采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法
【专利摘要】一种采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法，属紧急保护电路装置领域。其在预设好的时间窗内，对检测到的瞬时功率正方向故障脉冲计数，在计时结束时，将对脉冲计数的结果和一个预定计数阈值进行比较；如果该计数值超过预定计数阈值，就认为短时间内发生了激烈的暂态，继电保护系统就将所检测到的接地故障当作间歇性的高阻故障而报警。可以更为灵敏地检测到间歇性高阻接地故障并及时切除故障线路；进而提高了供电线路保护装置的灵敏性，充分发挥了现有继保系统/装置的保护作用，有助于提高整个中压配电系统的连续、稳定运行，确保整个供电系统的安全性能。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】采用“间歇性检测”来检测间歇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
【权利要求】
1.一种采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法，其特征是所述的检测方法至少包括下列步骤: A、实时采集或检测系统同一母线上所有出线支路上各零序电流互感器的电流输出值，得到故障分量平均电流幅值数据； B、更新当前故障分量平均电流幅值，同时根据两周波故障分量的幅值，判断是否进入下一步骤； C、如果两周波电流幅值大于幅值启动阈值则进入“启动”阶段，启动前的平均幅值被存储，作为故障前的负荷状况； D、启动一个定时器开始计时，同时一个计数器对检测到的瞬时功率正方向的脉冲进行计数； E、当启动定时器计时结束的时候，脉冲计数器的结果和预定的计数阈值相比较； F、如果脉冲数超过预定的计数阀值，则输出“满足条件”状态信号，直接报告为间歇性高阻接地故障；否则按照其它情况(暂态故障、稳态或噪声)处理， G、系统的继电保护系统/装置，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所述的采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法，其特征是所述的系统为单电源辐射状的中性点有效接地的配电系统。
3.按照权利要求1所述的采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法，其特征是当所述的间歇性检测方法被“启动”后，在一个预先设定好的启动定时器计时的时间窗内，开始对检测到的瞬时功率正方向的故障脉冲计数，在启动定时器计时结束的时候，将对脉冲的计数的结果和一个预先设定的阈值进行比较；在预设好的时间窗内，如果该计数值超过计数阈值，就认为短时间内发生了激烈的暂态，继电保护系统/装置就会就将所检测到的接地故障当作间歇性的高阻故障而报警。
4.按照权利要求1所述的采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法，其特征是所述的检测方法首先计算出故障分量电流和电压，如果故障分量电流幅值大于启动阈值则启动后续处理步骤，基于故障启动前的电压电流波形计算故障分量电流电压，再通过故障分量电压电流波形，计算瞬时无功，进而得到故障方向。
5.按照权利要求1所述的采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法，其特征是所述的检测方法在中性点电阻接地或者绝缘的系统中，利用瞬时无功判断故障方向，设从母线流向线路为正方向，则当瞬时无功为正的时候，故障发生在正方向，即发生在本条线路上，否则，故障发生在其他线路或母线上。
6.按照权利要求1所述的采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法，其特征是所述的幅值启动阈值为该支路零序电流保护整定值的0.5倍，所述的计数阈值为3次。
7.按照权利要求1所述的采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法，其特征是若所述的“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； 若所述的“满足条件”状态信号持续的时间达不到“接地故障时间阈值”，则当作一次暂态事件报告，并且继续等待； 若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，且不做告警和任何处理。
【文档编号】G01R31/02GK103529344SQ201310356757
【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】顾劲岳, 王乃盾, 许刚, 任丽佳, 董秋丽 申请人:国家电网公司, 国网上海市电力公司