小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法
【专利摘要】一种小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法。其包括采用等值Γ电路对小电流接地系统的线路进行建模；对每条线路列出描述Γ电路的微分方程，得到每条线路对地电容电流的表达式；故障发生时，实时采集母线电压的时域信号u，分别代入每条线路的微分方程，求出每条线路对地电容电流；对整个系统应用基尔霍夫电流定律计算出单相接地故障发生后系统的全故障电流等步骤。本发明与现有同类技术相比具有如下优点：等值Γ电路结构简单，所需的描述变量少，便于计算；采用微分方程和电压时域信号求解故障电流，具有不受衰减直流分量和各次谐波影响的优点，有利于确保计算精度；直接采用电压采样值时域信号，无需经过中间处理和变换，具有较快的计算速度。
【专利说明】小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力输变电控制【技术领域】，特别是涉及一种小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法。
【背景技术】
[0002]小电流接地系统发生单相接地故障后，流过故障点的电流大部分是系统对地分布电容电流，包括故障相对地电容的放电电流与非故障相对地电容的充电电流，除含有工频分量外，还包括持续时间较短、幅值较大、频谱较宽的高频暂态分量。为减弱故障点的短路电流、快速熄灭电弧，工程上常采用在系统中性点处安装消弧线圈的方式来补偿故障电流，但消弧线圈只能补偿故障电流中的工频分量，无法补偿其高频暂态分量。幅值较大的高频暂态分量对故障点熄弧十分不利，如果不对其进行有效的补偿，可能造成某些运行状态下较大的故障电流冲击，电弧无法及时熄灭，严重时绝缘被破坏，使得瞬时性的单相接地短路故障发展为永久性的单相接地故障或相间短路故障，威胁系统的安全、稳定运行。因此研究小电流接地系统发生单相接地故障时全故障电流补偿具有非常重要的意义。
[0003]为快速、有效地补偿单相接地的全故障电流，必须在单相接地故障发生后快速、准确地计算出故障点的全电流，以此作为单相接地故障全电流补偿的依据。目前对于故障发生后的全电流计算及分析研究主要集中在高压输电系统。在高压输电系统中，由于能够方便的获取到线路两侧的电气量同步采样信息，因此可以采取多种方法测量或计算出故障后的全电流。但在小电流接地系统中，出线和分支通常较多，在目前的技术条件下，同时获得每段线路两端的同步采样数据较为困难，必须研究适合小电流接地系统特点和要求的全故障电流计算方法。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发`明的目的在于提供一种小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法。
[0005]为了解决上述问题，本发明提供的小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0006]第一步:采用等值r电路对小电流接地系统的线路进行建模；
[0007]第二步:对每条线路列出描述r电路的微分方程，得到每条线路对地电容电流的表达式；设母线电压的时域信号为U，线路的对地等值分布电容为C，流经电容C的电流时域.,,cin
信号为i，则基于r电路的对地电容电流表达式为
[0008]第三步:故障发生时，实时采集母线电压的时域信号U，分别代入每条线路的微分方程，求出每条线路对地电容电流igl，ig2，ig3，…，其中n为系统线路总数；
[0009]第四步:对整个系统应用基尔霍夫电流定律计算出单相接地故障发生后系统的全故障电流；设故障电流为ik，则全故障电流表达式为ik=_ (igi+ig2+ig3+.? ? +ign)。[0010]所述的第一步中的等值r电路包括:分布电容为C、等效电阻R和等效电感L;其中:分布电容C为线路的对地等值分布电容，其两端分别与输入端子I和公共端子3相连接；等效电阻R为线路的等值电阻，等效电感L为线路的等值电感，等效电阻R的一端与输入端子I连接，另一端与等效电感L相连接；等效电感L的另一端与输出端子3连接。
[0011]本发明提供的小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法采用母线三相电压的时域信号，基于线路等值r形电路计算单相接地全故障电流，以此作为全故障电流补偿的依据。与现有同类技术相比具有如下优点:
[0012]1.等值r电路结构简单，所需的描述变量少，便于计算；
[0013]2.采用微分方程和电压时域信号求解故障电流，具有不受衰减直流分量和各次谐波影响的优点，有利于确保计算精度；
[0014]3.直接采用电压采样值时域信号，无需经过中间处理和变换，具有较快的计算速度，能够满足在线实时计算的要求；
[0015]4.无需知道故障选线结果，基本不受故障线路的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明提供的小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法所采用的等值r电路意图；
[0017]图2为小电流接地系统单相接地故障电流分布示意图。
[0018]图3为IOkV配电系统结构示意图。
[0019]图4为图3的等值r电路示意图。
[0020]图5为计算得到的全故障电流与实际故障电流的对比图。
[0021]图6为经全电流补偿和经消弧线圈补偿后的效果对比图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明提供的小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法进行详细说明。
[0023]本发明提供的小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法包括初始阶段和实时计算阶段，在以下步骤中，第一步和第二步为初始阶段，即算法推导阶段；第三步和第四步为实时计算阶段，即出现故障时的实时推算阶段；其包括按顺序进行的下列步骤:
[0024]第一步:采用等值r电路对小电流接地系统的线路进行建模；
[0025]第二步:对每条线路列出描述r电路的微分方程，得到每条线路对地电容电流的表达式；设母线电压的时域信号为U，线路的对地等值分布电容为C，流经电容C的电流时域.,,c/w
信号为i，则基于r电路的对地电容电流表达式为-J = Ij.[0026]第三步:故障发生时，实时采集母线电压的时域信号U，分别代入每条线路的微分方程，求出每条线路对地电容电流igl，ig2，ig3，…，其中n为系统线路总数；
[0027]第四步:对整个系统应用基尔霍夫电流定律(KCL)计算出单相接地故障发生后系统的全故障电流；设故障电流为ik，则全故障电流表达式为ik=_(igl+ig2+ig3+.? ? +ign)。
[0028]所述的第一步中的采用等值r电路对小电流接地系统的线路进行建模，等值r电路模型如图1所示，其包括:分布电容为C、等效电阻R和等效电感L ;其中:分布电容C为线路的对地等值分布电容，其两端分别与输入端子I和公共端子3相连接；等效电阻R为线路的等值电阻，等效电感L为线路的等值电感，等效电阻R的一端与输入端子I连接，另一端与等效电感L相连接；等效电感L的另一端与输出端子3连接。
[0029]在第二步中，所述的母线电压的时域信号U由母线上的电压互感器实时采集。
[0030]所述的第三步中描述r电路的微分方程表达式为:i 二C哗。由于微分方程采用
的是时域信号，因此对来自电压互感器的电压信号无需经过处理，可直接使用。
[0031]所述的第四步中的故障电流表达式是基于基尔霍夫电流定律(KCL)得到的:如图2所示，流经故障点的电流等于所有线路对地分布电容电流之和，因此有
【权利要求】
1.一种小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法，其特征在于:所述的全故障电流计算方法包括按顺序进行的下列步骤: 第一步:采用等值r电路对小电流接地系统的线路进行建模； 第二步:对每条线路列出描述r电路的微分方程，得到每条线路对地电容电流的表达式；设母线电压的时域信号为U，线路的对地等值分布电容为C，流经电容c的电流时域信号Si，则基于r电路的对地电容电流表达式为
I 第三步:故障发生时，实时采集母线电压的时域信号U，分别代入每条线路的微分方程，求出每条线路对地电容电流igl，ig2，ig3，…，ign，其中n为系统线路总数； 第四步:对整个系统应用基尔霍夫电流定律计算出单相接地故障发生后系统的全故障电流；设故障电流为ik，则全故障电流表达式为ik=_ (igi+ig2+ig3+.? ? +ign)。
2.根据权利要求 1所述的小电流接地系统单相接地全故障电流计算方法，其特征在于:所述的第一步中的等值r电路包括:分布电容为C、等效电阻R和等效电感L ;其中:分布电容C为线路的对地等值分布电容，其两端分别与输入端子I和公共端子3相连接；等效电阻R为线路的等值电阻，等效电感L为线路的等值电感，等效电阻R的一端与输入端子I连接，另一端与等效电感L相连接；等效电感L的另一端与输出端子3连接。
【文档编号】G01R19/00GK103454482SQ201310421643
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】高建伟, 田成凤, 冀慧强, 郭浩, 赵北涛, 方琼, 崔建宇, 刘美静, 陈晓旭, 宫俊 申请人:国家电网公司, 国网天津市电力公司