基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线方法及系统与流程

本发明属于配电网故障选线领域，特别涉及一种基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线方法及系统。

背景技术：

配电网结构复杂、出线较多，极易发生单相接地故障。我国配电网广泛使用中性点经消弧线圈接地方式，但同时也使得故障电流减小，故障特征不明显，故障选线准确率大大降低。若未能及时清除故障，则接地故障容易发展为相间故障，造成用户停电甚至损坏相关的电气设备。由此可见，提高故障选线的准确率是保障及时清除故障的必要条件。

现有技术中配电网单相接地故障选线的方法主要为以下两种：

1、主动选线方法

主动选线方法通过施加外加信号，并产生额外的故障特征来区分故障线路，为了产生相应的选线特征量，主动式选线方法通常要求配合专用的一次设备，或依靠特定的消弧线圈装置以完成产生选线信号的功能。其优点是所利用的特征量单一明确，在接地期间可反复进行选线，缺点是高度依赖专用的一次设备，对消弧装置和选线装置的配合要求较高，因此有可能增加成本、降低经济性，且施加的外加信号一般为小信号，考虑到配电网运行环境干扰较大，外加信号往往较难检测。本发明所需接地变压器为变电站已有，仅需增加一支路使抽头接地，其成本大大降低，且简单可靠，且通过主动调控工频电压进行故障判断，使故障特征更加明显，易于检测。

2、被动选线方法

被动式选线方法可分为稳态类选线方法和暂态类选线方法。稳态类选线方法是利用接地期间持续存在的稳态信号进行选线，但所需的有功分量或谐波分量通常幅值较小，其含量远小于稳态的零序工频电流，因此稳态类选线方法很容易受到系统噪声的干扰，在系统受扰程度较高的故障暂态期间可能难以进行准确选线。暂态类选线方法利用接地初期产生的暂态信号进行选线，但这些分量本身具有不稳定性、不确定性和短暂性，其频率、幅值等参数在不同的系统结构和故障条件下具有很大的变化范围，由此将造成特征量提取和保护定值整定的困难，对于装置采样频率也提出了较高的要求。

基于上述现有技术中存在的问题，急需寻找一种更为准确的配电网单相接地故障选线方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线方法及系统，其目的在于，通过主动调控接地变压器分接抽头接地档位，采用线路的零序电流变化量进行选线，接地故障期间零序电流持续存在，特征明显，且不易受噪声干扰，不存在现有技术中的缺陷。

一种基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线方法，首先，在变压器绕组抽头处设置均匀调节绕组接入量的接地支路，当配电网发生单相接地故障时，闭合故障相处的接地支路的开关；其次，调节接地变压器中故障相绕组分接抽头到两个不同的接入档位，同时测量在不同接入档位下系统所有馈线零序电流，并计算接入档位变化前后系统各馈线零序电流的变化量，零序电流变化量最大的馈线即为故障馈线，完成故障选线。

闭合故障相处的接地支路的开关，使得故障相的接地变压器绕组抽头接地。

进一步地，所述与均匀调节绕组接入量的接地支路相连的变压器绕组抽头设有n个接入档位，n取值为大于或等于2的整数。

进一步地，所述故障相通过以下方法识别：

若中性点电压超过第一额定相电压阈值，或中性点电压变化量超过第二额定相电压阈值则判定发生接地故障；电压最低相判定为故障相。

进一步地，所述故障相通过以下方法识别：

首先，通过连续测量接地变压器中性点电压及中性点电压变化量，若中性点电压超过第一额定相电压阈值，或中性点电压变化量超过第二额定相电压阈值，则可能存在接地故障，闭合设置在变压器绕组抽头处均匀调节绕组接入量的接地支路，即依次闭合a、b、c三相绕组的接地支路的开关，否则，判定当前不存在接地故障；

其次，对a、b、c三相绕组依次逐渐升高接地变压器绕组分接抽头的接入档位，并测量系统三相线路零序电流，若零序电流随着接入档位的升高均呈线性增加，则无故障发生，若调节某相抽头时线路零序电流呈非线性变化，则判定该相发生故障。

进一步地，所述零序电流随着接入档位的变化呈线性增加或减小是指接地变压器绕组分接抽头的接入档位大小与零序电流大小的相关系数r大于或等于0.98时，零序电流随接入档位增加呈线性增加，零序电流随接入档位减小呈线性减小。

进一步地，所述档位大小与零序电流大小的相关系数r采用以下公式计算获得：

式中：i为接地变压器绕组分接抽头所处的接入档位大小，i0i为第i档时线路的零序电流大小，n表示接地变压器绕组的档位总量。

一种基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线系统，包括：

配电网故障相监测单元，用于监测配电网是否发生单相接地故障；

变压器绕组接入档位调节单元，依据配电网故障相监测单元的监测结果，若发生配电网单相接地故障，调节接地变压器中故障相绕组分接抽头到两个不同的接入档位；

零序电流测量单元，用于测量零序电流大小以及变化量；

零序电流变化计算单元，用于依据变压器绕组接入档位调节单元的调节操作，计算各馈线零序电流随着接入档位变化的变化量；

故障馈线识别单元，用于依据零序电流变化量判断单元的判断结果，获得故障馈线识别结果：零序电流变化量最大的馈线即为故障馈线。

有益效果

本发明提供了一种基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线方法及系统，该方法在接地变压器绕组抽头处设置接地支路开关，通过前后两次调节抽头档位，利用线路零序电流的最大线性变化量判断接地故障馈线。

本发明提出的配电网单相接地故障选线方法，故障馈线与非故障馈线的零序电流变化量区别较大，可明显判别故障馈线，选线准确率较高；仅需通过调节接地变压器绕组抽头档位即可完成故障选线，且接地变压器为变电站已有，仅需增加相应抽头及接地支路，无需增加相应选线设备，大大减小了投资成本，具有很强的经济性。相对于常规的变压器设置方法具有以下几点不同：

(1)档位设置方式不同

本发明在变压器绕组上均匀设置抽头，假设绕组匝数共600匝，若设置6个抽头，如图1所示则n＝6，档位1到6到中性点的匝数依次为100、200、300、400、500、600，调控时只调节单相接地抽头，其目的是改变某相电压的电压水平，使其能够在较大范围内变化。而传统变压器只能在额定电压抽头附近调节，抽头未覆盖整个绕组，所能调节的范围有限，调控时需同时调节三相抽头，且不通过抽头接地，其目的是在系统电压发生偏移时，通过小幅调节电压，使系统电压稳定在额定范围内；

(2)变压器接线方式不同

传统变压器只有变压器绕组两端接入系统，通过调节一端抽头改变变压器绕组的总匝数以调节电压。而本发明并未改变绕组的总匝数，而是在绕组抽头处增加了一条支路接地，通过调节该支路抽头的接入档位来调节相电压。

(3)调档方法不同

传统方法是三相抽头同时调节，则三相电压始终对称，故不能产生零序电压，线路上也不会产生零序电流，则无法通过零序电流的变化情况辨识故障；本发明只调节单相的接地支路抽头，另外两相并无变化，故能够调节零序电压，也能调节零序电流。此外，本发明是通过调节抽头档位来进行故障选线，不同于传统方法中抽头通常只固定停留在某个档位，本发明需调节接地变压器中故障相绕组分接抽头到两个不同的接入档位。

综上所述，本发明提出的配电网单相接地故障选线方法，可通过零序电流的线性变化量判断线路是否发生接地故障，辨识准确度较高。

附图说明

图1为接地变压器接线图；

图2为本发明所述实例的一种基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。

如图2所示，为本发明所述实例的一种基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线方法，首先，在变压器绕组抽头处设置均匀调节绕组接入量的接地支路，当配电网发生单相接地故障时，闭合故障相处的接地支路的开关；其次，调节接地变压器中故障相绕组分接抽头到两个不同的接入档位，同时测量在不同接入档位下系统所有馈线零序电流，并计算接入档位变化前后系统各馈线零序电流的变化量，零序电流变化量最大的馈线即为故障馈线，完成故障选线。

其中，接地变压器的接线如图1所示，在图1中，分别为a、b、c三相的电源电动势，n为中性点，as、bs、cs为接地变压器高压侧绕组，每相绕组匝数为n1，该侧绕组每相均匀设置n个接地分接抽头，绕组抽头从中性点到系统侧的档位依次为1、2、…、n，则到中性点的匝数依次为n1/n、2n1/n、…、n1。假设绕组匝数共600匝，若设置6个抽头，则n＝6，档位1到6到中性点的匝数依次为100、200、300、400、500、600。高压侧绕组一端接于系统，一端接于中性点，此外在高压绕组抽头处增加一接地支路，s为接地支路开关。z为中性点接地阻抗，as、bs、cs为低压侧绕组。设故障线路为馈线j，对地泄漏电阻、对地电容分别为rj、cj，rf为故障过渡电阻；设非故障线路共有m条，分别为馈线1、2、…、m，对地泄漏电阻依次为r1、r2、…、rm，对地电容依次为c1、c2、…、cm。且存在以下关系：其中为故障相电压，nx为接地抽头到中性点间的绕组匝数，为故障相的电源电动势，为中性点零序电压。随着档位的增加nx增加，故障相电压减小，则将增加；同理，随着档位的减小nx减小，故障相电压增加，将减小。

故障馈线j的对地参数零序阻抗为z0j(z0j＝rj/3+1/(jωcj))；非故障馈线1、2、…、m的对地参数零序阻抗依次为z01、z02、…、z0m，对于其中某条非故障馈线k(k∈{1,2,...,m})，对地泄漏电阻为rk，对地电容ck，对地参数零序阻抗为z0k，则z0k＝rk/3+1/(jωck)。接地变压器中性点电压为若c相发生接地故障，则

对于故障馈线j，零序电流为：将代入，则可化简为对于非故障馈线k，零序电流为：将代入，则可化简为

调节接地变压器抽头档位，故障相电压变化量为则调档前后，故障馈线j零序电流变化量为：非故障馈线k零序电流为：

由于故障过渡电阻远小于线路零序对地阻抗，则可得即接地变压器调档前后故障馈线零序电流变化量大于非故障馈线零序电流变化量，则零序电流变化量最大的馈线即为故障馈线。

假设c相发生接地故障，故障选线步骤如下：若系统发生接地故障，闭合接地变故障相接地支路开关s，即将cs的抽头接地，将抽头调节到任意两个档位，并测量各档位下各馈线的零序电流，计算各馈线零序电流的变化量，变化量最大的馈线即为故障馈线。

故障相的识别方法可以采用以下两种：

1.若中性点电压超过第一额定相电压即15％额定相电压，或中性点电压变化量超过第二额定相电压即3％额定相电压则判定发生接地故障；电压最低相判定为故障相。

2.为了使得故障相识别更加准确，首先，通过连续测量接地变压器中性点电压及中性点电压变化量，若中性点电压超过15％额定相电压，或中性点电压变化量超过3％额定相电压，则可能存在接地故障，闭合设置在变压器绕组抽头处均匀调节绕组接入量的接地支路，即依次闭合a、b、c三相绕组的接地支路的开关，否则，判定当前不存在接地故障；

其次，对a、b、c三相绕组依次逐渐升高接地变压器绕组分接抽头的接入档位，并测量系统三相线路零序电流，若零序电流随着接入档位的升高均呈线性增加，则无故障发生，若调节某相抽头时线路零序电流呈非线性变化，则判定该相发生故障。

其中，零序电流随着接入档位的变化呈线性增加或减小是指接地变压器绕组分接抽头的接入档位大小与零序电流大小的相关系数r大于或等于0.98时，零序电流随接入档位增加呈线性增加，零序电流随接入档位减小呈线性减小。

所述档位大小与零序电流大小的相关系数r采用以下公式计算获得：

式中：i为接地变压器绕组分接抽头所处的接入档位大小，i0i为第i档时线路的零序电流大小，n表示接地变压器绕组的档位总量。

一种基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线系统，其特征在于，包括：

配电网故障相监测单元，用于监测配电网是否发生单相接地故障；

变压器绕组接入档位调节单元，依据配电网故障相监测单元的监测结果，若发生配电网单相接地故障，调节接地变压器中故障相绕组分接抽头到两个不同的接入档位；

零序电流测量单元，用于测量零序电流大小以及变化量；

零序电流变化计算单元，用于依据变压器绕组接入档位调节单元的调节操作，计算各馈线零序电流随着接入档位变化的变化量；

故障馈线识别单元，用于依据零序电流变化量判断单元的判断结果，获得故障馈线识别结果：零序电流变化量最大的馈线即为故障馈线。

应当理解，本发明各个实施例中的功能单元模块可以集中在一个处理单元中，也可以是各个单元模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上的单元模块集成在一个单元模块中，可以采用硬件或软件的形式来实现。

为了验证本发明所提方法的可行性，下面结合具体实例进行分析。

在pscad仿真软件中搭建如图1所示模型，共设置4条馈线，馈线1、2、3为正常馈线，馈线4为故障馈线。高压侧绕组每相设置5个档位，将接地变压器绕组抽头档位调到档位1及档位5，分别测量各馈线零序电流，并计算零序电流变化量，结果如表1所示。

表1

由表可知，馈线4零序电流变化量均为最大，容易判断该线路即为故障馈线，验证了仿真假设，证明了本发明所提方法的可行性。

前面所述接地变为y/△接线变压器。z型接地变压器、y/y/△接线变压器也同样适用，抽头设置方式、判断方法等也完全相同。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。