一种小电流接地电力系统微机综保选线方法
【专利摘要】本发明公开了一种小电流接地电力系统微机综保选线方法，当中性点为小电流接地或绝缘的电力系统发生单相接地故障时，以柜内电压小母线信号和零序电流信号为输入信号，经计算得出零序电压信号的大小和角度，同样零序电流信号也计算出大小和角度，以零序电压值U0≥30V为第一判据，以测量零序电流值大于等于计算本线路零序电流值的0.85倍为第二判据，以本线路零序电流的频率严格一致为第三判据，这三个判据同时成立，则系统中有单相接地故障发生，报“系统接地”；以测量零序电流值大于等于计算本线路零序电流值的1.15倍为第五判据，以功率方向元件为第四判据，若同时满足5条判据，则本线路接地，并用于显示或跳闸，提高该系统的自动化水平，对该电网的稳定、高质量运行起到保障作用。
【专利说明】一种小电流接地电力系统微机综保选线方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及3-63KV中压电力系统，中性点绝缘或大阻抗接地方式的电力系统，当 发生单相接地故障时，准确判断出本线路是否为故障线路的方法，尤其涉及一种小电流接 地电力系统微机综保选线方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统中性点接地方式与该系统的电压等级、单相接地电流的大小、过电压水 平以及保护装置等因素密切相关。电力系统常用的接地方式有中性点有效接地系统和中性 点非有效接地系统两大类，具体接地的种类有：中性点直接接地、中性点经消弧线圈（消弧 电抗器）接地、中性点经电阻接地、中性点不接地四种，其中，中性点经电阻器接地，按接地 电流大小又分为高阻接地和低阻接地。因此，按接地电流大小又分为大接地系统：包括中性 点直接接地和低阻接地；小电流接地系统：包括中性点经消弧线圈接地、高阻接地；中性点 绝缘系统，即中性点不接地系统。一些西方国家采用大接地系统，我国的中压电力系统采用 小电流接地系统或中性点绝缘系统，在不同历史时期和地域各自所占比重不同，二三十年 前中性点绝缘系统是主流，后来，随着消弧线圈的研发、完善、推广，逐步转向以小电流接地 系统为王。
[0003] 电力系统的每种接地方式，对应的电压等级、运行方式、运行规律不同，系统自身 的优缺点也不同。一般的，在我国电力系统中，63KV以上采用大接地系统，目的是有效避免 系统过电压给电力系统中的绝缘材料带来过高的运行成本和初期投资。3?63KV系统称为 中压系统，一般采用中性点小电流接地方式或中性点绝缘方式，目的是确保系统的可靠性 和供电连续性，3KV以下系统（尤其是380V系统）等低压系统一般采用大接地系统，因为它 变压器容量小、有能迅速切除故障线路的功能，影响范围小、安全、稳定。3KV以下系统也有 小电流接地或中性点绝缘系统，区分并不十分严格。在一些西方国家，中压系统也采用大接 地方式，这种方式牺牲的是系统连续性、可靠性，得到的是系统故障点切除迅速，保障了非 故障线路的安全稳定运行。实际上，无论哪种接地方式，都有优缺点，关键是如何扬长避短， 需要综合、系统的考虑和选择接地方式。
[0004] 在中性点绝缘和小电流接地电力系统中，目前最困难的是如何以最快的速度、最 高的精度、准确无误的把发生了单相接地故障的线路筛选并判断出来。如果实现精准选线， 就可以实现微机综合保护装置直接作用于跳闸，即可及时准确切除故障线路，又可在最短 时间内恢复整个电力系统的可靠稳定运行，对保证供电系统的可靠性、连续性，保证电网质 量，防止因单相接地故障扩大为其他事故（如两相短路、三相短路等）有极为重要的意义， 对促进电力系统的自动化水平有积极意义；也可以避免因采用了大接地系统而造成的跳闸 范围扩大，停电范围扩大，事故损失增加等问题。
[0005] 小电流选线装置目前市场上有很多种，最多的问题是选线命中率低，最高的也只 有75%左右；命中率或准确率低的根本原因在于受到电力系统本身的不确定性、选线装置 本身精度不高等因素困扰，也有零序电流互感器、零序电压互感器接线不规范等因素困扰。 电力系统本身存在多路配出，配出线路的运行与停运受用户需求和线路安全、检修等因素 的影响，任何一路都有随时投运或停运的可能性，这种投退是不规律的，没有预知，是一种 无序的随机过程，而这种无序的、没规律的变化直接影响到电力系统内电容电流的大小，正 常线路电容电流的大小取决于配出线路的形式、截面、长度、负载性质等因素，发生单相接 地的线路的电容电流的大小是同电网所有线路电容电流的和，因此，仅靠电容电流的大小 变化很难明确是那一路故障，同时，由于电力系统中谐波的存在，谐波电容电流也存在随机 性，随时在发生变化，由于这些变化没有规律，更不能用数学模型加以描述，给单相接地选 线增加了难度，选线装置在设计时没有一个稳定的、精确的指标作为单相接地故障的判据； 这也是选线装置本身精度不高的原因，再加上方向功率元件对接线正确性的严格要求：必 须保证零序电压互感器和零序电流互感器的每一个接线端子严格正确接线，实际工作中， 这种接线的不规范往往是功率方向元件动作不准确的关键，而接线的不规范往往是人们对 选线准确率低的抵触心理；还有一个原因：零序电压互感器和零序电流互感器，包括选线 装置本身的变送信号传输元件的感、容性大小不统一、不确定，使得电力系统中的零序电压 波形和零序电流波形比较起来困难，只能做趋势判断，很难精确量化。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种小电流接地电力系统微机综 保选线方法。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0008] -种小电流接地电力系统微机综保选线方法，本方法中输入信号为4个，其中电 压信号3个，即由电力系统电压互感器（PT)二次提供的Ua、Ub、Uc，电流信号一个，即由零 序电流互感器（零序CT)二次提供，进入以下判断步骤：
[0009] 第一判据：零序电压判据，综保硬件没有零序电压的直接输入，零序电压是由Ua、 Ub、Uc输入量经软件算出来的，包括有效值和相位。零序电压整定值按《手册》最新版整定 为UQ彡30V ;
[0010] 第二判据：零序电流有效值判据，零序电流采用三段式判断法，这是由小电流接地 系统或中性点绝缘系统的特点决定的。满足10,即可作为系统有单相接地发生的判据； [0011] 第三判据：零序电流与零序电压频率一致性，其实此时零序电压和零序电流的频 率是不能直接测量的，采用峰值之间采样点判断法加以判断，这是本方法的独特之处；
[0012] 以上三判据同时成立，则判"系统接地"报文显示；如果只有第一判据成立，则有可 能是PT保险断；如果只有第二判据成立、则有可能是系统的不平衡电流或谐波电流造成； 如果第1、2判据同时成立，这也是判定系统接地的传统做法，但雷电有导致第1、2判据同时 成立的可能性，则还有一相PT断线同时有谐波电流存在，只有当第一、第二、第三判据同时 成立时，才可判定"系统接地"，反之，系统接地一定同时具有以上3个表象；
[0013] 第四判据：功率方向判断法，既流过本线路零序电流互感器的电流与零序电压进 行相位判断，同方向既零序电流超前零序电压0?90度，则不是本线路接地，反之，既零序 电流滞后零序电压〇?90度，则是本线路接地；
[0014] 第五判据：零序电流量值法判定，一条线路，无论是电缆线路还是架空线路，一旦 线路和负载确定，其实本线路单相对地电容电流就已经确定，这个电流值是可以计算或统 计出来，作为单线路的正常对地零序电流值，单相接地电容电流为正常运行时相线对地电 容电流的3倍；
[0015] 第四、五判据是确定本线路是否接地的充分必要条件，相互佐证，即一旦本线路发 生单相接地故障，则一定是第一至第五判据同时成立，不可或缺。
[0016] 线路单相接地电容电流的计算方法包括：
[0017] ①对于负荷是同步电机的线路，一定要计算同步电机单相对地电容电流；
[0018] ②其它负荷则不考虑单相对地电容电流，其值很小，可以忽略不计；
[0019] ③对于电流互感器下游的补偿电容，由于Y型接法，中性点接地的，则以单相电容 电流的额定值地3倍计算。
[0020] 线路单相接地电容电流的计算步骤，
[0021] ①电缆线路的单相接地电容电流按下式计算：
【权利要求】
1. 一种小电流接地电力系统的微机综保选线方法，其特征在于：本方法中输入信号为 4个，其中电压信号3个，即由电力系统电压互感器（PT)二次提供的1^、1113、11(3，电流信号一 个，即由零序电流互感器（零序CT)二次提供，进入以下判断步骤： (1) 第一判据：零序电压判据，综保硬件没有零序电压的直接输入，零序电压是由Ua、 Ub、Uc输入量经软件算出来的，包括有效值和相位。零序电压整定值按《手册》最新版整定 为U0彡30V ; (2) 第二判据：零序电流有效值判据，零序电流采用三段式判断法，这是由小电流接地 系统或中性点绝缘系统的特点决定的。满足10,即可作为系统有单相接地发生的判据； (3) 第三判据：零序电流与零序电压频率一致性，其实此时零序电压和零序电流的频 率是不能直接测量的，采用峰值之间采样点数判断法加以判断，这是本方法的独特之处； (4) 以上三判据同时成立，则判"系统接地"报文显示；如果只有第一判据成立，则有可 能是PT保险断；如果只有第二判据成立、则有可能是系统的不平衡电流或谐波电流造成； 如果第1、2判据同时成立，这也是判定系统接地的传统做法，但雷电有导致第1、2判据同时 成立的可能性，则还有可能一相PT断线同时有谐波电流存在，只有当第一、第二、第三判据 同时成立时，才可判定"系统接地"，反之，系统接地一定同时具有以上3个表象； (5) 第四判据：功率方向判断法，既流过本线路零序电流互感器的电流与零序电压进 行相位判断，同方向既零序电流超前零序电压〇?90度，则不是本线路接地，反之，既零序 电流滞后零序电压〇?90度，则是本线路接地； (6) 第五判据：零序电流量值法判定，一条线路，无论是电缆线路还是架空线路，一旦 线路和负载确定，其实本线路单相对地电容电流就已经确定，这个电流值是可以计算或统 计出来，作为单线路的正常对地零序电流值，单相接地电容电流为正常运行时相线对地电 容电流的3倍； (7) 第四、五判据是确定本线路是否接地的充分必要条件，相互佐证，即一旦本线路发 生单相接地故障，则一定是第一至第五判据同时成立，不可或缺。
2. 根据权利要求1所述的一种小电流接地电力系统微机综保选线方法，其特征在于， 线路单相接地电容电流的计算方法包括： ① 对于负荷是同步电机的线路，一定要计算同步电机单相对地电容电流； ② 其它负荷则不考虑单相对地电容电流，其值很小，可以忽略不计； ③ 对于位于零序电流互感器下游的补偿电容，由于Y型接法，中性点接地的，则以单相 电容电流的额定值地3倍计算。
3. 根据权利要求2所述的一种小电流接地电力系统微机综保选线方法，其特征在于， 线路单相接地电容电流的计算步骤， ①电缆线路的单相接地电容电流按下式计算： 95 -l· 2.84^ 6kv电缆线路，， 95 + 1 A4s 10kv 电缆线路/c - ^00 + 1.2?17^. 电缆线路的单相接地电容、电流还可以按下式估算（该公式适合各个电压等级） Ic = 0. lUrlA 以上式中s-电缆芯线的标称截面mm2 Ur-线路额定线电压kv 1--线路长度km I。--接地电容电流A ②架空线路单相接地电容电流按下式计算 无架空地线单回路I。= 2. 7UJ X 1(Γ3Α 有架空地线单回路I。= 3. 3UJ X 1(Γ3Α 架空线路的单相接地电容电流还可以按下式估算（该公式适合各个电压等级） c 350 A 架空线路和电缆线路每千米单相接地电容电流的平均值单位：A/KM。
4. 根据权利要求1所述的一种小电流接地电力系统微机综保选线方法，其特征在于， 有效消除一些特殊情况时零序电压、零序电流的影响，包括： ① 雷电：中压供电系统中按规定都会装设避雷器，系统过电压高于避雷器阀值时，避雷 器会对地短路，此时可能会出现单相大电流或单相对地电压为零。即：零序电压和零序电流 均满足条件的情况，这时频率比较的意义和必要性就突现出来。 ② 相邻线路大接地系统的单相接地电流影响和两相及三相短路电流影响：中压系统本 身一般为中性点绝缘系统或小电流接地小系统。如果线路与大接地系统线路并行，大接地 系统一旦出现接地故障时，会因线路互感作用在相邻线路感应出一定的电动势，因此也有 可能感应出零序电流，此时有两条措施来滤掉它。一是，零序电压值> 30V ;二是103整定 延时>2秒。因为大接地系统一旦发生接地事故，会在短时间内被切除出电网，不会再继续 影响。
5. 根据权利要求1所述的一种小电流接地电力系统微机综保选线方法，其特征在于， 以每个高压配电柜内三个电压小母线信号Ua、Ub、Uc为输入信号，以机内零序电流互感器 信号10为零序电流输入信号，以微机综合保护单元为信号采集、信号运算、逻辑判断、显 示和节点输出载体，首先对输入信号进行采集。同时满足1、2、3判据，即％ > 30V，程序整 定IQ3彡0.851。，I。值由人工计算，按0.851。整定IQ3，同样I Q1彡1. 151。也由人工计算，人 工录入整定。
【文档编号】G01R31/08GK104111403SQ201410167013
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】杨庆申, 武楠 申请人:杨庆申