一种消弧线圈并联小电阻配电网接地故障处理方法与流程

本发明涉及配电网接地故障保护领域，具体是一种消弧线圈并联小电阻配电网接地故障处理方法。

背景技术：

配电网中性点接地方式主要有不接地、谐振接地、小电阻接地等几种形式，单相接地故障处理策略受不同接地方式的限制，存在一定差别。针对配电网接地故障处理问题，目前多数发明主要集中在小电流接地系统，目的是解决消弧线圈补偿后工频零序电流幅值小(一般仅有数安培)、故障特征消失等问题，主要有利用故障暂态电气量与外施信号(如改变消弧线圈补偿度、并联中电阻、注入信号等)等两类检测方法。对于小电阻接地系统，由于故障电流最大可达数百安培，故障特征明显，现场多采用零序过电流保护方法。

为了使多数接地故障自动熄弧，并可靠切除永久故障线路，减小接地故障对配电网的影响，国内部分省份的电网公司提出消弧线圈并联小电阻接地方式，消弧线圈并联小电阻接地系统主要由消弧线圈l、10ω(16ω)小电阻rn、真空接触器或断路器、控制器、零序电流互感器、接地变压器等组成，基本结构如图1所示，其单相接地故障处理流程一般为：系统正常运行时中性点经随调谐或预调谐消弧线圈接地，当发生单相接地故障时，能够短时自动补偿系统单相接地电容电流的工频分量，从而有效消除故障电弧，促进接地故障消失并抑制弧光接地过电压。若接地故障在设定的补偿时间ts(3～10s)内未消失，则投入10或16ω小电阻rn，使其与消弧线圈l并联，由零序保护装置动作切除故障线路。若无需与配电网自动化配合，故障线路切除后小电阻应立刻退出运行；若需与配电网自动化进行配合，在配电网自动化实现相应功能后，再退出小电阻。上述方案能实现多数接地故障自动熄弧与永久接地故障的可靠保护，兼顾了谐振接地与小电阻接地方式的优点，然而也存在着并联小电阻热容量不足、高阻接地时拒动、对系统造成冲击等工程实际问题。经不完全统计，在2012-2018年，几处采用中性点经消弧线圈并联小电阻接地方式的变电站发生接地故障后，并联小电阻共投入1037次，而零序保护动作共269次，动作率仅为25.94％。

本发明人在实现本发明的过程中经过研究发现：随着接地故障选线技术及跳闸技术的发展，谐振接地系统选线正确率有明显提升，对于过渡电阻1500欧姆以内的接地故障其选线正确率超过90％，依照接地选线结果直接切除故障线路成为可能。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明提出一种消弧线圈并联小电阻配电网接地故障处理方法，在处理接地故障时引入谐振接地系统选线结果，可合理减少小电阻投入次数、节约建设维护成本、加快故障线路切除。

本发明采用如下技术方案：

一种消弧线圈并联小电阻配电网接地故障处理方法，首先利用消弧线圈消弧，其次综合利用故障自身电气量实现接地选线、估算故障点过渡电阻，并依照相关算法对选线结果进行可信度评估，仅在过渡电阻低于设定标准且选线结果不可信时，投入并联小电阻进行二次保护。

进一步的，所述方法具体包括如下步骤：步骤1：当线路fn发生单相接地故障后，判定是否为间歇性故障，若判定为间歇性故障，则执行步骤4，否则判定为永久故障，执行步骤2；

步骤2：消弧线圈在其补偿时间ts内充分消弧，接地选线起动，同时记录设定时间内的故障次数；

步骤3：若系统零序电压在ts内小于等于正常水平，则判定接地故障消失，系统恢复正常运行；否则判定为永久故障，然后执行步骤4；

步骤4：估算故障点过渡电阻阻值；

步骤5：执行选线结果可信度评估流程，若选线结果可信，则根据选线结果直接作用于保护跳闸，切除故障线路，处理结束，若选线结果不可信，则执行步骤6；

步骤6：结合配电网保护实际整定电流值，设定过渡电阻整定值，若实际过渡电阻大于该过渡电阻整定值，则仅基于接地选线结果发出告警信息，处理结束；若实际过渡电阻小于等于该过渡电阻整定值，则执行步骤7；

步骤7：投入中性点并联小电阻，放大故障电流参量，零序保护装置动作切除故障线路后退出并联小电阻，处理结束，若投入并联小电阻后，零序保护装置未动作时间达到电阻额定时间，则告警并强制退出并联小电阻。

进一步的，还包括：步骤8：完成处理后，每种处理结果上报主站。

进一步的，步骤1及步骤2中判断线路是否发生故障、接地选线是否起动、故障是否消失以系统零序电压为门槛值，消弧线圈补偿时间ts一般可取3～10s。

进一步的，所述步骤4中估算故障点过渡电阻采用相电流变化量法，或采用根据线路电流电压变化量计算各出线对地电容，以此估算过渡电阻的方法。

进一步的，步骤5中，可信度评估的具体方法为：

(1)当选用以波形极性比较结果为选线依据的算法时：计算各出线暂态零模电流实际幅值分别为ia’(n)，各出线电流与暂态零模电压导数间的相关系数为ρ’(n)，进而根据实际情况选择算法，得出可信度评价结果；

(2)当选用以故障分量幅值比较结果为选线依据的算法(例如暂态电流幅值比较法)时：取暂态电流幅值最大的n条出线，n≤5，其幅值最大值为ia’，进而根据实际情况选择算法，置ρ’为0.8或0.85，得出可信度评价结果。

进一步的，步骤6中，过渡电阻整定值含义为该系统采用小电阻接地方式时，发生单相接地故障后，若故障点过渡电阻高于该整定值，则零序过电流保护无法可靠动作，其具体整定方法为：若并联小电阻为10ω，当零序过电流保护的整定值为60a时，过渡电阻整定值设置为150ω；当零序过电流保护的整定值为40a时，过渡电阻整定值设置为200ω，以此类推。

进一步的，所述电阻额定时间为3～5s。

进一步的，当相同故障点2min内发生3次及以上接地故障时，即可判定为间歇性接地故障。

本发明能有效减少中性点并联小电阻的投切次数，尽可能避免并联小电阻投入对系统造成的冲击，节约并联小电阻的热容量与建设运行维护成本，延长小电阻使用寿命，且在一定程度上解决了高阻接地时，小电阻即使投入，零序保护也无法起动的问题，更适用于现场实际运行。

附图说明

图1为消弧线圈并联小电阻接地系统故障后的结构简图；

图2为本发明消弧线圈并联小电阻配电网接地故障处理方法的流程图；

图3为谐振接地系统金属性接地录波波形。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细说明。

一种消弧线圈并联小电阻配电网接地故障处理方法，其处理流程如图2所示，包括：

步骤1：当线路fn发生单相接地故障后，判定是否为间歇性故障，若判定为间歇性故障(例如多次故障持续时间均小于消弧线圈补偿时间ts)，则执行步骤4，否则判定为永久故障，执行步骤2；

步骤2：消弧线圈在其补偿时间ts内充分消弧，接地选线起动，同时记录设定时间内的故障次数；当相同故障点2min内发生3次及以上接地故障时，即可判定为间歇性接地故障。

步骤3：若系统零序电压在ts内小于等于正常水平，则判定接地故障消失，系统恢复正常运行；否则判定为永久故障，然后执行步骤4；

步骤4：估算故障点过渡电阻阻值；

步骤5：执行选线结果可信度评估流程，若选线结果可信，则根据选线结果直接作用于保护跳闸，切除故障线路，处理结束，若选线结果不可信，则执行步骤6；

步骤6：结合配电网保护实际整定电流值(配电网零序过电流保护的整定值)，设定过渡电阻整定值，若实际过渡电阻大于该过渡电阻整定值，则仅基于接地选线结果发出告警信息，处理结束；若实际过渡电阻小于等于该过渡电阻整定值，则执行步骤7；

步骤7：投入中性点并联小电阻，放大故障电流参量，零序保护装置动作切除故障线路后退出并联小电阻，处理结束，若投入并联小电阻后，零序保护装置未动作时间达到电阻额定时间(即故障线路未成功切除)，则告警并强制退出并联小电阻；

步骤8：完成处理后，每种处理结果上报主站。

所述步骤1及步骤2中判断线路是否发生故障、接地选线是否起动、故障是否消失等以系统零序电压为门槛值，10kv配电网一般取15v，消弧线圈补偿时间ts一般可取3～10s。

所述步骤4中估算故障点过渡电阻可采用相电流变化量法，也可采用根据线路电流电压变化量计算各出线对地电容，以此估算过渡电阻的方法。其中估算故障点过渡电阻阻值的相电流变化量法为：假设a相故障，则其三相对地电压分别为：ua＝ea+u′0,ub＝eb+u′0,uc＝ec+u′0，其中ea、eb、ec分别为三相电源电压，u′0为中性点位移电压。因通常故障相电压最小且满足|ua|<|ub|、|ua|<|uc|，定义相对地计算电阻为故障后该相对地电压与以该相为基准的相间差电流的比值，则故障线路fn的三相计算电阻分别为：

其中δia、δib、δic分别为线路fn接地故障前后的三相电流变化量，则出线对地过渡电阻为三相对地计算电阻中的最小值，即rf＝{rfa,rfb,rfc}min。

所述步骤5中，所述步骤5中可信度评估具体流程为

(1)当选用以波形极性比较结果为选线依据的算法(例如判断暂态零模电压导数与零模电流极性关系)时：计算各出线暂态零模电流实际幅值分别为ia’(n)，各出线电流与暂态零模电压导数间的相关系数为ρ’(n)，进而根据实际情况选择算法，得出可信度评价结果；

(2)当选用以故障分量幅值比较结果为选线依据的算法(例如暂态电流幅值比较法)时：取暂态电流幅值最大的n(一般取n≤5)条出线，其幅值最大值为ia’，进而根据实际情况选择算法，置ρ’为0.8或0.85，得出可信度评价结果。

以暂态法选线(主要包括以波形极性比较结果为依据的选线算法和以故障分量幅值比较结果为选线依据的算法)为例，需引入故障暂态电流幅值门槛与波形相关系数。

其中：

故障暂态电流幅值门槛ia_set可以表示为：

式中：iac.min为电流互感器最小精工电流；k为可靠系数。

相关系数门槛值ρ可以表示为：

式中：s01、s02分别为不同检测点待判断信号的采样值；n为采样序列；n为待测信号采样数据长度，ρ值在-1～1间分布。

因此，针对主要是利用故障自身暂态电气量进行选线的相关算法，综合考虑故障暂态电流幅值与波形相关系数等影响因素，选线结果可信度高低可用下式计算：

其中，ia_set可取5a，ρset可取0.7，y为选线结果可信度，在10kv配电网中，其门槛值可设置为0.49。为便于实际应用，本发明结合现场运行经验给出一种参数选取范围，当选线结果可信时，ia与ρ实际参数取值应满足：

当故障暂态电流幅值与波形相关系数满足上式时，亦可判断选线结果可信。

所述步骤6中过渡电阻整定值应根据实际配电线路零序过电流保护整定值设定，不同线路有所不同，具体整定方法为：若并联小电阻为10ω，当零序电流保护的整定值为60a时，只能保护过渡电阻在90ω以下的故障，此时过渡电阻整定值可设置为150ω；当零序电流保护的整定值为40a时，能保护过渡电阻在140ω以下的故障，此时过渡电阻整定值可设置为200ω，以此类推。

“电阻额定时间”参数为自并联小电阻投入后开始计时的一段时间，其值应大于系统零序过电流保护最大动作时限，并联小电阻投入并达到“电阻额定时间”后，代表零序电流未达到系统零序过电流保护起动门槛值，故障处理未成功，此时应强制切除并联小电阻。所述故障处理未成功执行的情形中，“电阻额定时间”参数应根据实际配电线路零序过电流保护最大动作时限设定，不同线路有所不同，一般可设置为3～5s。

基于福建某地谐振接地系统人工接地实验选线装置录波波形，验证本发明所提接地故障处理方法的有益效果。

当实验线路分别发生金属性接地，经100、500ω电阻接地故障时，各出线零模电流幅值ia’(n)和其与零模电压导数的相关系数ρ’(n)计算结果如表1所示。其中，金属性接地时选线装置录波波形如图3所示。

表1出线暂态零模电流幅值与相关系数

各情况下选线结果皆为黄阳线故障，但由本发明所提方法可知，当金属性接地与经500ω电阻接地时，选线结果可信，可直接切除故障线路；当经100ω电阻接地时，选线结果不可信，应根据相关算法估计故障点过渡电阻，若阻值高于过渡电阻整定值，则仅发出告警信息；若阻值低于过渡电阻整定值，则投入并联小电阻。若投入并联小电阻后，零序过电流保护无法启动，则应在电阻额定时间后强制切除小电阻，并发出相应的告警信息。因此，使用本发明方法，能有效减少并联小电阻的投切次数，特别是能在一定程度上解决高阻接地时小电阻即使投入，零序保护也无法起动的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。