專利名稱：小接地電流電網單相接地故障選線方法及其選線系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力系統領域，涉及一種小接地電流電網單相接地故障選線方法及其選線裝置。
背景技術：
目前國內的中壓電網中性點接地方式主要有兩種中性點不接地和中性點經消弧線圈接地。這兩種中性點接地方式的電網均稱為小電流接地電網。
這兩種電網在發生線路單相接地故障時有不同的特點。
對于中性點不接地電網，參見圖1，在中性點不接地的供電電網中，線路發生單相接地時有如下特點(1)、非故障線路零序電流3I0的大小等于本線路的對地電容電流，故障線路的零序電流3I0的大小等于所有非故障線路零序電流3I0之和；(2)、零序電壓突變、抬高。故障點的電流為全網的對地電容電流；(3)、故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流方向相反，非故障線路的零序電流超前零序電壓90°，方向由母線流向線路；而故障線路的零序電流滯后零序電壓90°，方向由線路流向母線。
對于中性點經消弧線圈接地電網，參見圖2，由于消弧線圈的存在，線路上零序電流的分布將發生重大改變，其特點為(1)、非接地故障線路上的零序電流的大小和方向均保持不變；(2)、故障接地線路中的零序電流的大小變成了該故障接地線路本身的對地電容電流與電感電流和配電系統總電容電流相互補償后的殘流(它一般為5～6A)的差值；(3)、故障接地線路中的零序電流(也就是上述兩個電流的差值)常常比單回線路的對地電容電流要小。
由于消弧線圈的電感電流對系統中對地電容電流的補償作用，使得流過接地故障線路的零序電流大大減少，甚至在多數情況下會出現接地故障線路中的零序電流比未接地線路中的零序電流更小的情況，這就使得接地故障判線變得十分困難。
另外，由于接地點過渡電阻可以在很大的范圍內(從金屬性接地R＝0到很高的阻值R＝幾KΩ～幾十KΩ)變化，使得流過接地故障點的殘流在幅值和相位上也會相應地在一個很大的范圍內變化，這也將使各條線路中流過的零序電流及其分布同樣亦在一個很大的范圍內變化，這就使得此時對故障接地線路的判別更是難上加難。
這兩種電網在發生線路單相接地故障時帶故障運行不得超過2小時。故障發生后，變電站的運行人員需要知道接地故障所在線路才能進行故障排除。但是，由于小電流接地電網單相接地故障電流較小，通常運行人員只能憑經驗試跳各條線路。
由于計算機技術在電力系統自動化領域的廣泛應用，微機小電流接地選線裝置應運而生。自動選線裝置主要可以分為以下幾種原理(1)、零序電流絕對值整定原理；(2)、故障線路零序電流最大原理(無消弧線圈系統采用基波；有消弧線圈系統則采用五次諧波)；(3)、零序功率方向原理(無消弧線圈系統采用基波，有消弧線圈系統采用五次諧波)；(4)、有功分量法；(5)、殘流增量法；(6)、暫態零序電壓電流方向原理(首半波原理)；(7)、“S注入法”接地選線。
從目前的運行情況來看，各種小電流接地選線裝置的選線效果并不十分理想。極大多數的選線裝置的選線成功率都不高。這是由于存在以下多種因素會對選線裝置的準確性產生較大的影響，使各種選線裝置的實際選線效果大受影響，不能很好滿足實際使用要求。
(1)現場硬件條件因素零序CT誤差零序CT的工作電流往往較小，零序CT工作于磁化曲線較低的位置，該區域CT的變比往往與額定變比有較大誤差，從而影響零序電流的精度。
架空線相CT參數不一致對于架空線路采用三相CT接成零序過濾器的形式。由于三相CT參數不一致將造成零序電流出現較大的誤差。
(2)負載因素相負載不平衡造成零序電流的存在變電站實際運行過程中，由于三相負載不可能完全平衡，也將造成零序電流的誤差，而且，由于負載不平衡而造成的零序電流往往比真正的零序電流要大的多，因此可能將湮沒實際零序電流。
三相對地電容隨季節、天氣等變化而變化。
(3)現場調試與施工因素現場施工中有時會將零序電流的同名端極性接反；現場調試時將CT變比設錯。
由于以上眾多因素，因此往往容易造成誤判。
許多變電站不再采用獨立的接地選線裝置，而采用由綜合自動化系統判別接地線路。但是，這種方式并不能排除由于負載不平衡、CT誤差、季節變化等各種因素的影響。而且，對于中性點經消弧線圈接地的系統，由于消弧線圈對于電容電流的補償作用，采用幅值+相位的判別方法將失效，因此不能采用綜合自動化系統去判別接地線路。
發明內容為了克服已有技術的選線方法的準確性較差、選線成功率低、選線裝置的操作和維護復雜的不足，本發明提供一種操作和維護簡單、選線準確性好、選線成功率高的小接地電流電網單相接地故障選線方法及其選線系統。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種小接地電流電網單相接地故障選線方法，該方法包括以下步驟(1)、采集安裝于各條線路上的電壓傳感器、電流傳感器上的零序電壓、零序電流信號，并計算零序電壓幅值，判斷該零序電壓幅值是否超過預設的極限值，如超出判定發生故障，并采集故障后4個周波的零序電流；(2)、根據采集到的故障后4個周波的零序電流，計算出每條線路零序電流在故障啟動后第二個周波的有效值I1、第三個周波的有效值I2和第四個周波的有效值I3，計算每條線路的零序電流的梯度系數K1=I1I2K2=I2I3;]]>(3)、判斷是否滿足K1＞KSET且K2＞KSET，KSET為梯度系數設定值，KSET的取值范圍為1.2～2.0；(4)、滿足K1＞KSET且K2＞KSET的線路為接地故障線路。
進一步，該方法還包括(5)、不滿足K1＞KSET且K2＞KSET時，采集各條線路的零序電壓U、故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后；(6)、計算I前與I后之間的矢量差ΔI＝I后-I前；(7)、比較各條線路的ΔI，選擇其中幅值最大且相位落后于零序電壓U為90°±δ的線路為故障線路，δ的取值范圍為0°～30°。
再進一步，上述的(1)中，判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形，根據電流、電壓波形計算故障后二、三、四個周波的零序電流有效值。
更進一步，上述的(1)中，判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形；上述的(5)中，根據波形計算故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后、零序電壓U的相位。
一種實現所述的小接地電流電網單相接地故障選線方法的選線系統，包括微處理器、A/D轉換裝置、外部接口、安裝于各條線路上的電壓傳感器、電流傳感器、人機界面裝置、電源，所述的電壓傳感器、電流傳感器與外部接口通訊連接，外部接口通過A/D轉換裝置連接微處理器，微處理器連接人機界面裝置，所述的微處理器包括一故障檢測啟動單元，用于采集所述的電壓傳感器、電流傳感器上的零序電壓、零序電流信號，并計算零序電壓幅值，判斷該零序電壓幅值是否超過預設的極限值，如超出判定發生故障；一零序電流梯度計算單元，用于根據采集故障后4個周波的零序電流計算出每條線路在故障啟動后第二個周波的有效值I1、第三個周波的有效值I2和第四個周波的有效值I3，計算每條線路的零序電流的梯度系數K1=I1I2K2=I2I3;]]>一暫態梯度選線單元，用于判斷是否滿足K1＞KSET且K2＞KSET，如果滿足，則該線路為故障線路。
進一步，所述的微處理器還包括一基波信號采集單元，用于在故障選線單元判斷不滿足K1＞KSET且K2＞KSET時，采集各條線路的零序電壓U、故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后；一零序電流比較單元，用于計算I前與I后之間的矢量差ΔI＝I后-I前；一矢量差分選線單元，用于比較各條線路的ΔI，選擇其中幅值最大且相位落后于零序電壓U為90°±δ的線路為故障線路，δ的取值范圍為0°～30°。
所述的微處理器還包括波形保存單元，用于將判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形。
本發明的工作原理當中性點經消弧線圈接地電網單相接地故障發生后，在故障點有衰減很快的暫態電容電流和衰減較慢的暫態電感電流流過；而中性點不接地電網單相接地故障發生后，在故障點只有衰減很快的暫態電容電流流過。暫態電容電流持續時間很短，約為0.5～1.0個工頻周波；暫態電感電流由直流分量和交流分量兩部分組成，持續時間一般可達幾個工頻周波。
基于上述暫態電流的特性，小電流接地選線裝置采用高速A/D采集零序電壓和各條線路的零序電流，記錄零序電壓突變前一個周波和突變后四個周波的零序電流波形數據，然后計算從故障發生后第二個周波到第四個周波每條線路的零序電壓幅值(有效值)，選出其中成降梯度變化的線路，該線路就是接地線路。如果沒有符合上述條件的線路，說明該電網為中性點不接地系統，此時分別計算故障前后基波零序電流的矢量及矢量差，比較各條線路矢量差滿足幅值和相位條件的即為接地線路。
本發明的有益效果主要表現在(1)、對于中性點經消弧線圈接地電網，暫態過程零序電流幅值較大，容易測量，因此選線成功率較高；(2)、本發明不同于現有技術中的首半波選線法，首半波選線法同時考慮零序電流的幅值和相位，而本技術采用接地故障后第二、三、四周波的零序電流幅值梯度來選線，不需要零序電流的相位，因此對于現場施工中零序CT極性接反時也能正確判別；(3)、對于間歇性電弧接地本技術仍然適用；(4)、采用普通的PT、CT，不需要另外安裝其他專用耦合設備及監測設備，選線裝置操作維護簡單；(5)、不受系統規模和線路結構變化影響；(6)、考慮了故障前系統的狀態，零序電流矢量差分避免了負載不平衡、三相CT不平衡及其他運行因素的影響；(7)、由于變電站安裝的消弧線圈種類較多，性能各異，有些電站采用冷備用型消弧線圈(單相接地故障發生后再投入)及慢速消弧線圈，運用本發明可以避免誤判。
圖1是中性點不接地電網單相接地時電流分布圖。
圖2是中性點經消弧線圈接地電網單相接地時電流分布圖。
圖3是故障檢測啟動單元的流程圖。
圖4是本發明的選線方法的流程圖。
圖5是本發明的選線裝置的原理框圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。
參照圖3、圖4、圖5，一種小接地電流電網單相接地故障選線方法，該方法包括以下步驟(1)、微處理器5采集安裝于各條線路上的電壓傳感器1、電流傳感器2上的零序電壓、零序電流信號，并計算零序電壓幅值，判斷該零序電壓幅值是否超過預設的極限值，如超出判定發生故障，并采集故障后4個周波的零序電流；(2)、根據采集到的故障后4個周波的零序電流，計算出每條線路零序電流在故障啟動后第二個周波的有效值I1、第三個周波的有效值I2和第四個周波的有效值I3，計算每條線路的零序電流的梯度系數
K1=I1I2K2=I2I3;]]>(3)、判斷是否滿足K1＞KSET且K2＞KSET，KSET為梯度系數設定值，KSET的取值范圍為1.2～2.0；(4)、滿足K1＞KSET且K2＞KSET的線路為接地故障線路。
該方法還包括(5)、不滿足K1＞KSET且K2＞KSET時，采集各條線路的零序電壓U、故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后；(6)、計算I前與I后之間的矢量差ΔI＝I后-I前；(7)、比較各條線路的ΔI，選擇其中幅值最大且相位落后于零序電壓U為90°±δ的線路為故障線路，δ的取值范圍為0°～30°。
再進一步，上述的(1)中，判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形，根據電流、電壓波形計算故障后二、三、四個周波的零序電流有效值。
更進一步，上述的(1)中，判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形；上述的(5)中，根據波形計算故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后、零序電壓U的相位。
參照圖5，一種實現所述的小接地電流電網單相接地故障選線方法的選線系統，包括微處理器5、A/D轉換裝4置、外部接口3、安裝于各條線路上的電壓傳感器1、電流傳感器2、人機界面裝置6、電源7，所述的電壓傳感器1、電流傳感器2與外部接口3通訊連接，外部接口3通過A/D轉換裝置4連接微處理器5，微處理器5連接人機界面裝置6，所述的微處理器5包括一故障檢測啟動單元8，用于采集所述的電壓傳感器、電流傳感器上的零序電壓、零序電流信號，并計算零序電壓幅值，判斷該零序電壓幅值是否超過預設的極限值，如超出判定發生故障；一零序電流梯度計算單元10，用于根據采集故障后4個周波的零序電流計算出每條線路在故障啟動后第二個周波的有效值I1、第三個周波的有效值I2和第四個周波的有效值I3，計算每條線路的零序電流的梯度系數K1=I1I2K2=I2I3;]]>一暫態梯度選線單元11，用于判斷是否滿足K1＞KSET且K2＞KSET，如果滿足，則該線路為故障線路。
該微處理器5還包括一基波零序電信號單元12，用于在故障選線單元判斷不滿足K1＞KSET且K2＞KSET時，采集各條線路的零序電壓U、故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后；一零序電流比較單元13，用于計算I前與I后之間的矢量差ΔI＝I后-I前；一矢量差分選線單元14，用于比較各條線路的ΔI，選擇其中幅值最大且相位落后于零序電壓U為90°±δ的線路為故障線路，δ的取值范圍為0°～30°。
還包括波形保存單元8，用于將判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形。根據電流、電壓波形計算故障后二、三、四個周波的零序電流有效值以及計算故障前基波零序電流I前、故障后第二個周波基波零序電流I后、零序電壓U的相位。
本發明的A/D轉換裝置有40路14位同步采樣/保持A/D轉換，用以完成36路零序電流信號和4路零序電壓信號的同步采樣；微處理器包括CPU、FLASH、RAM、ROM、EEPROM等，用于完成采樣數據存儲、接地啟動判斷、接地故障分析及接地故障報警等功能；人機界面裝置包括一個240*64點陣的液晶顯示器、鍵盤及LED顯示；電源為內部電源。
參照圖3，故障檢測啟動的過程(1)、微處理器的CPU產生定時中斷，在中斷任務中完成40路A/D轉換，將轉換結果存儲于RAM中；(2)、采集各條線路的零序電壓、零序電流，計算4個零序電壓幅值；(3)、判斷零序電壓是否發生超過極限值，如果發生越限，置零序電壓啟動標志，判定發生故障，并在零序電壓啟動后采集數據達到4個周波，則置采集滿標志。
參見圖4，本發明的單相接地故障選線的流程為(1)、故障發生后，首先判斷采集滿標志是否置位，如果置位，則啟動接地選線子程序；(2)、判斷此時零序電壓啟動標志是否置位，如置位，則將RAM中保存的40路A/D轉換數據保存到FLASH中，即保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的電流、電壓波形；(3)，按照公式I=1nΣk=1nik2]]>ik為離散采集點的數據，n為每個周波采集點數；分別計算故障后第二個周波每條線路的零序電流，計為I1；故障后第三個周波每條線路的零序電流，計為I2；故障后第四個周波每條線路的零序電流，計為I3；(4)、計算每條線路的零序電流的梯度系數K1=I1I2K2=I2I3]]>計算每條線路的梯度系數K1、K2。逐條線路判斷是否滿足K1＞KSET且K2＞KSET；KSET為梯度系數設定值，KSET的取值范圍為1.2～2.0；(5)、如滿足條件則該線路為接地線路。
(6)、如果所有線路沒有滿足上述條件的，則說明該接地故障發生于中性點不接地系統中，此時計算各條線路在接地故障前后的零序電流基波矢量I前、I后；(7)，計算I前與I后之間的矢量差ΔI＝I后-I前；(8)選擇該矢量幅值最大且落后于零序電壓90°±δ的線路為故障線路，δ的取值范圍為0°～30°。
權利要求
1.一種小接地電流電網單相接地故障選線方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)、采集安裝于各條線路上的電壓傳感器、電流傳感器上的零序電壓、零序電流信號，并計算零序電壓幅值，判斷該零序電壓幅值是否超過預設的極限值，如超出判定發生故障，并采集故障后4個周波的零序電流；(2)、根據采集到的故障后4個周波的零序電流，計算出每條線路零序電流在故障啟動后第二個周波的有效值I1、第三個周波的有效值I2和第四個周波的有效值I3，計算每條線路的零序電流的梯度系數K1=I1I2K2=I2I3;]]>(3)、判斷是否滿足K1＞KSET且K2＞KSET，KSET為梯度系數設定值，KSET的取值范圍為1.2～2.0；(4)、滿足K1＞KSET且K2＞KSET的線路為接地故障線路。
2.如權利要求1所述的小接地電流電網單相接地故障選線方法，其特征在于該方法還包括(5)、不滿足K1＞KSET且K2＞KSET時，采集各條線路的零序電壓U、故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后；(6)、計算I前與I后之間的矢量差ΔI＝I后-I前；(7)、比較各條線路的ΔI，選擇其中幅值最大且相位落后于零序電壓U為90°±δ的線路為故障線路，δ的取值范圍為0°～30°。
3.如權利要求1所述的小接地電流電網單相接地故障選線方法，其特征在于上述的(1)中，判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形。
4.如權利要求2所述的小接地電流電網單相接地故障選線方法，其特征在于上述的(1)中，判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形；上述的(5)中，根據波形計算故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后、零序電壓U的相位。
5.一種實現如權利要求1所述的小接地電流電網單相接地故障選線方法的選線系統，包括微處理器、A/D轉換裝置、外部接口、安裝于各條線路上的電壓傳感器、電流傳感器、人機界面裝置、電源，所述的電壓傳感器、電流傳感器與外部接口通訊連接，外部接口通過A/D轉換裝置連接微處理器，微處理器連接人機界面裝置，其特征在于所述的微處理器包括一故障檢測啟動單元，用于采集所述的電壓傳感器、電流傳感器上的零序電壓、零序電流信號，并計算零序電壓幅值，判斷該零序電壓幅值是否超過預設的極限值，如超出判定發生故障；一零序電流梯度計算單元，用于根據采集故障后4個周波的零序電流計算出每條線路在故障啟動后第二個周波的有效值I1、第三個周波的有效值I2和第四個周波的有效值I3，計算每條線路的零序電流的梯度系數K1=I1I2K2=I2I3;]]>一暫態梯度選線單元，用于判斷是否滿足K1＞KSET且K2＞KSET，KSET為梯度系數設定值，KSET的取值范圍為1.2～2.0，如果滿足，則該線路為故障線路。
6.如權利要求5所述的小接地電流電網單相接地故障選線系統，其特征在于所述的微處理器還包括一基波信號采集單元，用于在故障選線單元判斷不滿足K1＞KSET且K2＞KSET時，采集各條線路的零序電壓U、故障前的基波零序電流I前、故障后第二個周波的基波零序電流I后；一零序電流比較單元，用于計算I前與I后之間的矢量差ΔI＝I后-I前；一矢量差分選線單元，用于比較各條線路的ΔI，選擇其中幅值最大且相位落后于零序電壓U為90°±δ的線路為故障線路，δ的取值范圍為0°～30°。
7.如權利要求5或6所述的小接地電流電網單相接地故障選線系統，其特征在于所述的微處理器還包括波形保存單元，用于將判定發生故障后保存各條線路的從故障前一個周波到故障后四個周波的零序電流、零序電壓波形。
全文摘要
一種小接地電流電網單相接地故障選線方法，包括以下步驟(1)采集安裝于各條線路上的電壓傳感器、電流傳感器上的零序電壓、零序電流信號，并計算零序電壓幅值，如該幅值超過極限值判定發生故障，采集故障后4個周波的零序電流；(2)計算出每條線路零序電流在故障啟動后第二、三、四個周波的有效值I
文檔編號G01R31/08GK1804649SQ20051004895
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月12日 優先權日2005年1月12日
發明者錢晟 申請人:杭州佳和電氣有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
