(shí)刻和延時(shí)長(zhǎng)度；d對(duì)本裝置和提取到的相鄰裝置的暫態(tài)零序電流信號(hào)進(jìn)行低通濾波；其特征在于a計(jì)算濾波后的兩暫態(tài)零序電流信號(hào)的最大相關(guān)系數(shù)；b利用故障產(chǎn)生的相鄰兩檢測(cè)點(diǎn)間的暫態(tài)零序電流有關(guān)信息作為故障分段依據(jù)，不需要安裝電壓互感器；c根據(jù)相鄰檢測(cè)點(diǎn)間暫態(tài)零序電流的最大相關(guān)系數(shù)確定故障區(qū)段。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)小電流接地故障分段定位方法，其特征在于根 據(jù)式<formula>see original document page 2</formula>計(jì)算相鄰檢測(cè)點(diǎn)間暫態(tài)零序電流的最大相關(guān)系數(shù)，式中，i01,i02分別為相鄰兩檢測(cè) 點(diǎn)的暫態(tài)零序電流。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力系統(tǒng)小電流接地故障分段定位方法，其特征在 于:按照下述方法確定故障區(qū)段，在各線路出口以及在線路上按區(qū)段安裝檢測(cè)裝置FTU， 提取暫態(tài)零序電流信號(hào)，對(duì)信號(hào)處理計(jì)算后確定故障區(qū)段。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)小電流接地故障分段定位方法，其特征在于 將最大相關(guān)系數(shù)與門(mén)檻值C7進(jìn)行比較，C7取值在(M之間，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行取值， 若兩相鄰檢測(cè)點(diǎn)暫態(tài)零序電流的最大相關(guān)系數(shù)pm<0，則故障點(diǎn)位于這兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之 間。
全文摘要
電力系統(tǒng)小電流接地故障分段定位方法，屬于電力系統(tǒng)接地故障檢測(cè)處理領(lǐng)域。其特征在于計(jì)算濾波后的兩暫態(tài)零序電流信號(hào)的最大相關(guān)系數(shù)；利用故障產(chǎn)生的相鄰兩檢測(cè)點(diǎn)間的暫態(tài)零序電流有關(guān)信息作為故障分段依據(jù)，不需要安裝電壓互感器；根據(jù)相鄰檢測(cè)點(diǎn)間暫態(tài)零序電流的最大相關(guān)系數(shù)確定故障區(qū)段。本方法主要有以下優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行單相接地故障分段時(shí)，暫態(tài)信號(hào)比穩(wěn)態(tài)信號(hào)幅值大、易于檢測(cè)；不受系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式影響；閃弧故障時(shí)絕緣每一次重新?lián)舸┒紩?huì)產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)程，暫態(tài)信號(hào)更加豐富、適用面廣；只需要電流信號(hào)，檢測(cè)點(diǎn)不需要安裝電壓互感器。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101201380SQ200710007699
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者波 孫, 徐丙垠, 薛永端, 許立強(qiáng), 馬士聰 申請(qǐng)人:淄博科匯電氣有限公司