一種電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法
2023-08-14 03:27:21 1
一種電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法
【專利摘要】一種電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，屬緊急保護電路裝置領域。其檢測方法分為利用「暫態方向」辨識故障線路和利用「間歇性檢測」來檢測間歇性故障兩部分，其基於故障啟動前的電壓電流波形計算故障分量電流電壓，再通過故障分量電壓電流波形計算瞬時無功進而得到故障方向；對正向的脈衝計數，在檢測時間截止的時候和預置閾值比較判斷故障，可以更為靈敏地檢測到間歇性高阻接地故障並及時切除故障線路；進而提高了供電線路保護裝置的靈敏性，有助於提高整個中壓配電系統的連續、穩定運行，確保整個供電系統的安全性能。可廣泛用於中性點有效接地的中壓配電系統的高阻接地故障檢測和繼電保護領域。
【專利說明】一種電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於緊急保護電路裝置領域，尤其涉及一種用於電纜或線路系統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)的規範性文件中把IkV以上至20kV的電壓等級稱為中壓。
[0003]電力系統接地故障是指帶電導體(架空線，電纜等)發生異常，經過大地發生短路的故障，是電力系統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迴路，故障點是迴路的一端，系統自身的接地點是迴路的另外一端。因此，研究接地故障，首先要明確電力系統本身的接地方式。
[0005]三相電力系統經過系統本身的中性點接地，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。其中高壓輸電系統出於過電壓和絕緣考慮大都採用中性點有效接地的接地方式，而中壓配電系統情況比較複雜，根據實際不同的需求，各種接地方式都有可能採用。
[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、電弧或間歇性等現象。這些複雜現象在傳統的繼電保護系統/裝置中一般都是僅僅當作一個簡單的電阻表不的。
[0007]在高壓系統中，因為接地故障電壓高，故障引起的電流穩態量大，穩態故障特徵明顯，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中，電壓較低，穩態故障電流較小，特徵不明顯，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，在中壓配電系統中，接地方式複雜，故障電流較小，接地故障檢測的問題尤其複雜。但同時因為在配電系統中，線路杆塔低，線間距小，導線處於樹枝、建築物可觸及的範圍內，與這類介質接觸而發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中的難點重點問題。
[0010]由於配電系統中性點接地方式複雜，而接地方式又直接決定了故障迴路和故障電流，在採用中性點不接地的中壓配電系統中，理論上單相接地故障不構成故障迴路，不會產生穩態的短路電流，只有通過分布電容構成微弱的電容電流；如果系統採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掉，這樣的配置本身，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]在這種系統中檢測接地線路十分困難，但是正因為系統中性點有高阻抗，在接地故障發生的時候，母線上的零序電壓會有偏移，故障是可以被發現的，只是並不知道母線上那一條饋線發生了故障。在這種系統中的接地故障檢測問題屬於小電流接地選線研究的範疇。
[0012]在採用中性點有效接地(直接接地或小電阻接地)的中壓配電系統中。接地故障後的故障迴路中的阻抗小，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採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、乾燥土壤等非導電介質會限制接地故障電流小。故障電流低於過流保護的閾值，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現。故障持續燃燒會帶來觸電、火災等很嚴重的危害。
[0014]正是因為在這樣的系統中，高阻接地故障可以持續存在、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中。
[0015]表1.1給出直接接地中壓(12.5kV)配電系統中高阻接地故障在不同的介質表面的典型的穩態的電流值:一般高阻接地故障電流會小於50A，低於繼電保護系統/裝置中過流保護或保險絲最低的動作閾值。
[0016]表1.112.5kV高阻接地故障典型電流值
[0017]
【權利要求】
1.一種電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是所述的檢測方法分為利用「暫態方向」辨識故障線路和利用「間歇性檢測」來檢測間歇性故障兩部分: 一、其所述的「暫態方向」辨識故障線路包括下列步驟: Al、實時採集或檢測同一母線上所有出線支路上各零序電流互感器的輸出值，分別得到各路出線的電壓值和零序電流的電流值； B1、規定功率方向閥值為從母線到支路為正方向，反之為負方向； Cl、根據各支路前兩周波的零序電流和電壓波形，求出其故障前的故障分量零序電流電壓波形並存儲； D1、當繼電保護系統中的間歇性檢測元件根據各支路的零序電流幅值大於預定的觸發閥值，發出「啟動」信號後，開始啟動定時器計時，進入「啟動」階段； E1、利用故障分量零序電流電壓求出基於希爾伯特變換的瞬時功率； F1、將瞬時無功的方向和預先設定好的功率方向閾值相比較； G1、若瞬時無功方向為正且大於正向閾值，則判斷為正向故障，故障發生在本條線路；H1、若瞬時無功方向為負且小於反向閾值，則判斷為反向故障，故障發生在其它線路或母線； I1、將判斷結果輸出給標誌位，以供系統繼電保護系統/裝置根據標誌位的結果進行相對應的保護動作； J1、檢查定時器預定的定時時間是否結束，如達到預定的定時時間，返回第Cl步驟，否則，返回第El步驟; 二、其所述的利用「間歇性檢測」來檢測間歇性故障包括下列步驟: A2、實時採集或檢測系統同一母線上所有出線支路上各零序電流互感器的電流輸出值，得到故障分量平均電流幅值數據； B2、更新當前故障分量平均電流幅值，同時根據兩周波故障分量的幅值，判斷是否進入下一步驟； C2、如果兩周波電流幅值大於幅值啟動閾值則進入「啟動」階段，啟動前的平均幅值被存儲，作為故障前的負荷狀況； D2、啟動一個定時器開始計時，同時一個計數器對檢測到的瞬時功率正方向的脈衝進行計數； E2、當啟動定時器計時結束的時候，脈衝計數器的結果和預定的計數閾值相比較； F2、如果脈衝數超過預定的計數閥值，則輸出「滿足條件」狀態信號，直接報告為間歇性高阻接地故障；否則按照其它情況(暫態故障、穩態或噪聲)處理， G2、系統的繼電保護系統/裝置，根據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所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是所述的系統為單電源輻射狀的中性點有效接地的配電系統，或者，所述的系統為中性點不接地或者經過電阻接地的中性點非諧振接地中壓供電系統。
3.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是所述的在所述的El步驟中，所述的瞬時功率，通過下列方式獲得: 對於某個頻率ω，電壓u和電流i的瞬時值寫作:
4.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是在所述的El步驟中，在所述的對電壓進行希爾伯特變換過程中，電壓正頻率產生-90°的相移，則瞬時功率P'採用下述表述:
5.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是所述的希爾伯特變換等效於一個全通濾波器，該濾波器對所有的正頻率分量有-90度的相移。
6.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是在所述的Dl步驟中，當所述繼電保護系統中的間歇性檢測元件根據各支路的零序電流幅值和在規定時間段中出現的次數達到預定的觸發閥值發出「啟動」信號後，開始啟動定時器計時，進入「啟動」階段。
7.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是在所述的E1、F1步驟中，基於故障啟動前的電壓電流波形計算故障分量電流電壓，再通過故障分量電壓電流波形，計算瞬時無功，進而得到故障瞬時無功的方向。
8.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是所述的間歇性檢測元件為零序電流互感器。
9.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是在所述的C2步驟中，當所述的間歇性檢測方法被「啟動」後，在一個預先設定好的啟動定時器計時的時間窗內，開始對檢測到的瞬時功率正方向的故障脈衝計數，在啟動定時器計時結束的時候，將對脈衝的計數的結果和一個預先設定的閾值進行比較；在預設好的時間窗內，如果該計數值超過計數閾值，就認為短時間內發生了激烈的暫態，繼電保護系統/裝置就會就將所檢測到的接地故障當作間歇性的高阻故障而報警。
10.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是在所述的C2步驟中，所述的檢測方法首先計算出故障分量電流和電壓，如果故障分量電流幅值大於啟動閾值則啟動後續處理步驟，基於故障啟動前的電壓電流波形計算故障分量電流電壓，再通過故障分量電壓電流波形，計算瞬時無功，進而得到故障方向。
11.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是所述的檢測方法在中性點電阻接地或者絕緣的系統中，利用瞬時無功判斷故障方向，設從母線流向線路為正方向，則當瞬時無功為正的時候，故障發生在正方向，即發生在本條線路上，否貝U，故障發生在其他線路或母線上。
12.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是在所述的E2、F2步驟中，所述的幅值啟動閾值為該支路零序電流保護整定值的0.5倍，所述的計數閾值為3次。
13.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是在所述的F2、G2步驟中，若所述的「滿足條件」狀態信號持續的時間超過「接地故障時間閾值」，則直接報告發生了接地故障； 若所述的「滿足條件」狀態信號持續的時間達不到「接地故障時間閾值」，則當作一次暫態事件報告，並且繼續等待； 若在預設的復歸時間內，連續出現三次以上的暫態事件，則認為發生了間歇性接地故障，否則按照暫態事件報告結果，且不做告警和任何處理。
14.按照權利要求1所述的電力系統高阻接地故障的綜合檢測方法，其特徵是在所述的綜合檢測方法中，間歇性檢測和瞬時方向檢測的綜合通過方向閉鎖來實現，檢測到脈衝出現的時候就去採樣瞬時功率方向標誌，如果方向標誌為正則為正向暫態，反之為反向暫態故障；其間歇性檢測方法僅對正向的脈衝計數，在檢測時間截止的時候和閾值比較判斷故 障。
【文檔編號】G01R31/00GK103529316SQ201310357194
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】林輝, 殷迪清, 童俊, 金文東, 金亮, 陸煜 申請人:國家電網公司, 國網上海市電力公司