一种小电流接地系统单相接地故障自动隔离及重合闸方案的制作方法

本发明涉及一种小电流接地故障处理方法，适用于小电流接地方式的配电系统，属于配电网故障保护领域。

背景技术：

我国6～35kv中压配电网多采用小电流接地方式小电流接地系统发生单相接地故障后，过去规程允许系统可继续带故障运行一段时间(1-2h)，以提高供电可靠性，减小停电损失，但同时也存在较大的安全隐患。现场普遍存在的间歇性弧光接地故障会产生较大的过电压，若系统长时间带故障运行，电网中不免存在绝缘薄弱点处，较大的过电压将可能造成绝缘闪烙或击穿，引发两相接地短路故障，甚至更严重的故障，威胁电网安全运行。因此，系统长时间带接地故障运行，可能使故障范围和严重程度扩大，造成重大经济损失，同时危及人身安全。

为及时有效的切除、隔离故障避免事故扩大，同时减少人身触电风险，国家电网q/gdw10370—2016《配电网技术导则》规定：中性点不接地或经消弧线圈接地系统发生单相接地故障后，线路开关宜在延时一段时间(最短约10s)后作用于跳闸。同时南方电网公司也要求就地尽快跳闸切除并隔离接地故障。但由于瞬时性接地故障占比很大，特别对于以架空线路为主的配电网系统，快速(10s)跳闸将使接地故障跳闸率显著升高，供电可靠性下降。

论文《小电流接地系统中面向单相接地故障的自动重合闸技术》在小电流接地系统中引入面向单相接地故障的自动重合闸技术，能够很好的解决短时接地故障消弧问题，避免因弧光接地故障发展成两相接地短路故障。论文《小电流接地故障全信息量选线及自适应保护技术》以供电的综合效益为最优目标，提出一种小电流接地故障自适应保护技术，通过估计故障严重程度、系统绝缘水平以及选线可靠性，自适应地跳闸切除故障，同时兼顾供电可靠性与安全性。

目前，不同模式的馈线自动化在国内中压配电网已广泛应用，且国内不少学者提出了适用不同模式馈线自动化的小电流接地故障定位及处理方法。论文《基于电压–时间型重合器的配电网单相接地故障自动隔离技术研究》，利用电压-时间型分段开关隔离故障，停电范围大、时间长，主要适用于对供电可靠性要求不高的线路。论文《配网自动化系统小电流接地故障暂态定位技术》提出了利用暂态电流波形相似性的集中式馈线自动化方法，定位主站利用暂态电流相似性原理确定故障区段。同时利用暂态功率方向的定位方法可以适应不同模式的馈线自动化，实现接地故障的定位和隔离。

但目前小电流接地故障处理方法均很少考虑出线保护装置、不同模式馈线自动化终端以及分界开关跳闸时的时序配合问题，以及适应不同模式馈线自动化的跳闸和重合闸方案配置问题。

技术实现要素：

本发明给出了一种小电流接地故障自动隔离及重合闸的实现方案，能够根据不同馈线自动化模式，出线保护装置、馈线终端及分界开关保护装置采用不同的跳闸及重合闸方案，并设置不同的跳闸延时时间，实现小电流接地故障的快速、准确处理，并最大限度的保障供电可靠性。

本发明的目的在于解决小电流接地系统中单相接地故障的处理问题，提供适用不同馈线自动化模式的小电流接地故障自动隔离及重合闸实现方案。其技术解决方案是：

ⅰ、对于馈线自动化模式为就地式电压-时间型，其基本流程为：

1)出线保护、馈线终端以及分界开关保护装置配置不同的跳闸及重合闸方案。考虑到分界开关保护装置及电压-时间型馈线终端无法处理供电区域等级、线路类型等一些故障状态信息，仅为出线保护装置根据负荷供电区域、线路类型、过电压水平及故障类型自适应延时跳闸，并配置两次自动重合闸，且重合闸后加速，重合到故障后，快速跳闸切除接地故障，而馈线终端及分界开关保护装置采用固有延时跳闸且不配置自动重合闸；

2)出线保护、馈线终端以及分界开关保护装置设置不同的延时时间定值。为确保分界开关界内故障时，分界开关保护装置优先动作跳闸；分界开关界外故障时，出线保护装置动作跳闸，因此，设定分界开关保护装置跳闸延时定值为时间t，出线保护装置跳闸延时时间由自适应延时时间ta和固定延时构成t+△t，延时时间为ta+t+△t，出线保护装置自动重合闸延时时间为ts1，馈线终端采用电压-时间型，不需要另设延时时间定值；

3)故障发生在分界开关下游，分界开关保护装置及出线保护装置故障保护启动，分界开关保护装置延时时间到动作跳闸，切除故障；而出线保护装置延时时间未到，故障消失，保护返回；电压-时间型馈线终端由于未检测到失压，也不会动作跳闸；

4)故障发生在分界开关上游，故障位于分界开关保护范围外，保护不动作，出线保护装置保护启动，延时时间到，出线保护装置动作跳闸，并配合电压-时间型馈线终端以及出线保护装置自动重合闸，切除并隔离故障。

ⅱ、对于馈线自动化模式为集中式控制型，其基本流程为：

1)出线保护、馈线终端以及分界开关保护装置配置不同的跳闸及重合闸方案。考虑到分界开关保护装置无法处理供电区域等级、线路类型等一些故障状态信息，而配电自动化控制主站可以通过收集故障状态信息，判断故障严重程度、影响范围以及对人身危害影响等，因此出线保护装置和各馈线终端均根据负荷供电区域、线路类型、过电压水平及故障类型自适应延时跳闸，分界开关保护装置采用固定延时跳闸；且出线保护装置及各馈线终端配置一次自动重合闸，重合闸后加速，重合到故障后，快速跳闸切除接地故障，分界开关装置不配置自动重合闸；

2)出线保护、馈线终端以及分界开关保护装置设置不同的延时时间定值。为确保分界开关界内故障时，分界开关保护装置优先动作跳闸；分界开关界外故障且故障未处于出口保护装置与首个馈线终端时，馈线终端优先动作跳闸，因此，设定分界开关保护装置跳闸延时定值为时间t，馈线终端装置跳闸延时时间为ta+t+△t，出线保护装置跳闸延时时间为ta+t+2△t，且馈线终端自动重合闸延时时间为ts2，出线保护装置自动重合闸延时时间为ts1；

3)故障发生在分界开关下游，分界开关保护装置启动、馈线终端及出线保护装置故障保护启动，分界开关保护装置延时时间到动作跳闸，切除故障，而馈线终端及出线保护装置延时时间未到，故障消失，保护返回；

4)故障发生在分界开关上游，故障位于分界开关保护范围外，分界开关保护不动作；配电自动化控制主站通过收集故障信息，确定故障区段，当故障点位于两个馈线终端之间时，遥控故障点两侧线路开关延时跳闸，线路开关跳闸后延时重合闸，若重合到接地故障，线路开关后加速跳闸，切除并隔离故障；当故障点位于出线保护与线路首个馈线终端之间时，由出线保护装置延时到后跳闸，跳闸后延时自动重合闸，若重合到故障，出线保护装置后加速跳闸，切除并隔离故障。

ⅲ、对于馈线自动化模式为分布式控制型，其基本流程为：

1)出线保护、馈线终端以及分界开关保护装置配置不同的跳闸及重合闸方案。考虑到分界开关保护装置无法处理供电区域等级、线路类型等一些故障状态信息，而分布式馈线终端通过交互信息实现故障定位，故障状态信息处理能力较弱，因此仅出线保护装置根据供电区域等级、线路类型、过电压水平及故障类型等因素自适应延时跳闸，馈线终端及分界开关保护装置均采用固定时间延时跳闸；出线保护装置及各馈线终端配置一次自动重合闸，重合闸后加速，重合到故障后，快速跳闸切除接地故障，分界开关保护装置不配置自动重合闸；

2)出线保护、馈线终端以及分界开关保护装置设置不同的延时时间定值。为确保分界开关界内故障时，分界开关保护装置优先动作跳闸；分界开关界外故障且故障未处于出口保护装置与首个馈线终端时，馈线终端优先动作跳闸，因此，设定分界开关保护装置跳闸延时时间定值为t，馈线终端装置跳闸延时时间定值为t+△t，出线保护装置跳闸延时时间为ta+t+2△t，且馈线终端自动重合闸延时时间为ts2，出线保护装置自动重合闸延时时间为ts1；

3)故障发生在分界开关下游，分界开关保护装置启动、馈线终端及出线保护装置故障保护启动，分界开关保护装置延时时间到动作跳闸，切除故障，而馈线终端及出线保护装置延时时间未到，故障消失，保护返回；

4)故障发生在分界开关上游，故障位于分界开关保护范围外，保护不动作，馈线终端通过通信网络交换故障信息，确定故障区段，当故障点位于两个馈线终端之间时，遥控故障点两侧线路开关延时跳闸，线路开关跳闸后延时重合闸，若重合到接地故障，线路开关后加速跳闸，切除并隔离故障；当故障点位于出线保护与线路首个馈线终端之间时，由出线保护装置延时到后跳闸，跳闸后延时自动重合闸，若重合到故障，出线保护装置后加速跳闸，切除并隔离故障。

本发明的有益效果是：相比与现有的小电流接地故障处理技术，本发明考虑了出线保护装置、不同馈线自动化终端以及分界开关保护装置跳闸的时序配合问题，以及不同馈线自动化模式下各保护装置跳闸及重合闸的配置问题，能够实现小电流接地故障的快速、准确处理，同时保障供电可靠性。

附图说明

附图1为放射状就地式电压-时间型馈线自动化系统；

附图2为放射状集中式控制型馈线自动化系统；

附图3为手拉手式分布式控制型馈线自动化系统。

具体实施方式

为实现上述目的，本发明拟用下述技术方案来实现：

ⅰ、当馈线终端为就地式电压-时间型，小电流接地故障处理的基本思路为：若接地故障位于分界开关下游时，分界开关延时动作跳闸，切除故障，而出线保护装置跳闸延时未到，故障消失，保护返回，电压-时间型馈线终端也不动作；若接地故障位于分界开关上游，故障位于分界开关保护范围外，分界开关保护不动作，由出线保护装置根据负荷供电区域、线路类型、过电压水平及故障类型等因素自适应跳闸时间，并延时跳闸，配合电压时间型馈线终端及出线保护装置自动重合闸，切除并隔离故障

具体原理结合附图1进行说明，其中qf为出口断路器，ql1～ql3为线路开关，k1、k2为分界开关。分界开关保护装置设置跳闸延时时间定值t，线路出口保护装置跳闸延时时间由自适应延时和固定延时构成,延时时间为ta+t+△t，馈线终端跳闸延时采用电压-时间型的x时限，线路出口保护装置自动重合闸延时时间定值设为ts1。

以故障位于f1点处为例，故障处于分界开关下游，位于分界开关保护装置保护范围内，分界开关延时时间t动作跳闸，切除故障，而线路保护装置由于延时未到，故障已经消失，保护返回。

ⅱ、当馈线终端为集中式控制型，小电流接地故障处理的基本思路为：若接地故障位于分界开关下游时，分界开关延时动作跳闸，切除故障，而馈线终端及出线保护装置跳闸延时未到，故障消失，保护返回；若接地故障发生在分界开关上游，故障位于分界开关保护范围外，分界开关保护不动作，配点自动化控制主站通过收集故障信息，确定故障区段，并根据负荷供电区域、线路类型、过电压水平及故障类型确定自适应跳闸时间；当故障点位于两个馈线终端之间时，遥控故障点两侧线路开关延时跳闸，线路开关跳闸后延时重合闸，若重合到接地故障，线路开关后加速跳闸，切除并隔离故障；当故障点位于出线保护与线路首个馈线终端之间时，由出线保护装置延时到后跳闸，跳闸后延时自动重合闸，若重合到故障，出线保护装置后加速跳闸，切除并隔离故障。

具体原理结合附图2进行说明，其中qf为出口断路器，ql1～ql3为线路开关，k1、k2为分界开关。分界开关保护装置设置跳闸延时时间定值t，馈线终端跳闸延时时间由自适应延时和固定延时构成，延时时间为ta+t+△t，出线保护装置跳闸延时时间为ta+t+2△t；馈线终端自动重合闸延时时间定值为ts2，出线保护装置自动重合闸延时时间定值设为ts1。

以故障位于f2点处为例，故障处于分界开关上游，位于分界开关保护装置保护范围外，分界开关保护不动作，配电自动化控制主站通过采集故障信息，确定故障位于出口断路器qf和线路开关ql1之间，控制主站根据负荷供电区域、线路类型、过电压水平及故障类型确定自适应延时时间ta，遥控出口断路器qf1经延时ta+t+△t动作跳闸，跳闸后经延时ts1自动重合闸，若接地故障仍然存在，则qf1后加速跳闸，切除故障。

ⅲ、当馈线终端为分布式控制型，小电流接地故障处理的基本思路为：若接地故障位于分界开关下游时，分界开关延时动作跳闸，切除故障，而馈线终端及出线保护装置跳闸延时未到，故障消失，保护返回；若接地故障发生在分界开关上游，故障位于分界开关保护范围外，分界开关保护不动作，馈线终端通过通信网络交换故障信息，确定故障区段；当故障点位于两个馈线终端之间时，遥控故障点两侧线路开关延时跳闸，线路开关跳闸后延时重合闸，若重合到接地故障，线路开关后加速跳闸，切除并隔离故障；当故障点位于出线保护与线路首个馈线终端之间时，由出线保护装置延时到后跳闸，跳闸后延时自动重合闸，若重合到故障，出线保护装置后加速跳闸，切除并隔离故障。

具体原理结合附图3进行说明，其中qf1～qf2为出口断路器，ql1～ql3、ql5为线路分段开关，ql4为线路联络开关，k1、k2为分界开关，stu1-5分别采用西门子sdhl终端单元，其具体的结构以及连接方式为现有技术。分界开关保护装置设置跳闸延时时间定值t，馈线终端跳闸延时时间定值为t+△t，出线保护装置跳闸延时时间为ta+t+2△t；馈线终端自动重合闸延时时间定值为ts2，线路出口保护装置自动重合闸延时时间定值为ts1。

以故障位于f3点处为例，故障处于分界开关上游，位于分界开关保护装置保护范围外，分界开关保护不动作，各馈线终端通过通信网络交换故障信息，确定故障位于线路开关ql1和ql2之间，控制线路开关ql1和ql2经延时t+△t动作跳闸，跳闸延时ts2后自动重合闸，若故障仍然存在，则ql1和ql2后加速跳闸，切除并隔离故障，且控制联络开关ql4延时合闸，恢复健全区段供电。

在本发明中，出线保护为线路出口处的保护装置，馈线终端是线路中间的保护装置，分界开关是用户侧和电网侧的分界点处的保护装置，三种保护的跳闸延时时间定值应依次增加。因此，设定分界开关保护装置跳闸延时时间定值为t，馈线终端装置跳闸延时时间定值根据控制型配置(就地式电压时间型不配置；集中式保护配置自适应跳闸，为ta+t+△t；分布式保护不配置自适应跳闸，为t+△t)，出线保护装置跳闸延时时间为ta+t+2△t。其中，△t为阶梯时间；ta为出线保护装置处的自适应保护延时时间。关于自动重合闸，电压时间型在出线保护配置两次重合闸，第一次出线保护装置自动重合闸延时时间为ts1，第二次出线保护装置自动重合闸延时时间为ts1+△t’；集中式和分布式在馈线终端和出线保护处各配置一次重合闸，馈线终端自动重合闸延时时间为ts2，出线保护装置自动重合闸延时时间为ts1。ts1、ts2为自动重合闸时间，应大于1s；，△t’应大于5s；ta是自适应跳闸延时时间，根据当前故障的严重程度进行评估，不需要设置；t可取3-5s，△t可取2s。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式和有效性进行了描述和验证，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。