用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法
【专利摘要】一种用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，属紧急保护电路装置领域。其实时采集同一母线上各路出线的剩余电流；对其进行谐波分析，提取其三次谐波和基波的幅值和相位；比较各路出线剩余电流之三次谐波和基波的相位差和幅值比例；和对应的预定检测阈值做比较，一旦满足检测阈值则置位“满足条件”标志位；对这种标志位状态进行“计时”和“计数”，对计时、计数结果进行归类，报告所对应的故障事件，启动对应的处理程序。其可以进一步降低接地保护动作整定值的动作阈值，更为灵敏地检测到高阻接地故障并及时切除故障线路。可广泛用于中性点有效接地的中压配电系统的高阻接地故障检测和继电保护领域。
【专利说明】用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于紧急保护电路装置领域，尤其涉及一种用于电缆或线路系统高阻接地故障的检测/保护方法。
【背景技术】
[0002]在我国电力系统中，把标称电压IkV及以下的交流电压等级定义为低压，把标称电压IkV以上、330kV以下的交流电压等级定义为高压，把标称电压330kV及以上、IOOOkV以下的交流电压等级定义为超高压，把标称电压IOOOkV及以上的交流电压等级定义为特高压；美国电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicEngineers, IEEE)的标准文件中把2.4kV至69kV的电压等级称为中压；我国国家电网公司(State Grid)的规范性文件中把IkV以上至20kV的电压等级称为中压。
[0003]电力系统接地故障是指带电导体(架空线，电缆等)发生异常，经过大地发生短路的故障，是电力系统中最常见的故障种类。
[0004]接地故障因为是经过大地构成故障回路，故障点是回路的一端，系统自身的接地点是回路的另外一端。因此，研究接地故障，首先要明确电力系统本身的接地方式。
[0005]三相电力系统经过系统本身的中性点接地，总体上分为有效接地(即中性点直接接地或经过小电阻接地)和非有效接地(中性点不接地，经过大电阻接地和经过消弧线圈接地)两种方式。其中高压输电系统出于过电压和绝缘考虑大都采用中性点有效接地的接地方式，而中压配电系统情况比较复杂，根据实际不同的需求，各种接地方式都有可能采用。
[0006]另外，接地故障所关注的另一个问题是故障点的电阻:带电导体和大地直接或间接通过其它物体接触时，往往不是理想的金属性的短路，会伴有一定的过度电阻、电弧或间歇性等现象。这些复杂现象在传统的继电保护系统/装置中一般都是仅仅当作一个简单的电阻表不的。
[0007]在高压系统中，因为接地故障电压高，故障引起的电流稳态量大，稳态故障特征明显，这样的简化不会对故障检测带来很大影响。
[0008]但是在中压配电系统中，电压较低，稳态故障电流较小，特征不明显，加之故障点非金属性接地，故障点电阻较大，且伴有不稳定的间歇性接地，就可能无法产生足够的故障电流，给保护装置检测接地故障带来很大困难。
[0009]综上，在中压配电系统中，接地方式复杂，故障电流较小，接地故障检测的问题尤其复杂。但同时因为在配电系统中，线路杆塔低，线间距小，导线处于树枝、建筑物可触及的范围内，与这类介质接触而发生接地故障的机会大大增加。因此接地故障检测一直是中压配电系统中的难点重点问题。
[0010]由于配电系统中性点接地方式复杂，而接地方式又直接决定了故障回路和故障电流，在采用中性点不接地的中压配电系统中，理论上单相接地故障不构成故障回路，不会产生稳态的短路电流，只有通过分布电容构成微弱的电容电流；如果系统采用了中性点经过消弧线圈接地的接地方式，微弱的容性故障电流也会被补偿掉，这样的配置本身，就是希望接地故障能够自动熄灭、或者减小单相接地故障对供电的影响。
[0011]在这种系统中检测接地线路十分困难，但是正因为系统中性点有高阻抗，在接地故障发生的时候，母线上的零序电压会有偏移，故障是可以被发现的，只是并不知道母线上那一条馈线发生了故障。在这种系统中的接地故障检测问题属于小电流接地选线研究的范畴。
[0012]在采用中性点有效接地(直接接地或小电阻接地)的中压配电系统中。接地故障后的故障回路中的阻抗小，故障大都不能自动熄灭，需要过流保护动作才能把故障清除(希望过流保护动作切除故障实际上也是采用中性点有效接地的接地方式的目的之一)。
[0013]但是，如果在故障点有较高的故障电阻，例如树枝、干燥土壤等非导电介质会限制接地故障电流小。故障电流低于过流保护的阈值，无法被保护装置检测和清除。因此，这种接地故障就很有可能长时间无法被发现。故障持续燃烧会带来触电、火灾等很严重的危害。
[0014]正是因为在这样的系统中，高阻接地故障可以持续存在、无法被察觉、危害很大，高阻接地故障问题一般就被定义在中性点有效接地的中压配电系统中。
[0015]表1.1给出直接接地中压(12.5kV)配电系统中高阻接地故障在不同的介质表面的典型的稳态的电流值:一般高阻接地故障电流会小于50A，低于继电保护系统/装置中过流保护或保险丝最低的动作阈值。
[0016]表1.1 12.5kV高阻接地故障典型电流值
[0017]
【权利要求】
1.一种用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，包括在同一母线上的各路出线上分别设置零序电流互感器，检测各零序电流互感器的电流输出值的大小，得到各路出线的剩余电流；其特征在于: A、实时采集或检测同一母线上所有出线上各零序电流互感器的电流输出值，分别得到各路出线的剩余电流； B、在系统正常运行状态下，储存一个周波剩余电流的平均采样值序列，构成一个周波平均值序列，用周波平均值序列的数据来表示当前周波和向前一段时间平均的剩余电流的波形形状；在每周波采样点数固定的前提下，该剩余电流平均采样值序列中的每个点表示一个工频周期中相对固定的相位处的采样值； C、所述的周波的平均采样值序列，在正常运行状态下不断地根据新采样点更新，始终追踪系统剩余电流平均的波形状况； D、将所述的周波的平均采样值序列作为系统背景固有的波形，在其之上，每次新采样的一个周波的数据，减去相应的相位点上的平均值序列中的数据，得到增量序列，该增量序列就是作为判断依据的故障分量； E、对各路出线的剩余电流进行谐波分析，提取其三次谐波和基波的幅值和相位； F、比较各路出线剩余电流之三次谐波和基波的相位差和幅值比例； G、如果某路出线剩余电流的三次谐波和基波的相位差进入预定的角度范围，且三次谐波幅值相对基波幅值比例大于预定的比例阈值，且剩余电流基波故障分量的幅值达到预定的幅值阈值，就认为检 测到的接地故障电流满足了高阻接地故障电流的特性； H、如果该路出线的接地故障电流满足了高阻接地故障电流的特性并且连续持续预定的时间，就认为有接地故障的特征出现，输出“满足条件”状态信号，否则，闭锁该路出线的接地故障保护； 1、对这种“满足条件”状态进行“计时”和“计数”，对计时、计数结果进行归类，报告所对应的故障事件，根据对应的故障事件报告，启动对应的处理程序。
2.按照权利要求1所述的用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，其特征在于所述的中压配电系统为单电源辐射状的中性点有效接地的配电系统，所述的单相高阻接地故障为持续性高阻接地故障。
3.按照权利要求1所述的用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的B步骤中，所述的向前一段时间的时间长度为秒级单位时间间隔。
4.按照权利要求1所述的用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的E步骤中，所述剩余电流的三次谐波和基波的幅值和相位通过下述方式来确定: 基波相量表示SA1.sin (cot)，角速度为α ι=αη，其中的A1为剩余电流基波的幅值，ω为剩余电流基波的相位； 三次谐波相量表示为A.rsinpwt+cp.0，角速度为a3=3cot+(p3，其中的A3为剩余电流三次谐波的幅值，3 ω为三次谐波的相位； 将三次谐波和基波的相位都归算到三次谐波的角速度，再求取相互之差:Δφ3ι=φ3=α3-3α1 ；用上述公式得到的相位差Δφ31就是三次谐波相对基波的相位差。
5.按照权利要求1所述的用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的G步骤中，所述的预定的角度范围为180度±60度；所述的预定的比例阈值为10% ;所述的预定的幅值阈值为该路出线过流保护动作阈值的50%。
6.按照权利要求1所述的用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的H步骤中，所述的预定的时间为半个周波。
7.按照权利要求1所述的用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，其特征在于在所述的I步骤中，在对“满足条件”状态信号所持续的时间进行“计时”时，预先设定“接地故障时间阈值”和“暂态事件时间阈值”，根据“满足条件”状态信号所持续的时间来对接地故障进行分类: 如果所述的“满足条件”状态信号持续的时间超过“接地故障时间阈值”，则直接报告发生了接地故障； 如果所述的“满足条件”状态信号持续的时间达不到“接地故障时间阈值”，但是超过了“暂态事件时间阈值”，则当作一次暂态事件报告，并且继续等待； 如果在预设的复归时间内，连续出现三次以上的暂态事件，则认为发生了间歇性接地故障，否则按照暂态事件报告结果； 如果所述的“满足条件”状态信号仅仅持续不到“暂态事件时间阈值”，则当作噪声报告，且不做告警和任何处理。
8.按照权利要求1所述 的用电流信息检测中压配电系统持续性高阻接地故障的方法，其特征在于所述的检测方法对剩余电流的三次谐波分量和基波分量进行比较，确定三次谐波相对基本电流的相位和幅值，藉此来检测各个供电线路上是否发生了高阻接地故障；在这样的比较过程中，剩余电流的基波作为参考量，剩余电流的三次谐波作为比较量，通过比较两者之间的相位信息和幅值比例，不仅可以检测高阻接地故障，还可以实现只利用剩余电流的信息就能有选择地在故障线路上动作报警，而在非故障线路上闭锁不报警，进而提高供电线路保护装置的灵敏性。
【文档编号】G01R31/08GK103529358SQ201310356730
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】严军, 李昕, 朱江, 张雷 申请人:国家电网公司, 国网上海市电力公司