基于助增原理的小电流接地故障选线方法与流程

本发明涉及一种电力系统中接地故障检测技术，尤其涉及一种基于助增原理的小电流接地故障选线方法。

背景技术：

目前，我国6-35kV配电网主要采用小电流接地方式。在小电流接地系统故障中，单相接地故障发生的几率最高，因此实现单相接地故障选线对电力系统的安全可靠运行具有非常重大的意义。

经过多年的研究，已有多种选线判据问世并投入现场使用，但多数选线原理都是基于较小的故障特征量为判据，在高过渡电阻故障时选线准确率不高。目前小电流接地故障选线原理主要有4类：一是基于稳态故障量的小电流接地故障选线原理，该方法主要利用单相接地故障时的稳态故障量为判据，方法简单，但故障特征量小，不易检测。二是基于暂态故障量的小电流接地故障选线原理，该方法主要利用单相接地故障时的暂态故障量为判据，比稳态故障特征量大，但持续时间较短，难检测。三是基于外加诊断法的小电流接地故障选线原理，该原理打破了以往只是利用线路本身故障信号作为选线判据，利用注入装置向故障相注入特殊的信号，但受分布电容和过渡电阻的影响，注入信号较小，且需增加注入装置，成本增加。四为基于信号融合技术的选线判据，该判据融合多种基于稳态和暂态故障特征量的选线原理，在一定程度上改善了选线准确率，但因每个选线判据仍以较小的特征量为判据，故高过渡电阻故障时选线准确率低，未从根本上解决选线准确率低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决目前基于故障稳态量的稳态选线方法电气故障量小导致选线准确率低的问题，提供了基于助增原理的小电流接地故障选线方法，该方法在小电流接地系统单相接地故障发生时，根据母线制方式的不同选择不同的实现方式，其目的是在系统发生单相接地故障时短时增大故障线路的零序电流，而非故障线路的零序电流仍为线路本身的电容电流，从而拉大故障线路与非故障线路之间零序电流的差距，提高选线的准确率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

基于助增原理的小电流接地故障选线方法，它包括被保护配电系统的母线，所述母线上安装有电容器助增装置，母线分段开关采用断路器（本文所述断路器均指母线分段断路器），电容器助增装置、断路器与测控装置连接，测控装置与电压互感器连接；测控装置检测小电流接地系统是否发生单相接地故障，并通过控制电容器投切开关和断路器的状态实现对接地电流的助增。

所述测控装置由三相电压、零序电压采集模块、断路器状态检测模块、断路器开关驱动模块、电容器投切开关驱动模块、人机对话模块和CPU组成，监测小电流接地系统的三相电压和零序电压来判断系统是否发生单相接地故障，从而控制断路器及电容器投切开关动作。其中，三相电压、零序电压采集模块由电压变送器、RC低通滤波、由运算放大器构成的预处理电路和A/D转换电路构成；断路器状态检测模块由断路器辅助触点和检测电路构成；断路器开关驱动模块及电容器投切开关驱动模块由继电器驱动电路和控制继电器构成；人机对话模块由按键和液晶显示模块构成；CPU由STC12C5A60S2单片机构成，主要根据三相电压和零序电压判断是否发生单相接接地故障、存储断路器状态检测模块采集的故障前断路器的状态、单相接地故障发生时对断路器开关驱动模块及电容器投切开关驱动模块发出开关分、合的指令、选择故障线路、人机对话等功能。

所述电容器助增装置包括在母线的每一相上设置至少一个电容器，它们组成电容器组，每个电容器的一端分别于各自的投切开关串联，另一接地。

a.若系统为单母线分段制中性点不接地系统，所述断路器为母线分段开关，小电流接地系统正常运行时，该断路器根据运行方式的需要处于闭合或断开状态，并由断路器状态检测模块检测断路器状态；小电流接地系统发生单相接地故障时，若故障前断路器为断开状态，故障后由测控装置将其闭合；若故障前断路器为闭合状态，故障后由测控装置将电容器投切开关闭合；b.若系统母线制方式为单母线制，即母线分段断路器及Ⅱ段母线不存在于该系统中，此系统发生单相接地故障后，由测控装置将电容器投切开关闭合。其目的是在系统发生单相接地故障时短时增大故障线路的零序电流，而非故障线路的零序电流仍为线路本身的电容电流，从而拉大故障线路与非故障线路之间零序电流的差距，提高选线的准确率。

基于助增原理的小电流接地故障选线方法，a. 若系统为单母线分段制中性点不接地系统，它的方法为，

(1)小电流接地系统正常运行时，断路器根据运行方式的需要断开或闭合工作，测控装置实时监测系统三相电压、零序电压和断路器状态，并判断系统是否发生单相接地故障；

(2)没有单相接地故障发生时，重复步骤(1)；当单相接地故障发生时，若故障前断路器为断开状态，故障后由测控装置将其闭合，然后进行故障线路的选择，选线结束后，将断路器断开；若故障前断路器为闭合状态，故障后由测控装置将电容器投切开关闭合，然后进行故障线路的选择，选线结束后，将电容器投切开关断开；

(3)继续监测母线电压和系统零序电压，并判断单相接地故障是否解除；

(4)若故障未解除，继续进行步骤(3)的操作；

(5)若故障已解除，返回到步骤(1)重新进行上述操作；

b. 若系统母线制方式为单母线制，即母线分段断路器及Ⅱ段母线不存在于该系统中，它的方法为，

(1)小电流接地系统正常运行时，测控装置实时监测系统三相电压和零序电压，并判断系统是否发生单相接地故障；

(2)没有单相接地故障发生时，重复步骤(1)；当单相接地故障发生时，由测控装置将电容器投切开关闭合，然后进行故障线路的选择，选线结束后，将电容器投切开关断开；

(3)继续监测母线电压和系统零序电压，并判断单相接地故障是否解除；

(4)若故障未解除，继续进行步骤(3)的操作；

(5)若故障已解除，返回到步骤(1)重新进行上述操作。

本发明的工作过程为：对于运行的小电流接地系统，由测控装置实时监测系统的三相电压、零序电压和断路器的状态，并实时判断系统是否发生单相接地故障。系统正常运行时，断路器根据运行方式的需要断开或闭合工作，电容器投切开关是断开的，电容器助增装置不投入。当发生单相接地故障时，a. 若系统为单母线分段制中性点不接地系统，故障前断路器为断开状态，故障后由测控装置将其闭合；若故障前断路器为闭合状态，故障后由测控装置将电容器投切开关闭合；b. 若系统母线制方式为单母线制，故障后由测控装置将电容器投切开关闭合。其目的是增大故障线路的零序电流，而非故障线路的零序电流仍为线路本身的电容电流，从而拉大故障线路与非故障线路之间零序电流的差距，提高选线的准确率。选线结束后，将断路器恢复到原工作要求的状态，立即将电容器投切开关断开，不会对系统的运行造成不利影响。

本发明的有益效果是：(1)本发明在小电流接地系统发生单相接地故障后，通过断路器或电容器助增装置短时增大故障线路的零序电流，而非故障线路的零序电流仍为线路本身的电容电流，从而拉大故障线路与非故障线路之间零序电流的差距，使基于故障稳态量的稳态选线和定位保护更加准确。(2)提高了基于故障稳态量的稳态选线和定位保护的抗过渡电阻能力，由于本发明增加了零序电流，加强了故障点的故障程度，相应的提高了抗过渡电阻能力。

总之，该发明能有效的提高基于故障稳态量的稳态选线和定位保护的准确率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为测控装置功能框图。

图3为单母线分段制中性点不接地系统对应本发明方法流程图。

图4为单母线制中性点不接地系统对应本发明方法流程图。

其中，1、I段母线，2、母线分段断路器，3、电容器投切开关，4、电容器，5、测控装置，6、三相电压、零序电压采集模块，7、断路器状态检测模块，8、断路器开关驱动模块，9、电容器投切开关驱动模块，10、人机对话模块，11、CPU， 12、电压互感器，13、Ⅱ段母线所接线路。

具体实施方式

图1中，在受保护的小电流接地系统I段母线1的每一相上安装电容器4，母线分段开关采用断路器2，其另一端连接Ⅱ段母线所接线路13。如图2所示，在单母线分段制中性点不接地系统中，测控装置5用于监测小电流接地系统是否发生单相接地故障，从而控制断路器2和电容器投切开关3动作；若系统母线制方式为单母线制，即断路器2和断路器开关驱动模块8不存在于该系统中时，测控装置5用于监测小电流接地系统是否发生单相接地故障，从而控制电容器投切开关3动作。测控装置5由三相电压、零序电压采集模块6、断路器状态检测模块7、断路器开关驱动模块8、电容器投切开关驱动模块9、人机对话模块10和CPU 11组成，监测小电流接地系统的三相电压和零序电压来判断系统是否发生单相接地故障，从而控制断路器及电容器投切开关动作。其中，三相电压、零序电压采集模块6由电压变送器、RC低通滤波、由运算放大器构成的预处理电路和A/D转换电路构成；断路器状态检测模块7由断路器辅助触点和检测电路构成；断路器开关驱动模块8及电容器投切开关驱动模块9由继电器驱动电路和控制继电器构成；人机对话模块10由按键和液晶显示模块构成；CPU 11由STC12C5A60S2单片机构成，主要根据三相电压和零序电压判断是否发生单相接接地故障、存储断路器状态检测模块7采集的故障前断路器2的状态、单相接地故障发生时对断路器开关驱动模块8及电容器投切开关驱动模块9发出开关分、合的指令、选择故障线路、人机对话等功能。测控装置5还与电压互感器12连接。

a. 若系统为单母线分段制中性点不接地系统，本发明的方法如图3所示：

(1)小电流接地系统正常运行时，断路器根据运行方式的需要断开或闭合工作，测控装置实时监测系统三相电压、零序电压和断路器状态，并判断系统是否发生单相接地故障；

(2)没有单相接地故障发生时，重复步骤(1)；当单相接地故障发生时，若故障前断路器为断开状态，故障后由测控装置将其闭合，然后进行故障线路的选择，选线结束后，将断路器断开；若故障前断路器为闭合状态，故障后由测控装置将电容器投切开关闭合，然后进行故障线路的选择，选线结束后，将电容器投切开关断开；

(3)继续监测母线电压和系统零序电压，并判断单相接地故障是否解除；

(4)若故障未解除，继续进行步骤(3)的操作；

(5)若故障已解除，返回到步骤(1)重新进行上述操作。

b. 若系统母线制方式为单母线制，即母线分段断路器2及Ⅱ段母线13不存在于该系统中，本发明的方法如图4所示：

(1)小电流接地系统正常运行时，测控装置实时监测系统三相电压和零序电压，并判断系统是否发生单相接地故障；

(2)没有单相接地故障发生时，重复步骤(1)；当单相接地故障发生时，由测控装置将电容器投切开关闭合，然后进行故障线路的选择，选线结束后，将电容器投切开关断开；

(3)继续监测母线电压和系统零序电压，并判断单相接地故障是否解除；

(4)若故障未解除，继续进行步骤(3)的操作；

(5)若故障已解除，返回到步骤(1)重新进行上述操作。

图1中，假设线路Ⅱ的C相发生单相接地故障。a.若系统为单母线分段制中性点不接地系统，故障前断路器2为断开状态，故障后由测控装置5将其闭合；若故障前断路器2为闭合状态，故障后由测控装置将电容器投切开关3闭合；b.若系统母线制方式为单母线制，即母线分段断路器2及Ⅱ段母线13不存在于该系统中，此系统发生单相接地故障后，由测控装置5将电容器投切开关3闭合。其目的是在系统发生单相接地故障时短时增大故障线路的零序电流，而非故障线路的零序电流仍为线路本身的电容电流，从而拉大故障线路与非故障线路之间零序电流的差距，能够提高利用故障稳态量的稳态选线和定位保护的判断准确率。