基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法
【专利摘要】本发明涉及一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法，首先设置故障电流的预设门槛值和；当线路发生小电流接地故障时，结合利用分界开关处零序电流的幅值与预设门槛值和比较以及分界开关处零序电压和零序电流的相位差以及相位判据比较，判断故障区域。本发明在发生小电流接地故障时，能快速准确的确定故障位于用户侧还是系统侧，并在必要时人工或自动隔离故障区域；且本发明可提高小电流接地故障分界技术检测的准确性和可靠性，同时也可为供电公司和用户区分责任提供更为准确的依据，具有良好的发展前景。
【专利说明】基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统继电保护领域，涉及一种小电流接地系统的单相接地故障检测与隔离方法，特别是一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法。
【背景技术】
[0002]中压配电线路按区段可分属供电公司和用户，故障后需要尽快确定故障位于用户侧还是系统侧，以明确供电公司和用户的巡线和检修责任。通过配电网自动化系统虽然可以实现故障分段定位，但由于投资原因一般仅对主干线路分段，仍不能满足上述要求。此夕卜，统计结果表明，相当一部分故障(可能高达30%)是发生在用户线路或设备上的。当用户所属线路或设备发生故障时，如果处理不当，将使整条配电线路停电，扩大停电范围，影响非故障用户的正常供电，并引起供电公司和非故障用户之间的责任纠纷。
[0003]分界开关是将线路分段开关和微机保护测控以及通信融为一体的装置。分界开关安装在中压线路的T接分支或末端，是供电公司和用户划分中压配电线路不同管辖范围的分界点。接地故障分界技术，是指检测用户侧发生的接地故障并告警，在必要时自动或人工隔离故障区段。通过接地故障分界技术可以进一步缩小故障区段、加快故障处理速度，减少可能引起的非故障用户连带性事故停电，更重要的是给供电公司和用户区分责任提供了依据。
[0004]现有的小电流接地故障分解技术主要有:
1、工频零序电流幅值法。无论是不接地系统还是经消弧线圈接地系统，由于负荷侧接地时分界开关处的故障工频零序电流大于系统侧接地时的故障工频零序电流，因此可根据负荷侧对地电容电流设定一门槛值，当发生接地故障时，若分界开关处的工频零序电流大于门槛值，则判定为负荷侧故障；若其小于预设门槛值，则判定为系统侧故障。
[0005]2、工频零序电压电流相位比较法。对于能同时获得零序电压和零序电流信号的分界开关，可以利用故障工频零序电压和电流间的相位关系确定故障方向。当分界开关检测到的工频零序电流超前工频零序电压的相位值在预设范围内时，判断为用户界内发生接地故障，否则为系统侧故障。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种当发生小电流接地故障时，能快速准确的确定故障位于用户侧还是系统侧，并在必要时人工或自动隔离故障区域的基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法，当小电流接地故障位于不同位置时，利用线路分界开关处工频零序电压和工频零序电流的幅值与相位特征检测系统故障区域，其实现过程如下:
步骤SOl:设置故障电流的预设门槛值
和;步骤S02:发生小电流接地故障时，将分界开关处零序电流的幅值Icw与预设门槛值/s机ζ比较;
步骤S03:当/_>/3时，小电流接地故障位于分界开关下游,判断为负荷侧故障；
当!減 <‘时,小电流接地故障位于分界开关上游，判断为系统侧故障；
当G时,则引入分界开关处零序电压和零序电流的相位关系作为辅助判据，并进行下一步判断；
步骤S04:利用分界开关处零序电压4和零序电流的相位差以及相位判据比较，判断故障区域，具体如下:
当6沪CZiw-Ziirw 510沪时，小电流接地故障位于分界开关上游，判断为系统侧故
障；
当10沪< IIm-1Uiw < 时，小电流接地故障位于分界开关下游，判断为负荷侧故障。
[0008]在本发明实施例中,所述故障电流预设门槛值/3和/;的设置方法如下:
4 =为可靠系数，为分界开关下游线路的对地分布电容电流；*ζ满足条
件:当ζ <4且分界开关处零序电流的幅值/_ >尨时,电压互感器及电流互感器的相位测量误差均小于5°，并在该条件下任意设置即可。
[0009]在本发明实施例中，所述零序电压由分界开关接有的三相或零序电压互感器获取。
[0010]在本发明实施例中，所述零序电流的获取有直接和间接两种方式:零序电流的直接获取方式为由分界开关接有的零序电流互感器获取；零序电流的间接获取方式为通过三相电流合成后获取，该方式需要通过零序电流突变量方法剔除不平衡电流影响。
[0011]在本发明实施例中，所述分界开关能够设定是否允许自动跳闸。
[0012]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:本发明方法避免了工频零序电流幅值法受消弧线圈补偿电流或过渡电阻的影响而使灵敏度降低的缺点；且排除了工频零序电压电流相位比较法在故障电流较小时，易受电压、电流互感器传变误差影响而误判的区域，尤其是在谐振接地系统中负荷侧故障时，在极端条件下相位测量结果可能小于100°，造成的误判；本发明可提高小电流接地故障分界技术检测的准确性和可靠性，同时也可为供电公司和用户区分责任提供更为准确的依据，具有良好的发展前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明工频零序电压电流综合法动作区域。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0015]本发明一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法，当小电流接地故障位于不同位置时，利用线路分界开关处工频零序电压和工频零序电流的幅值与相位特征检测系统故障区域，其实现过程如下:
步骤SOl:设置故障电流的预设门槛值^和/〗,且4 <4;
步骤S02:发生小电流接地故障时，将分界开关处零序电流的幅值Icy与预设门槛值Js和I!比较；
步骤S03:当Im 1^时，小电流接地故障位于分界开关下游，判断为负荷侧故障；
当</;时,小电流接地故障位于分界开关上游，判断为系统侧故障；
当>/_ 时,则引入分界开关处零序电压和零序电流的相位关系作为辅助判据，并进行下一步判断；
步骤S04:利用分界开关处零序电压和零序电流的相位差以及相位判据比较，判断故障区域，具体如下:
当时，小电流接地故障位于分界开关上游，判断为系统侧故
障；
当WOg < Zlm -ZUm < 280° W,小电流接地故障位于分界开关下游，判断为负荷侧故障。
[0016]所述故障电流预设门槛值/5和/|的设置方法如下:
Is=JQlIcc,为可靠系数，为分界开关下游线路的对地分布电容电流；满足条
件:当ζ <4且分界开关处零序电流的幅值>尨时,电压互感器及电流互感器的相位测量误差均小于5°，并在该条件下任意设置即可。
[0017]所述零序电压由分界开关接有的三相或零序电压互感器获取；所述零序电流的获取有直接和间接两种方式:零序电流的直接获取方式为由分界开关接有的零序电流互感器获取；零序电流的间接获取方式为通过三相电流合成后获取，该方式需要通过零序电流突变量方法剔除不平衡电流影响；所述分界开关能够设定是否允许自动跳闸。
[0018]为让本领域技术人员更加了解本发明，以下为本发明的具体实施例。
[0019]本发明解决技术问题采取的技术方案是:当发生小电流接地故障时，利用线路分界开关处的零序电压和零序电流的幅值与相位特征检测系统故障位于用户侧还是系统侧，其具体过程为:
a.设置故障电流的预设门槛值/5和^:
4 = 2?,为可靠系数(一般取1.3左右)，/ee为分界开关下游线路的对地分布电容电流;/;满足条件:当4 且分界开关处零序电流的幅值Iw > 时，电压互感器及电流互感器的相位测量误差均小于5°，并在该条件下任意设置即可。
[0020]b.将分界开关处零序电流的幅值Im与预设门槛值<4和《比较:
当Ιω ^is时，接地故障位于分界开关下游，判断为负荷侧故障；当/os < 4时,接地故障位于分界开关上游,判断系统侧故障；
当Zs > I11 时，则引入分界开关处零序电压和零序电流的相位关系作为辅助判据。
[0021]c.当&时，利用分界开关处零序电压和零序电流』_的相位差与相位判据比较，判断故障区域:
当.Cziiw-ZOil 时，接地故障位于分界开关上游，判断为系统侧故障；
当I We < Ilm-/? < 230°时，接地故障位于分界开关下游，判断为负荷侧故障。
[0022]d.给出判定结果。
[0023]本发明所述方法根据配电网特征的不同而有所区别。
[0024]1、针对传统配电网:
(I)所用分界开关由开关本体及测控单元两大部分构成，分界开关带有一套内置电压互感器用于提供开关的操作电源、一套内置电流互感器；有CPU内部处理器和通信模块；故障跳闸时带有电压判断和故障记忆；具备跳闸闭锁功能和声光报警功能。
[0025](2)零序电压与零序电流的获取，零序电压可通过分界开关接有的三相或零序的电压互感器(TV)直接获得；零序电流的获取有直接和间接两种方式；直接方式是通过零序电流互感器(TA)获得；间接方式是通过三相电流合成后获取；系统正常运行时一般不存在零序电流，直接测量方式获得的零序电流就是故障电流；而在间接测量方式下，由于TA误差、装置模拟电路处理及计算误差等，即便是在一次电流对称、不存在零序电流的情况下，由三个相电流相加获得的工频零序电流值也不为零，这个电流称为不平衡电流；为了保证故障工频电流测量的准确性，间接测量方式下，需要通过零序电流突变量方法剔除不平衡电流影响。
[0026](3)接地故障的启动判据，根据分界开关所接电压互感器(TV)的不同，可以利用一相电压降低、两相电压升高或零序电压超越一定门槛来判断接地故障的发生。
[0027](4)判断故障区域，由分界开关的测控单元获取电压、电流互感器测得的零序电压和零序电流的幅值与相位，并与设定的分界判据进行比对，判定故障区域:
当“>Is,或Is >IM><Ilm-1fjm<230fl时，接地故障位于分界开关下
游，判断为负荷侧故障；
当“ <4或4且.<4jt-z:C/w?HF时，接地故障位于分界开关上
游，判断系统侧故障；
(5)故障区段隔离，根据需要可以设定是否允许分界开关自动跳闸；当系统发生小电流接地故障后，若判定为用户界内发生故障，则由分界开关发出声光报警，并自动跳闸或由运行人员手动跳闸，隔离故障区段，缩小故障范围。
[0028]2、针对配电网自动化系统:
在配电网自动化系统的【具体实施方式】中，分界开关的构成、零序电压与零序电流的获取、接地故障的启动判据以及故障区域的判断方法与传统配电网的【具体实施方式】基本相同，主要区别在于故障区段的隔离方法:
在配电网自动化系统中，可将分界开关纳入其管理范畴，当系统发生小电流接地故障后，可以将故障信息上传主站，实现更精确的故障区段定位，并由主站决定是否发出分界开关跳闸信号以隔离故障区段。
[0029]本发明综合利用分界开关处工频零序电压和工频零序电流的幅值与相位特征，能快速准确地识别故障区域，其动作区域如图1所示，图中，阴影区域为综合法在故障位于负荷侧时的动作区域；该动作区域既保留了工频零序电流幅值法原有的动作区域，又覆盖了其低灵敏度区域，避免了受消弧线圈补偿电流或过渡电阻的影响而使灵敏度降低的缺点；同时本发明方法排除了工频零序电压电流相位比较法在故障电流较小时，易受电压、电流互感器传变误差影响而误判的区域，尤其是在谐振接地系统中负荷侧故障时，在极端条件下相位测量结果可能小于100°，造成误判，而利用综合法的两个预设电流门槛值限制条件则能减少此类误判；本发明可提高小电流接地故障分界技术检测的准确性和可靠性，同时也可为供电公司和用户区分责任提供更为准确的依据，具有良好的发展前景。
[0030]以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法，其特征在于:当小电流接地故障位于不同位置时，利用线路分界开关处工频零序电压和工频零序电流的幅值与相位特征检测系统故障区域，其实现过程如下: 步骤SOl:设置故障电流的预设门槛值 IS和 Its 且 Its<Is; 步骤S02:发生小电流接地故障时，将分界开关处零序电流的幅值lob与预设门槛值ls机lts比较; 步骤S03:当IoB≥Ls时，小电流接地故障位于分界开关下游，判断为负荷侧故障； 当Iob<Its;时,小电流接地故障位于分界开关上游，判断为系统侧故障； 当Is>Iob≥I's时,则引入分界开关处零序电压和零序电流的相位关系作为辅助判据，并进行下一步判断； 步骤S04:利用分界开关处零序电压UoB和零序电流IoB的相位差以及相位判据比较，判断故障区域，具体如下: 当60.<<IoB-<UoB≤100.时，小电流接地故障位于分界开关上游，判断为系统侧故障； 当100.<<IoB-<UoB≤280.,小电流接地故障位于分界开关下游，判断为负荷侧故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法，其特征在于:所述故障电流预设门槛值Is和Its;的设置方法如下:Is=KHlIoc,KAt为可靠系数，Icc为分界开关下游线路的对地分布电容电流；Its;满足条件:当I's <Is且分界开关处零序电流的幅值IoB≥I's,电压互感器及电流互感器的相位测量误差均小于5°，并在该条件下任意设置即可。
3.根据权利要求1所述的一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法，其特征在于:所述零序电压由分界开关接有的三相或零序电压互感器获取。
4.根据权利要求1所述的一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法，其特征在于:所述零序电流的获取有直接和间接两种方式:零序电流的直接获取方式为由分界开关接有的零序电流互感器获取；零序电流的间接获取方式为通过三相电流合成后获取，该方式需要通过零序电流突变量方法剔除不平衡电流影响。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于分界开关工频零序电压电流的小电流接地故障分界法，其特征在于:所述分界开关能够设定是否允许自动跳闸。
【文档编号】G01R31/08GK103901322SQ201410124970
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】李天友, 徐丙垠, 薛永端, 李伟新, 陈敏维 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司厦门供电公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院, 山东理工大学