用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法
【專利摘要】一種用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，屬緊急保護電路裝置領域。其實時采集同一母線上各路出線的剩余電流；對其進行諧波分析，提取其三次諧波和基波的幅值和相位；比較各路出線剩余電流之三次諧波和基波的相位差和幅值比例；和對應的預定檢測閾值做比較，一旦滿足檢測閾值則置位“滿足條件”標志位；對這種標志位狀態(tài)進行“計時”和“計數(shù)”，對計時、計數(shù)結果進行歸類，報告所對應的故障事件，啟動對應的處理程序。其可以進一步降低接地保護動作整定值的動作閾值，更為靈敏地檢測到高阻接地故障并及時切除故障線路?？蓮V泛用于中性點有效接地的中壓配電系統(tǒng)的高阻接地故障檢測和繼電保護領域。
【專利說明】用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于緊急保護電路裝置領域，尤其涉及一種用于電纜或線路系統(tǒng)高阻接地故障的檢測/保護方法。
【背景技術】
[0002]在我國電力系統(tǒng)中，把標稱電壓IkV及以下的交流電壓等級定義為低壓，把標稱電壓IkV以上、330kV以下的交流電壓等級定義為高壓，把標稱電壓330kV及以上、IOOOkV以下的交流電壓等級定義為超高壓，把標稱電壓IOOOkV及以上的交流電壓等級定義為特高壓；美國電氣和電子工程師協(xié)會(Institute of Electrical and ElectronicEngineers, IEEE)的標準文件中把2.4kV至69kV的電壓等級稱為中壓；我國國家電網公司(State Grid)的規(guī)范性文件中把IkV以上至20kV的電壓等級稱為中壓。
[0003]電力系統(tǒng)接地故障是指帶電導體(架空線，電纜等)發(fā)生異常，經過大地發(fā)生短路的故障，是電力系統(tǒng)中最常見的故障種類。
[0004]接地故障因為是經過大地構成故障回路，故障點是回路的一端，系統(tǒng)自身的接地點是回路的另外一端。因此，研究接地故障，首先要明確電力系統(tǒng)本身的接地方式。
[0005]三相電力系統(tǒng)經過系統(tǒng)本身的中性點接地，總體上分為有效接地(即中性點直接接地或經過小電阻接地)和非有效接地(中性點不接地，經過大電阻接地和經過消弧線圈接地)兩種方式。其中高壓輸電系統(tǒng)出于過電壓和絕緣考慮大都采用中性點有效接地的接地方式，而中壓配電系統(tǒng)情況比較復雜，根據(jù)實際不同的需求，各種接地方式都有可能采用。
[0006]另外，接地故障所關注的另一個問題是故障點的電阻:帶電導體和大地直接或間接通過其它物體接觸時，往往不是理想的金屬性的短路，會伴有一定的過度電阻、電弧或間歇性等現(xiàn)象。這些復雜現(xiàn)象在傳統(tǒng)的繼電保護系統(tǒng)/裝置中一般都是僅僅當作一個簡單的電阻表不的。
[0007]在高壓系統(tǒng)中，因為接地故障電壓高，故障引起的電流穩(wěn)態(tài)量大，穩(wěn)態(tài)故障特征明顯，這樣的簡化不會對故障檢測帶來很大影響。
[0008]但是在中壓配電系統(tǒng)中，電壓較低，穩(wěn)態(tài)故障電流較小，特征不明顯，加之故障點非金屬性接地，故障點電阻較大，且伴有不穩(wěn)定的間歇性接地，就可能無法產生足夠的故障電流，給保護裝置檢測接地故障帶來很大困難。
[0009]綜上，在中壓配電系統(tǒng)中，接地方式復雜，故障電流較小，接地故障檢測的問題尤其復雜。但同時因為在配電系統(tǒng)中，線路桿塔低，線間距小，導線處于樹枝、建筑物可觸及的范圍內，與這類介質接觸而發(fā)生接地故障的機會大大增加。因此接地故障檢測一直是中壓配電系統(tǒng)中的難點重點問題。
[0010]由于配電系統(tǒng)中性點接地方式復雜，而接地方式又直接決定了故障回路和故障電流，在采用中性點不接地的中壓配電系統(tǒng)中，理論上單相接地故障不構成故障回路，不會產生穩(wěn)態(tài)的短路電流，只有通過分布電容構成微弱的電容電流；如果系統(tǒng)采用了中性點經過消弧線圈接地的接地方式，微弱的容性故障電流也會被補償?shù)簦@樣的配置本身，就是希望接地故障能夠自動熄滅、或者減小單相接地故障對供電的影響。
[0011]在這種系統(tǒng)中檢測接地線路十分困難，但是正因為系統(tǒng)中性點有高阻抗，在接地故障發(fā)生的時候，母線上的零序電壓會有偏移，故障是可以被發(fā)現(xiàn)的，只是并不知道母線上那一條饋線發(fā)生了故障。在這種系統(tǒng)中的接地故障檢測問題屬于小電流接地選線研究的范疇。
[0012]在采用中性點有效接地(直接接地或小電阻接地)的中壓配電系統(tǒng)中。接地故障后的故障回路中的阻抗小，故障大都不能自動熄滅，需要過流保護動作才能把故障清除(希望過流保護動作切除故障實際上也是采用中性點有效接地的接地方式的目的之一)。
[0013]但是，如果在故障點有較高的故障電阻，例如樹枝、干燥土壤等非導電介質會限制接地故障電流小。故障電流低于過流保護的閾值，無法被保護裝置檢測和清除。因此，這種接地故障就很有可能長時間無法被發(fā)現(xiàn)。故障持續(xù)燃燒會帶來觸電、火災等很嚴重的危害。
[0014]正是因為在這樣的系統(tǒng)中，高阻接地故障可以持續(xù)存在、無法被察覺、危害很大，高阻接地故障問題一般就被定義在中性點有效接地的中壓配電系統(tǒng)中。
[0015]表1.1給出直接接地中壓(12.5kV)配電系統(tǒng)中高阻接地故障在不同的介質表面的典型的穩(wěn)態(tài)的電流值:一般高阻接地故障電流會小于50A，低于繼電保護系統(tǒng)/裝置中過流保護或保險絲最低的動作閾值。
[0016]表1.1 12.5kV高阻接地故障典型電流值
[0017]
【權利要求】
1.一種用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，包括在同一母線上的各路出線上分別設置零序電流互感器，檢測各零序電流互感器的電流輸出值的大小，得到各路出線的剩余電流；其特征在于: A、實時采集或檢測同一母線上所有出線上各零序電流互感器的電流輸出值，分別得到各路出線的剩余電流； B、在系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，儲存一個周波剩余電流的平均采樣值序列，構成一個周波平均值序列，用周波平均值序列的數(shù)據(jù)來表示當前周波和向前一段時間平均的剩余電流的波形形狀；在每周波采樣點數(shù)固定的前提下，該剩余電流平均采樣值序列中的每個點表示一個工頻周期中相對固定的相位處的采樣值； C、所述的周波的平均采樣值序列，在正常運行狀態(tài)下不斷地根據(jù)新采樣點更新，始終追蹤系統(tǒng)剩余電流平均的波形狀況； D、將所述的周波的平均采樣值序列作為系統(tǒng)背景固有的波形，在其之上，每次新采樣的一個周波的數(shù)據(jù)，減去相應的相位點上的平均值序列中的數(shù)據(jù)，得到增量序列，該增量序列就是作為判斷依據(jù)的故障分量； E、對各路出線的剩余電流進行諧波分析，提取其三次諧波和基波的幅值和相位； F、比較各路出線剩余電流之三次諧波和基波的相位差和幅值比例； G、如果某路出線剩余電流的三次諧波和基波的相位差進入預定的角度范圍，且三次諧波幅值相對基波幅值比例大于預定的比例閾值，且剩余電流基波故障分量的幅值達到預定的幅值閾值，就認為檢 測到的接地故障電流滿足了高阻接地故障電流的特性； H、如果該路出線的接地故障電流滿足了高阻接地故障電流的特性并且連續(xù)持續(xù)預定的時間，就認為有接地故障的特征出現(xiàn)，輸出“滿足條件”狀態(tài)信號，否則，閉鎖該路出線的接地故障保護； 1、對這種“滿足條件”狀態(tài)進行“計時”和“計數(shù)”，對計時、計數(shù)結果進行歸類，報告所對應的故障事件，根據(jù)對應的故障事件報告，啟動對應的處理程序。
2.按照權利要求1所述的用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，其特征在于所述的中壓配電系統(tǒng)為單電源輻射狀的中性點有效接地的配電系統(tǒng)，所述的單相高阻接地故障為持續(xù)性高阻接地故障。
3.按照權利要求1所述的用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的B步驟中，所述的向前一段時間的時間長度為秒級單位時間間隔。
4.按照權利要求1所述的用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的E步驟中，所述剩余電流的三次諧波和基波的幅值和相位通過下述方式來確定: 基波相量表示SA1.sin (cot)，角速度為α ι=αη，其中的A1為剩余電流基波的幅值，ω為剩余電流基波的相位； 三次諧波相量表示為A.rsinpwt+cp.0，角速度為a3=3cot+(p3，其中的A3為剩余電流三次諧波的幅值，3 ω為三次諧波的相位； 將三次諧波和基波的相位都歸算到三次諧波的角速度，再求取相互之差:Δφ3ι=φ3=α3-3α1 ；用上述公式得到的相位差Δφ31就是三次諧波相對基波的相位差。
5.按照權利要求1所述的用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的G步驟中，所述的預定的角度范圍為180度±60度；所述的預定的比例閾值為10% ;所述的預定的幅值閾值為該路出線過流保護動作閾值的50%。
6.按照權利要求1所述的用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的H步驟中，所述的預定的時間為半個周波。
7.按照權利要求1所述的用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的I步驟中，在對“滿足條件”狀態(tài)信號所持續(xù)的時間進行“計時”時，預先設定“接地故障時間閾值”和“暫態(tài)事件時間閾值”，根據(jù)“滿足條件”狀態(tài)信號所持續(xù)的時間來對接地故障進行分類: 如果所述的“滿足條件”狀態(tài)信號持續(xù)的時間超過“接地故障時間閾值”，則直接報告發(fā)生了接地故障； 如果所述的“滿足條件”狀態(tài)信號持續(xù)的時間達不到“接地故障時間閾值”，但是超過了“暫態(tài)事件時間閾值”，則當作一次暫態(tài)事件報告，并且繼續(xù)等待； 如果在預設的復歸時間內，連續(xù)出現(xiàn)三次以上的暫態(tài)事件，則認為發(fā)生了間歇性接地故障，否則按照暫態(tài)事件報告結果； 如果所述的“滿足條件”狀態(tài)信號僅僅持續(xù)不到“暫態(tài)事件時間閾值”，則當作噪聲報告，且不做告警和任何處理。
8.按照權利要求1所述 的用電流信息檢測中壓配電系統(tǒng)持續(xù)性高阻接地故障的方法，其特征在于所述的檢測方法對剩余電流的三次諧波分量和基波分量進行比較，確定三次諧波相對基本電流的相位和幅值，藉此來檢測各個供電線路上是否發(fā)生了高阻接地故障；在這樣的比較過程中，剩余電流的基波作為參考量，剩余電流的三次諧波作為比較量，通過比較兩者之間的相位信息和幅值比例，不僅可以檢測高阻接地故障，還可以實現(xiàn)只利用剩余電流的信息就能有選擇地在故障線路上動作報警，而在非故障線路上閉鎖不報警，進而提高供電線路保護裝置的靈敏性。
【文檔編號】G01R31/08GK103529358SQ201310356730
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月15日 優(yōu)先權日:2013年8月15日
【發(fā)明者】嚴軍, 李昕, 朱江, 張雷 申請人:國家電網公司, 國網上海市電力公司