基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法，对小电流接地故障发生情况进行甄别；确定小电流接地故障发生时，在故障发生变电站的母线侧非故障相上注入电抗负荷，并持续一定时间；然后在电抗负荷注入的时间内各个馈线终端将电抗负荷注入后的各终端安装点实时电流数据或突变电流数据上送到配网系统主站；最后在配网系统主站侧通过分析电抗负荷注入前后的一定延时时间内的电流变化量确定故障发生的具体故障区域。本发明给出一种线路简单、判定准确性高、无需注入特殊信号的基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法，对目前我国配电网小电流接地故障具有很好的适应性和故障定位可靠性，具备很好的推广价值。
【专利说明】
基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法
技术领域
[0001] 本发明涉及配电网小电流接地故障判定领域，具体来说是一种基于电抗负荷注入 的主站集中式小电流接地故障定位方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能配电网改造建设向深水区推进，提高供电可靠性作为重要的一项指标被 写进了国网"十三五"行动计划中。配电网馈线自动化是提高供电可靠性的关键技术和方 法。近几年，伴随着几轮配电网自动化建设的热潮，国内配电网短路故障下的馈线自动化技 术有了长足的发展，有效确保了短路情况下的配电网供电可靠性。
[0003] 但是，配电网大部分故障是单相接地故障，而我国的配电网中压接地方式多为中 性点非直接接地的小电流接地方式。小电流接地方式虽然可以将接地故障电流限值在较小 的范围，并且可以带故障运行1-2小时，但是接地跨步电压却往往成为威胁人身安全的元 凶，因此快速及时的切除故障显得尤为必要。
[0004] 目前的配电网小电流接地定位方法有两大类，一类为无源法，一类为有源法。无源 法是通过分析小电流接地故障前后各个关键点的暂态波形的变化情况分析故障发生的大 体位置。该种方法无需注入信号，只通过特殊采样终端和主站配合即可完成故障判定，但是 由于配网线路复杂，干扰波形多，其判定的准确性不高。有源法是通过在中性点注入特殊信 号通过特定的终端装置接收信号并配合主站完成故障判定的，该种方法需要注入特殊信 号，并且需要配合特殊终端接收特殊信号，虽然可靠性上较之无源法有提高，但是推广性上 欠佳。
[0005] 因此，研究一种适合于目前我国配电网建设现状，无需配置大量特殊终端而依靠 目前已经建设的大量传统终端的综合小电流接地故障判定方法具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明结合配电网特点，给出一种线路简单、判定准确性高、无需 注入特殊信号的基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法。
[0007] 为解决上述问题，本发明采取的技术方案为:基于电抗负荷注入的主站集中式小 电流接地故障定位方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤一、对小电流接地故障发生情况进行甄别；
[0009] 步骤二、确定小电流接地故障发生时，在故障发生变电站的母线侧非故障相上注 入电抗负荷，并持续一定时间后退出电抗负荷；
[0010] 步骤三、在电抗负荷注入的时间段内各馈线终端将电抗负荷注入后的各终端安装 点实时电流数据和突变电流数据上送到配网系统主站；
[0011] 步骤四、在配网系统主站侧通过分析电抗负荷注入前后的一定延时时间内的电流 变化量，确定故障发生的具体故障区域。
[0012] 优选的，步骤一中采用母线三相电压和零序电压变化来对小电流接地故障发生情 况进行甄别，具体为以下三种情况：
[0013] (1)母线有两相电压升高接近线电压，而有一相电压降低，并且零序电压在50-110V时，则认为发生单相接地故障；
[0014] (2)母线有一相电压升高超过线电压，而另两相电压降低，并且零序电压在50-100V时，认为发生电压互感器工频铁磁谐振；
[0015] (3)母线有一相电压接近于0,而另两相电压不变，且零序电压在33V附近时，认为 发生电压互感器熔断器熔断。
[0016] 步骤二中所述在故障发生变电站的母线侧非故障相上注入电抗负荷，具体分三种 情况注入：
[0017] (1)在故障相电压滞后相上注入电抗负荷；
[0018] (2)在故障相电压超前相上注入电抗负荷；
[0019] (3)在非故障相的两相上同时注入电抗负荷。
[0020] 电抗负荷的注入当需持续一定时间，延时时间到后退出电抗负荷。
[0021] 步骤三中所述的馈线终端包括FTU、DTU、故障指示器；
[0022]其中，针对实时上送实时电流数据到配网系统主站的FTU、DTU、故障指示器等终端 装置，延时时间可以设置短一些，例如200毫秒。
[0023]针对非实时上送电流数据到配网系统主站的故障指示器的延时时间设置为5分 钟；
[0024]针对上送突变电流数据到配网系统主站的FTU、DTU、故障指示器等终端装置，延时 时间可以设置短一些，例如1秒钟。
[0025] 步骤四中确定故障发生的具体故障区域，其具体判定准则为：
[0026] (1)若最小故障判定区域的入域突变电流不为零，而出域突变电流为0，则接地故 障发生在该最小故障判定区域内；
[0027] (2)若最小故障判定区域的入域突变电流和出域突变电流全都不为零，而入域突 变电流等于出域突变电流，则该最小故障判定区域内无接地故障发生；
[0028] (3)若最小故障判定区域的入域突变电流和出域突变电流全都为零，则该最小故 障判定区域内无接地故障发生。
[0029] 所述最小故障判定区域是指边界为FTU、DTU和故障指示器，而其无内节点，或者其 内节点皆为T节点的连通系，其故障前后流入该最小故障判定区域的故障相突变电流称为 入域突变电流，而故障前后流出该最小故障判定区域的故障相突变电流称为出域突变电 流，故障相突变电流是指前后两次电流的变化量超过一定值的电流；
[0030] 设故障前流过最小故障判定区域边界终端如FTU、DTU和故障指示器的故障相电流 为I 〇，而故障后流过最小故障判定区域边界终端如FTU、DTU和故障指示器等的故障相电流 为h，最小故障判定区域边界终端故障相突变电流为Itb，故障相突变电流阀值为I。则：
[0032] 入域突变电流为Iin，出域突变电流Icmt为
[0033] 其中，Iltb为最小故障判定区域包含的各个出域开关的突变电流，其中i = 0，l，2… n，n为最小故障判定区域包含的出域开关数；
[0034]设最小故障判定区域判定逻辑为Afault，若Afault为0表示小电流接地故障发生在最 小故障判定区域，而非零表示故障未发生在该最小故障判定区域：
[0036] 本发明有益技术效果:本发明给出一种线路简单、判定准确性高、无需注入特殊信 号的基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法。该方法对目前我国配电网 小电流接地故障具有很好的适应性和故障定位可靠性，具备很好的推广价值。
【具体实施方式】
[0037] 基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法，包括如下步骤：
[0038]步骤一、采用母线三相电压和零序电压变化对小电流接地故障发生情况进行甄 另IJ;具体为以下三种情况：
[0039] (1)母线有两相电压电压升高接近线电压，而有一相电压降低，并且零序电压在 50-110V时，则认为发生单相接地故障；
[0040] (2)母线有一相电压升高超过线电压，而另两相电压降低，并且零序电压在50-100V时，认为发生电压互感器工频铁磁谐振；
[0041] (3)母线有一相电压接近于0,而另两相电压不变，且零序电压在33V附近时，认为 发生电压互感器熔断器熔断。
[0042] 步骤二、确定小电流接地故障发生时，在故障发生变电站的母线侧非故障相上注 入电抗负荷，具体分三种情况注入：
[0043] (1)在故障相电压滞后相上注入电抗负荷；
[0044] (2)在故障相电压超前相上注入电抗负荷；
[0045] (3)在非故障相的两相上同时注入电抗负荷；
[0046] 注入电抗负荷持续一定时间后退出电抗负荷；
[0047]步骤三、在电抗负荷注入的时间段内各个馈线终端如FTU、DTU、故障指示器，将电 抗负荷注入后的各终端安装点实时电流数据和突变电流数据上送到配网系统主站;其中， 实时上送实时电流数据到配网系统主站的FTU、DTU、故障指示器的延时时间设置为200毫 秒；
[0048] 非实时上送电流数据到配网系统主站的故障指示器的延时时间设置为5分钟；
[0049] 上送突变电流数据到配网系统主站的FTU、DTU、故障指示器的延时时间设置为1秒 钟。
[0050] 步骤四、在配网系统主站侧通过分析电抗负荷注入前后的一定延时时间内的电流 变化量，确定故障发生的具体故障区域，其具体判定准则为：
[0051 ] (1)若最小故障判定区域的入域突变电流不为零，而出域突变电流为0，则接地故 障发生在该最小故障判定区域内；
[0052] (2)若最小故障判定区域的入域突变电流和出域突变电流全都不为零，而入域突 变电流等于出域突变电流，则该最小故障判定区域内无接地故障发生。
[0053] (3)若最小故障判定区域的入域突变电流和出域突变电流全都为零，则该最小故 障判定区域内无接地故障发生。
[0054]所述最小故障判定区域是指边界为FTU、DTU和故障指示器，而其无内节点，或者其 内节点皆为T节点的连通系，其故障前后流入该最小故障判定区域的故障相突变电流称为 入域突变电流，而故障前后流出该最小故障判定区域的故障相突变电流称为出域突变电 流，故障相突变电流是指前后两次电流的变化量超过一定值的电流；
[0055]设故障前流过最小故障判定区域边界终端如FTU、DTU和故障指示器的故障相电流 为I 〇，而故障后流过最小故障判定区域边界终端如FTU、DTU和故障指示器等的故障相电流 为h，最小故障判定区域边界终端故障相突变电流为Itb，故障相突变电流阀值为I。则：
[0057] 入域突变电流为Iin，出域突变电流Icmt为
[0058]其中，Iitb为最小故障判定区域包含的各个出域开关的突变电流，其中i = 0，1，2… n，n为最小故障判定区域包含的出域开关数；
[0059]设最小故障判定区域判定逻辑为Afault，若Afault为0表示小电流接地故障发生在最 小故障判定区域，而非零表示故障未发生在该最小故障判定区域：
【主权项】
1. 基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法，其特征在于包括如下步 骤： 步骤一、对小电流接地故障发生情况进行甄别； 步骤二、确定小电流接地故障发生时，在故障发生变电站的母线侧非故障相上注入电 抗负荷，并持续一定时间后退出电抗负荷； 步骤三、在电抗负荷注入的时间段内各个馈线终端将电抗负荷注入后的各终端安装点 实时电流数据和突变电流数据上送到配网系统主站； 步骤四、在配网系统主站侧通过分析电抗负荷注入前后的一定延时时间内的电流变化 量，确定故障发生的具体故障区域。2. 根据权利要求1所述的基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法， 其特征在于:步骤一中采用母线三相电压和零序电压变化来对小电流接地故障发生情况进 行甄别，具体为以下三种情况： (1) 母线有两相电压升高接近线电压，而有一相电压降低，并且零序电压在50-110V时， 则认为发生单相接地故障； (2) 母线有一相电压升高超过线电压，而另两相电压降低，并且零序电压在50-100V时， 认为发生电压互感器工频铁磁谐振； (3) 母线有一相电压接近于0,而另两相电压不变，且零序电压在33V附近时，认为发生 电压互感器熔断器熔断。3. 根据权利要求1所述的基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法， 其特征在于:步骤二中所述在故障发生变电站的母线侧非故障相上注入电抗负荷，具体分 三种情况注入： (1) 在故障相电压滞后相上注入电抗负荷； (2) 在故障相电压超前相上注入电抗负荷； (3) 在非故障相的两相上同时注入电抗负荷。4. 根据权利要求1所述的基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法， 其特征在于:步骤三中所述的馈线终端包括FTU、DTU、故障指示器； 其中，实时上送实时电流数据到配网系统主站的FTU、DTU、故障指示器的延时时间设置 为200毫秒； 非实时上送电流数据到配网系统主站的故障指示器的延时时间设置为5分钟； 上送突变电流数据到配网系统主站的FTU、DTU、故障指示器的延时时间设置为1秒钟。5. 根据权利要求4所述基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法，其 特征在于:步骤四中确定故障发生的具体故障区域，其具体判定准则为： (1) 若最小故障判定区域的入域突变电流不为零，而出域突变电流为〇，则接地故障发 生在该最小故障判定区域内； (2) 若最小故障判定区域的入域突变电流和出域突变电流全都不为零，而入域突变电 流等于出域突变电流，则该最小故障判定区域内无接地故障发生； (3) 若最小故障判定区域的入域突变电流和出域突变电流全都为零，则该最小故障判 定区域内无接地故障发生。6. 根据权利要求5所述基于电抗负荷注入的主站集中式小电流接地故障定位方法，其 特征在于:所述最小故障判定区域是指边界为FTU、DTU和故障指示器，而其无内节点，或者 其内节点皆为T节点的连通系，其故障前后流入该最小故障判定区域的故障相突变电流称 为入域突变电流，而故障前后流出该最小故障判定区域的故障相突变电流称为出域突变电 流，故障相突变电流是指前后两次电流的变化量超过一定值的电流； 设故障前流过最小故障判定区域边界终端如FTU、DTU和故障指示器的故障相电流为1〇， 而故障后流过最小故障判定区域边界终端如FTU、DTU和故障指示器等的故障相电流为h， 最小故障判定区域边界终端故障相突变电流为Itb，故障相突变电流阀值为I。则：入域突变电流为Iin，出域突变其中，Iitb为最小故障判定区域包含的各个出域开关的突变电流，其中i = 0，l，2…n，n 为最小故障判定区域包含的出域开关数； 设最小故障判定区域判定逻辑为Afrnjlt，若Afrnjlt为0表示小电流接地故障发生在最小故 障判定区域，而非零表示故障未发生在该最小故障判定区域：
【文档编号】G01R31/08GK106054030SQ201610677522
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月17日
【发明人】张伟, 闫剑锋, 张珠玉, 吕明超, 段渴望
【申请人】积成电子股份有限公司