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一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法

阅读:915发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 中性点 经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法。它根据电气事故处理规程规定的接地故障线路寻找办法“采用 母线 分列,确定接地故障母线系统”,在中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障后,进行母线分列操作,利用母线分列前后Mi的变化特征构成选线判据,以达到可靠选线目的。其结构为:它包括被保护配电系统的母线,所述母线为单母线分段制,母线分段 开关 采用 断路器 ,断路器与测控装置连接,测控装置与 电压 互感器连接,电压互感器则与母线连接;测控装置检测中性点经消弧线圈接地系统是否发生单相接地故障,并通过控制断路器的断开实现母线分列操作。,下面是一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法专利的具体信息内容。

1.一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其消弧线圈处于欠补偿工作状态时,母线分列前后系统各电气量的变化情况与中性点不接地系统一致,可利用申请号为2019100517256的中国专利进行选线;当消弧线圈处于过补偿工作状态时(本文后续所述中性点经消弧线圈接地系统中消弧线圈均为过补偿工作状态),定义Mi为第i条线路零序电流五次谐波幅值乘以工频零序电压幅值,利用母线分列前后Mi的变化特征构成选线判据进行故障选线,其特征为:它包括被保护配电系统的母线,所述母线为单母线分段制,母线分段开关采用断路器,断路器与测控装置连接,测控装置与电压互感器连接,电压互感器则与母线连接;测控装置检测中性点经消弧线圈接地系统是否发生单相接地故障,并通过控制断路器的断开实现母线分列操作。
2.根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其特征是:所述测控装置由三相电压、零序电压采集模、断路器开关驱动模块、人机对话模块和CPU组成,监测中性点经消弧线圈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,主要实现根据三相电压和零序电压判断是否发生单相接接地故障、单相接地故障发生时对断路器开关驱动模块发出开关断开的指令、选择故障线路、人机对话功能。
3.根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其特征是:当系统发生单相接地故障时,母线分列前,系统零序电压为:
   (1)
其中, , 为母线分列前接地点电流, 为故障前的相电压, 为工
频率,Lq为补偿后消弧线圈的等效电感,Rg为过渡电阻
母线分列后,系统零序电压为:
     (2)
其中, , 为母线分列后接地点电流, 为补偿后消弧线圈的等效
电感;
由分析可得,母线分列前后,系统零序电压的幅值有所增大,其增大量可表示为。
4.根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其特征是:当系统发生单相接地故障时,母线分列前,非故障线路I中MI为:
 (3)
其中,  为母线分列前非故障线路I始端的零序电流五次谐波, 为零序电流五次谐波角频率, 为非故障线路I的每相对地电容;
母线分列后,非故障线路I中 为:
 (4)
其中, 为母线分列后非故障线路I始端的零序电流五次谐波;
由以上分析可写成母线分列前后非故障线路I始端 并化简:
,即母线分列后,非
故障线路中的 有所增大。
5.根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其特征是:当系统发生单相接地故障时,母线分列前,故障线路Ⅱ中的MⅡ为:
 (5)
其中, 为故障线路Ⅱ始端的零序电流五次谐波,C0Ⅱ为故障线路Ⅱ的每相对地电容;
母线分列后,故障线路Ⅱ中的 为:
 (6)
其中,  为故障线路Ⅱ始端的零序电流五次谐波;
由以 上分析可 写成母线分列前 后故障 线路Ⅱ始端 并化 简: 
,即母线分列后,
故障线路中的 减小。
6.根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其特征是:设母线分列前后各馈出线Mi的变化量为:
       (7)
线路故障选线判据为:
      (8)
以此为判据进行故障选线。
7.根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其特征是:所述断路器为母线分段开关,中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时,由测控装置控制断路器断开,实现母线分列操作;然后根据权利要求6所述的母线分列前后Mi的变化特征所构成的选线判据,进行故障选线,选线结束后,将断路器恢复至闭合状态。
8.根据权利要求1所述的一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其特征是,它的方法为,
1)中性点经消弧线圈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,由测控装置控制断路器断开,然后进行故障线路的选择,选线结束后,将断路器闭合;
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。

说明书全文

一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电系统中接地故障检测技术,尤其涉及一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法。

背景技术

[0002] 我国6-35kV配电网主要采用小电流接地方式。小电流接地系统中80%以上的故障均为单相接地故障,但其现场选线问题一直没有得到彻底解决。
[0003] 经过多年的研究,现已提出多种不同的选线原理,并有多种实用化装置投入运行,取得了一定的应用效果。目前选线原理主要有4类:1)基于故障稳态特征的选线原理,利用零序电流、电压的幅值和相位关系构成判据,判据特征量较小;2)基于故障暂态特征的选线原理,故障暂态量比稳态量大很多倍,但存在故障暂态量存在时间短不易采集故障数据的缺陷;3)基于外加判据信号的选线原理,该类原理开辟了小电流接地故障选线原理的新蹊径,以“S注入法”为代表,因从母线PT的二次侧向故障相注入特殊的交流信号,受母线PT容量的限制,注入的判据信号较微弱;4)基于信息融合理论的综合性选线判据,同时应用第1)、2)类原理中的多种选线判据,但高过渡电阻故障时故障线路与非故障线路判据特征量差距不明显,选线准确率较低,甚至不能选出故障线路。因此不少情况下,仍用传统的拉路法查找故障线路。

发明内容

[0004] 为了解决上述问题,本发明根据电气事故处理规程规定的接地故障线路寻找办法“采用母线分列,确定接地故障母线系统”,提供了一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法。该方法在中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障发生时,通过测控装置控制断路器的断开实现母线分列操作,定义Mi为第i条线路零序电流五次谐波幅值乘以工频零序电压幅值,然后利用母线分列前后Mi的变化特征构成选线判据,从而实现故障选线。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用如下技术方案。
[0006] 一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,其消弧线圈处于欠补偿工作状态时,母线分列前后系统各电气量的变化情况与中性点不接地系统一致,可利用申请号为2019100517256的中国专利进行选线;当消弧线圈处于过补偿工作状态时(本文后续所述中性点经消弧线圈接地系统中消弧线圈均为过补偿工作状态),利用母线分列前后Mi的变化特征构成选线判据进行故障选线,其特征为:它包括被保护配电系统的母线,所述母线为单母线分段制,母线分段开关采用断路器,断路器与测控装置连接,测控装置与电压互感器连接,电压互感器则与母线连接;测控装置检测中性点经消弧线圈接地系统是否发生单相接地故障,并通过控制断路器的断开实现母线分列操作。
[0007] 所述测控装置由三相电压、零序电压采集模、断路器开关驱动模块、人机对话模块和CPU组成,监测中性点经消弧线圈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,主要实现根据三相电压和零序电压判断是否发生单相接接地故障、单相接地故障发生时对断路器开关驱动模块发出开关断开的指令、选择故障线路、人机对话功能。
[0008] 当系统发生单相接地故障时,母线分列前,系统零序电压为:   (1)
其中, , 为母线分列前接地点电流, 为故障前的相电压, 为
工频频率,Lq为补偿后消弧线圈的等效电感,Rg为过渡电阻;
母线分列后,系统零序电压为:
     (2)
其中, ,为母线分列后接地点电流, 为补偿后消弧线圈的等效
电感;
由分析可得,母线分列前后,系统零序电压的幅值有所增大,其增大量可表示为。
[0009] 当系统发生单相接地故障时,母线分列前,非故障线路I中MI为: (3)
其中,  为母线分列前非故障线路I始端的零序电流五次谐波, 为零序电流五次谐波角频率, 为非故障线路I的每相对地电容;
母线分列后,非故障线路I中 为:
 (4)
其中, 为母线分列后非故障线路I始端的零序电流五次谐波;
由以上分析可写成母线分列前后非故障线路I始端 并化简:
,即母线分列后,非
故障线路中的 有所增大。
[0010] 当系统发生单相接地故障时,母线分列前,故障线路Ⅱ中的MⅡ为: (5)
其中, 为故障线路Ⅱ始端的零序电流五次谐波,C0Ⅱ为故障线路Ⅱ的每相对地电容;
母线分列后,故障线路Ⅱ中的 为:
 (6)
其中,  为故障线路Ⅱ始端的零序电流五次谐波;
由以 上分析可写成母线分列前后故障线路Ⅱ始端 并化简: 
,即母线分列后,
故障线路中的 减小。
[0011] 设母线分列前后各馈出线Mi的变化量为:    (7)
线路故障选线判据为:
    (8)
以此为判据进行故障选线。
[0012] 一种中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法,它的方法为,1)中性点经消弧线圈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,由测控装置控制断路器断开,然后进行故障线路的选择,选线结束后,将断路器闭合;
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。
[0013] 本发明的工作过程为:对于运行的中性点经消弧线圈接地系统,由测控装置实时监测系统的三相电压和零序电压,并实时判断系统是否发生单相接地故障。系统正常运行时,断路器处于闭合状态;当发生单相接地故障时,由测控装置控制断路器断开,实现母线分列操作,然后根据母线分列前后Mi的变化特征构成选线判据,进行故障选线,选线结束后,将断路器恢复至闭合状态。
[0014] 本发明的有益效果是:(1)本发明根据电气事故处理规程规定的接地故障线路操作规定进行故障选线,理论依据充足;(2)故障发生时,利用测控装置控制断路器断开,然后根据系统本身的特性进行故障选线,无需增加额外的设备,易于实现。附图说明
[0015] 图1为本发明的结构示意图。
[0016] 图2为测控装置功能框图
[0017] 图3为图1所示系统等值电路图。
[0018] 图4为中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障仿真模型。
[0019] 图5为各线路Mi变化曲线图。
[0020] 图6为本发明方法流程图
[0021] 其中,1、I段母线,2、母线分段断路器,3、测控装置,4、三相电压、零序电压采集模块,5、断路器开关驱动模块,6、人机对话模块,7、CPU, 8、电压互感器,9、Ⅱ段母线所接线路。

具体实施方式

[0022] 图1中,在受保护的中性点经消弧线圈接地系统母线1的每一相上连接母线分段断路器2。测控装置3用于监测中性点经消弧线圈接地系统是否发生单相接地故障,从而控制断路器2动作,如图2所示。测控装置3由三相电压、零序电压采集模块4、断路器开关驱动模块5、人机对话模块6和CPU 7构成,用于实时监测中性点经消弧线圈接地系统的三相电压、零序电压,并判断系统是否发生单相接地故障,从而控制断路器2动作;其中,三相电压、零序电压采集模块4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;断路器开关驱动模块5由继电器驱动电路和控制继电器构成;人机对话模块6由按键和液晶显示模块构成;CPU 7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、单相接地故障发生时对断路器开关驱动模块5发出开关断开的指令、选择故障线路、人机对话等功能。测控装置3还与电压互感器8连接,电压互感器8的一端与母线1连接。
[0023] 由图3所示的系统等值电路分析可得,当系统发生单相接地故障时,母线分列前,系统零序电压为:   (1)
其中, , 为母线分列前接地点电流, 为故障前的相电压, 为
工频角频率,Lq为补偿后消弧线圈的等效电感,Rg为过渡电阻;
母线分列后,系统零序电压为:
     (2)
其中, ,为母线分列后接地点电流, 为补偿后消弧线圈的等效
电感;
由分析可得,母线分列前后,系统零序电压的幅值有所增大,其增大量可表示为。
[0024] 当系统发生单相接地故障时,母线分列前,非故障线路I中MI为: (3)
其中,  为母线分列前非故障线路I始端的零序电流五次谐波, 为零序电流五次谐波角频率, 为非故障线路I的每相对地电容;
母线分列后,非故障线路I中 为:
 (4)
其中, 为母线分列后非故障线路I始端的零序电流五次谐波;
由以上分析可写成母线分列前后非故障线路I始端 并化简:
,即母线分列后,非
故障线路中的 有所增大。
[0025] 当系统发生单相接地故障时,母线分列前,故障线路Ⅱ中的MⅡ为: (5)
其中, 为故障线路Ⅱ始端的零序电流五次谐波,C0Ⅱ为故障线路Ⅱ的每相对地电容;
母线分列后,故障线路Ⅱ中的 为:
 (6)
其中,  为故障线路Ⅱ始端的零序电流五次谐波;
由以 上分析可写成母线分列前后故障线路Ⅱ始端 并化简: 
,即母线分列后,
故障线路中的 减小。
[0026] 设母线分列前后各馈出线Mi的变化量为:    (7)
线路故障选线判据为:
   (8)
以此为判据进行故障选线。
[0027] 由图4所示的仿真模型进行仿真验证,故障时刻为0.2s,0.5s进行母线分列操作,记录各线路的无功功率,故障排除时刻为0.9s。可仿真得到母线分列前后Mi变化曲线图如图5所示。
[0028] 本发明的方法如图6所示:1)中性点经消弧线圈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,由测控装置控制断路器断开,然后进行故障线路的选择,选线结束后,将断路器闭合;
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。
[0029] 图1中,假设线路Ⅱ的C相发生单相接地故障。故障时由测控装置2将断路器2断开,将Ⅱ段母线所带线路9切除故障系统,然后根据母线分列前后Mi的变化特征构成选线判据,进行故障选线。
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