小电流接地选线方法和装置与流程

本申请涉及强电设备技术领域，具体涉及一种小电流接地选线方法和装置。

背景技术：

高压输电线路工作时出现单相接地问题将直接影响整个电力系统的稳定性，并可能导致故障过大。目前，行业内针对高压输电线路出现的单向接地故障已经推出一些小电流接地选线方法和装置。但是这些方法和装置在实际应用中经常出现误选和漏选的问题，因此在实际应用中出现了选线装置闲置、用户采用手动拉闸试验的原始方法查找接地线路。

技术实现要素：

本申请提供一种小电流接地选线方法和装置，用于解决背景技术的技术问题。

本申请提供一种小电流接地选线方法，包括：

获取各条线路在母线处、在有效频带内的容性电流，将容性电流与其他线路容性电路流向相反，并且容性电流与其他线路容性电流流向相反的线路作为第一预选线路；

获取各条线路的零序电流，根据各条线路的零序电流相位特征选定第二预选线路；

若所述第一预选线路和所述第二预选线路为同一线路，则判定所述同一线路为故障线路。

可选的，所述方法应用于中心点不接地系统，根据各条线路的零序电流相位特性选定第二预选线路包括：

将零序电流与与其他线路零序电流方相反的线路作为所述第二预选线路。

可选的，所述方法应用于中性点不接地系统，所述根据各条线路的零序电流选定第二预选线路包括：

确定各条线路的零序电流无功分量，根据各条线路的所述零序电流无功分量选定所述第二预选线路。

可选的，所述方法应用于中性点消弧线圈接地系统，所述根据各条线路的零序电流选定第二预选线路包括：

确定各条线路的零序电流有功分量，根据各条线路的零序电流有功分量选定所述第二预选线路。

可选的，根据各条线路的零序电流有功分量选定所述第二预选线路，包括：

将零序电流有功分量等于其他线路零序电流有功分量之和的线路选定为所述第二预选线路。

可选的，根据各条线路的零序电流选定第二预选线路包括：

根据各条线路的零序电流确定各条线路的以及中性点连接部件零序能量函数；

将零序能量函数等于其他线路和中性点连接部件能量函数之和、零序能量函数方向与其他线路零序能量函数方向相反的线路选定为所述第二预选线路。

本申请提供一种小电流接地选线装置，包括：

第一预选单元，用于获取各条线路在母线处、在有效频带内的容性电流，将容性电流与其他线路容性电路流向相反，并且容性电流与其他线路容性电流流向相反的线路作为第一预选线路；

第二预选单元，获取各条线路的零序电流，根据各条线路的零序电流相位特征选定第二预选线路；

判定单元，用于在所述第一预选线路和所述第二预选线路为同一线路的清下判定所述同一线路为故障线路。

可选的，所述装置应用于中心点不接地系统，所述第二预选单元，将零序电流与与其他线路零序电流方相反的线路作为所述第二预选线路。

可选的，所述装置应用于中心点不接地系统，所述第二预选单元确定各条线路的零序电流无功分量，根据各条线路的所述零序电流无功分量选定所述第二预选线路。

可选的，所述装置应用于中性点消弧线圈接地系统，所述第二预选单元确定各条线路的零序电流有功分量，根据各条线路的零序电流有功分量选定所述第二预选线路。

可选的，所述第二预选单元将零序电流有功分量等于其他线路零序电流有功分量之和的线路选定为所述第二预选线路。

可选的，所述第二预选单元，根据各条线路的零序电流确定各条线路的以及中性点连接部件零序能量函数；

将零序能量函数等于其他线路和中性点连接部件能量函数之和、零序能量函数方向与其他线路零序能量函数方向相反的线路选定为所述第二预选线路。

本申请提供的小电流接地选线方法基于稳态分量选线与暂态分量选线相结合，使得能够从故障信号中的稳态量和暂态量分别分析，继而判定相应的线路是否为故障线路，大大地提高了选线的可靠性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的小电流接地选线方法的流程图；

图2是本申请实施例提供的小电流接地选线装置的流程图；

其中：21-第一预选单元，22-第二预选单元，23-判定单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

图1是本申请实施例提供的小电流接地选线方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供的小电流接地选线方法包括以下步骤：

s101：获取各条线路在母线处、在有效频带内的容性电流，将容性电流与其他线路容性电路流向相反的线路作为第一预选电路。

小电流接地系统发生单向接地故障时，其中的非故障线路将发生无数次串联和并联谐振，非故障线路的阻抗在低频段呈现容性；随着频率增加，非故障线路的的阻抗特性将交替呈现感性和容性。而当忽略线路的电阻时，非故障线路的首次串联谐振频率(即阻抗呈现容性)的低频段的频率角ωis可以表示为

其中，式中li—线路的零序电感；ci—线路i的零序分布电容；在0到ωis频段内，非故障线路i可以等效为一集中参数电容。

设ω′为所有非故障线路自身串联谐振频率最小值，即ω′＝min{ωis}i≠k，则在0到ω′频段(即有效频段)内，每条非故障线路阻抗均呈容性，均可等效为以集中参数电容。

而故障线路检测到的阻抗是所有非故障线路的总体阻抗，因此在有效频段内其阻抗也呈现容性。而在大于ω′的频段上，故障线路的阻抗的相频特性较为复杂，不易确定。

在有效频段内母线处检测到的零序电压、零序电流具有以下特性：故障线路的容性电流幅值大于任何一条非故障线路的容性电流幅值；故障线路中的容性电流从线路流向母线，而非故障线路的容性电流从母线流向线路，二者的方向想法。因此，可以通过检测有效频段内零序电流的方向确定那条线路可能出现故障，继而确定将对应的线路作为第一预选线路。

前述描述中确定的有效频段为0到ω′频段，可以应用在中性点接地系统和中性点不接地系统；而针对中性点经消弧线圈接地系统中，有效频段需要特殊设定。

在中性点经消弧线圈接地系统中，如令：

其中c0h—所有非故障线路的零序等效电容；c0—整个零序网络的零序等效电容；cmax—最大的健全线路零序等效电容；ωr—消弧线圈能够全补偿时的角频率；那么只要定义有效频段为ω′l到ω′的频带，则消弧线圈的影响就可以忽略。即只要将有效频段设置在ω′l到ω′的频带，则消弧线圈的影响就可以忽略。

实际应用中，s101步骤中采用的有效频段中故障线路与非故障线路零序电流方向相反的特性实现选线，因此对电路接地故障具有较高的灵敏度；特别是针对间歇性电弧接地故障，因为其暂态分量大、持续时间长，因此确定第一预选线路为实际故障线路的可能性增大。

此外，前述的s101步骤的方法除了受到消弧线圈的影响外，并不受到中性点接地方式、系统结构和容量变化的影响；一般配电网络中的ω′远远大于工频，因此在不接地系统中，有效频段包含了工频和部分谐波频率，即步骤方法对中性点不接地系统中稳态分量也适用。根据检测原理，前述s101步骤的方法被称为暂态电流方向法。

s102：获取各条线路的零序电路和零序电压，根据各条线路的零序电流和零序电压的相位特性选定第二预选线路。

实际实施例中，根据应用的接地类型形式的不同，根据各条线路的零序电流和零序电压的相位特性选定第二预选线路的具体方法也不同。

在输电线路为中性点不接地系统的情况下，将线路中零序电流和零序电压相位相反的线路作为第二预选线路。

根据原理可知，在中性点不接地系统发生单向接地故障时，故障线路零序电流滞后零序电压90度，而非故障线路中，零序电流超前零序电压90度，即故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流的相位相反。因此可以比较各条线路零序电流的方向选定其中的可能故障线路作为第二预选线路。

在输电线路为中性点经高阻接地系统中，因为中性点电阻产生的有功电路的影响，故障线路与非故障线路零序电流不再满足反向条件，而是相差在90度-180度之间。为了消除线路对地绝缘电阻和中性点电阻产生的零序有功电流对方向的影响，可以通过比较各条线路中零序电流无功分量的方向来实现选线。

在输电线路为中性点经消弧线圈接地或者经消弧线圈串并联电阻接地系统中，测量的非故障线路的零序电流有功分量为

测量的故障线路的零序电流有功分量为

即测量的故障线路零序电流有功分量等于所有非故障线路零序电流里有功分量与消弧线圈以及串并联电阻产生的有功电流之和，并且故障线路的零序电流有功分量与非故障线路零序电流有功分量的方向相反，因此可以通过测量零序电流有功分量的大小和方向选定相应的线路作为第二预选线路。

由于各线路零序电流有功分量与无功分量相比要小的多，因此，其可靠性较低，对零序电流互感器特性要求较高，且对高阻接地故障的灵敏度降低。同时，在中性点经消弧线圈并(串)电阻接地系统中，当发生接地故障后，一般该电阻将很快切除，因此要求接地选线装置必须具有较快的选线速度，且无法实现连续判断。

在一些实施例中，还可以通过零序能量函数选定第二预选线路。具体的，可以根据各条线路的零序电流确定各条线路的零序能量函数，并且将零序能量函数等于其他线路零序能量函数之和的线路选定为第二预选线路，或者，将零序能量函数远大于其他线路零序能量函数的线路选定为第二预选线路。

实际应用中，各条线路的零序能量函数为而在接地系统为中性点消弧线圈接地系统中，消弧线圈零序能量函数为消弧线圈零序能量函数的定义为

在中性点不接地系统中，故障线路的零序能量等于所有非故障线路零序能量之和，并且相反，因此通过零序能量函数的大小确定中性点不接地系统中的第二预选线路。

在中性点经高阻接地系统中，因为电阻元件产生的电流只流经故障线路，因此拉大了故障线路与非故障线路之间的判据，有利于接地选线的实现。

而在中性点经消弧线圈接地系统中，故障线路能量函数等于所有非故障线路能量函数加上消弧线圈能量函数之和的嫌犯至，所以可以根据能量函数确定第二预选线路。

由于电网故障时，能量函数中的零序电压对故障线路、非故障线路是相同的，因此，实质上能量函数就是各线路零序测量电流的函数。即实质上仍是零序电流方向法。根据原理，前述s102步骤有被称为零序电流幅值比较法

s103：判断第一预选线路和第二预选线路是否为同一线路，若是，执行s104。

s104：判定同一线路为故障线路；

前述方法基于稳态分量选线与暂态分量选线相结合，使得能够从故障信号中的稳态量和暂态量分别分析，继而判定相应的线路是否为故障线路，大大地提高了选线的可靠性。

除了提供前述的方法外，本申请还提供一种采用实现前述方法的小电流接地选线装置。图2是本申请实施例提供的小电流接地选线装置的流程图。如图2所示，小电流接地选线装置包括第一预选单元21、第二预选单元22和判定单元23。

第一预选单元21用于获取各条线路在母线处、在有效频带内的容性电流，将容性电流与其他线路容性电路流向相反，并且容性电流与其他线路容性电流流向相反的线路作为第一预选线路；

第二预选单元22，获取各条线路的零序电流，根据各条线路的零序电流相位特征选定第二预选线路；

判定单元23用于第一预选线路和所述第二预选线路为同一线路，则判定所述同一线路为故障线路。

在一个具体实施例中，前述装置应用于中心点不接地系统，第二预选单元22，将零序电流与与其他线路零序电流方相反的线路作为所述第二预选线路。

在另一个具体实施例中，前述装置应用于中心点不接地系统，所述第二预选单元22确定各条线路的零序电流无功分量，根据各条线路的所述零序电流无功分量选定所述第二预选线路。

在另外一个实施例中，前述装置应用于中性点消弧线圈接地系统，第二预选单元22确定各条线路的零序电流有功分量，根据各条线路的零序电流有功分量选定第二预选线路。

在一个实施例中，所述第二预选单元22将零序电流有功分量等于其他线路零序电流有功分量之和的线路选定为所述第二预选线路。

在一些实施例中，第二预选单元22根据各条线路的零序电流确定各条线路的以及中性点连接部件零序能量函数；将零序能量函数等于其他线路和中性点连接部件能量函数之和、零序能量函数方向与其他线路零序能量函数方向相反的线路选定为所述第二预选线路。

本申请还提供一种实现前述方法(也就是包括前述装置)的测试系统。测试系统包括主机、信号检测器和故障定位器其三部分组成。其中，信号检测器完成对信号的采集工作，其包括信号传感部分和信号处理部分。信号传感器部分用于将检测到的电磁信号转换为电压信号；信号处理部分对电压信号进行模数转换处理，并对信号进行频谱分析，并将结构发送给主机。

主机包括人机接口以及相应的控制单元，其用于实时监测各段母线的三项电压和零序电压，根据零序电压和各相电压判断各条母线或者出现是否接地，向系统内的各信号检测器发送检测命令，轮询检测结果，根据各信号检测器发回的数据，分析判断出现接地故障的线路。

故障定位器在主机已判断出某条出线有接地故障后，准确地找出故障线路的接地点。线路查找人员通过故障定位器对线路进行巡检，如遇到分支线路，在离开分支点10米处对两个分支线分别进行测量，信号电流为零的是非接地分支线路，有信号电流的为接地分支线路，沿接地分支继续进行测量，直至找到接地点的确切位置。为了提高检测速度，可采用二分法进行定位，即在线路总长度的二分之一处检测一次，如能检测到信号，说明接地点在远离变电站的50﹪处，否则在靠近变电站的50﹪处，以此类推，逐渐将接地点范围缩小，直至找到接地点的确切位置。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的但不限于具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。