中性点经消弧线圈并中电阻接地电网的接地故障隔离方法

摘要

一种基中性点经消弧线圈并中电阻接地电网的接地故障隔离方法，电力系统继电保护技术领域。用接地故障电流有功分量与零序电压的比值作为接地故障发生和选线判断的启动信号。接地故障电流有功分量与零序电压的比值超过整定值，则接地故障发生，并且确定本馈线即为接地故障馈线，然后计算故障馈线的地线电流有功分量值，并将该地线电流有功分量值与接地故障电流有功分量的比值设置为接地故障量，最后按监测点接地故障量与实际接地故障发生时在监测点测得的接地故障量的比值确定接地故障的保护动作时间，实现了中性点经消弧线圈并中电阻接地的电缆配电网的接地故障快速隔离。其步骤简单使用效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种中性点经消弧线圈并中电阻接地电网的接地故障隔离方法，适用于中性点经消弧线圈并中电阻或小电阻接地的三芯电缆配电网，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

由于人们对城市环境优美的追求和更高供电可靠性的需求，同时，也由于电力电缆生产技术水平的提高，电缆应用成本的下降，城市10kV配电网愈来愈多地采用电力电缆敷设供电方式。由于三芯电缆缆芯的对称性，并且，三相铜箔屏蔽层又相互接触，电网正常运行时在铜箔层没有感应电压，因此，电缆都采用双端接地。这样，电缆的地线(电缆的铜箔屏蔽层和铠装层)将各变电所、开闭所、环网站和各用电户的接地极连接起来，构成了一个接地网。

电缆的大量使用，配电网的接地故障电流大大增加，因此，中性点经消弧线圈接地运行方式被大量采用，实践证明，对配电网的安全可靠运行带来了很大的积极作用。然而，中性点经消弧线圈接地电网大大减小接地故障电流的同时，也给接地故障选线带来一些困难，增加了接地故障隔离的难度，为提高接地故障选线的准确性，出现了消弧线圈并中电阻(100～132Ω)(或小电阻10～15Ω)接地的方式，极大地提升了接地故障选线(继电保护的横向选择性)的准确性。本发明要进一步开发这种中性点接地方式的潜力，当电网发生接地故障时，消弧线圈及时补偿电网对地电容电流，有效减小接地故障点的电流，使瞬时接地故障电弧快速熄灭，电网恢复正常运行；若在3～5秒中，接地故障不能自动消失，则为永久性接地故障，图1中QF闭合，将中性点中电阻(或小电阻)并入电网中性点与接地极之间1 秒，在这期间，本发明通过测量电网的接地故障电流和地线电流的有功分量，并设置一个全新的故障量，地线电流有功分量和接地故障电流有功分量的比值，有效地实现了中性点消弧线圈并中电阻(或小电阻)接地电网接地故障继电保护的纵向选择性，快速有选择性地隔离接地故障。本发明提出了一种全新的继电保护方法，通过地线电流和接地故障电流有效值的比值这一故障量，有效地拉开了故障馈线的纵向各段馈线的故障量，实现了中性点经消弧线圈并中电阻(Ω)(或小电阻)接地电网的接地故障继电保护的纵向选择性。这种继电保护方式不仅充分发挥了中性点经消弧线圈接地电网有瞬时接地故障电弧自动熄灭、不必隔离、有利于提高供电可靠性的优势，同时又能迅速隔离永久性接地故障，大大缩小了接地故障的隔离范围和故障的寻找范围、也有效地改善了供电的电能质量。

发明内容

技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种基于地线电流测量的中性点经消弧线圈并中电阻接地电网的接地故障快速隔离方法，属于电力系统继电保护的技术问题，解决了中性点经消弧线圈并中电阻，或小电阻接地配电网当发生接地故障时无法实现纵向有选择性地隔离故障的问题。

技术方案：为了实现上述目的，本发明中性点经消弧线圈并中电阻接地电网的接地故障隔离方法，将接地故障电流有功分量与零序电压的比值作为接地故障发生和选线判断的启动信号，若接地故障电流有功分量与零序电压的比值超过整定值，则接地故障发生，并且确定本馈线即为接地故障馈线，然后计算故障馈线的地线电流有功分量值，并将该地线电流有功分量值与接地故障电流有功分量的比值设置为接地故障量，最终按监测点接地故障量与实际接地故障发生时在监测点测得的接地故障量的比值确定接地故障的保护动作时间，实现了中性点经消弧线圈并中电阻接地的电缆配电网的接地故障快速隔离。

具体步骤如下：

a.实时同步采样零序电压和各馈线的接地故障电流和地线电流，计算各馈线的接地故障电流的有功分量与零序电压的比值I

b.计算故障馈线的地线电流的有功分量值I

c.设置一故障量等于地线电流有功分量I

d.按故障量值确定接地故障保护的动作时间：t

只要有接地故障发生，则必然是电网的零序电压升高，因此，零序电压超过整定值U

以接地故障馈线有3段，分别为：主变电所到开闭所、开闭所到环网站和环网站到用电户10/0.4kV变压器入口，对于中性点经消弧线圈并中电阻100～132Ω或小电阻10～15Ω接地的电网，仅考虑接地故障电流的有功分量在电网导体中和地线中流动的时，故障电流在电网导体中主要分布在故障点到中性点，该电流就是流经中性点的电流有功分量I

A、中性点电流有功分量单独作用时，故障点K的故障电流I

第一段主变电所到开闭所之间：

第二段开闭所到环网站之间：

第三段环网站到用电户变压器之间：

定义：R

I

B、故障点K的故障电流有功分量I

若接地故障发生在K

定义：R

故障点向负荷侧的电流为：

由于主变电所的接地极电阻要求小于等于0.5Ω，并且主变电所辐射电缆多，而开闭所的接地极电阻要求小于等于2Ω，环网站和用电户的接地极电阻要求小于4Ω，并且辐射的电缆少，因此电源侧接地极等效电阻R

若接地故障发生在K

开闭所到电源端之间的电流有功分量为：

若接地故障发生在K

环网站到开闭所之间的电流有功分量为：

开闭所到电源之间的电流有功分量为：

这样，K

I

K

I

I

K

I

(16)

I

I

有益效果：本方法中当电网发生接地故障时，消弧线圈及时补偿电网对地电容电流，有效减小接地故障点的电流，使瞬时接地故障电弧快速熄灭，电网恢复正常运行；若在3～5秒中，接地故障不能自动消失，则为永久性接地故障，图1中QF闭合，将中性点中电阻，100～132 Ω，或小电阻10～15Ω并入电网中性点与接地极之间1秒，在这期间，通过测量电网的接地故障电流和地线电流的有功分量，并设置一个全新的故障量，地线电流有功分量和接地故障电流有功分量的比值，有效地实现了中性点消弧线圈并中电阻或小电阻接地电网接地故障继电保护的纵向选择性，快速有选择性地隔离接地故障。这种继电保护方式不仅充分发挥了中性点经消弧线圈接地电网有瞬时接地故障电弧自动熄灭而不必隔离，有利于提高供电可靠性的优势，同时又能迅速隔离永久性接地故障，大大缩小了接地故障的隔离范围和故障的寻找范围，也有效地改善了供电的电能质量。并且，这一故障量没有量纲与接地故障点的阻抗大小和接地故障类型，即单相接地故障或两相接地故障无关，故障隔离性能更加优异。

附图说明：

图1为本发明的简化供电系统的零序电路示意图；

图2(a)、(b)、(c)为应用电路的替代定理将电缆配电网仿真模型示意图进行替换后的模型示意图；

图3为馈线零序电流互感器和地线零序电流互感器获取电流信号取样示意图；

图4为馈线零序电流互感器和地线零序电流互感器获取电流信号取样示意图。

图5为电缆配电网仿真模型示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施做进一步说明：

本发明的实施需要有用于各馈线故障电流测量的零序电流互感器和地线电流测量的电流互感器，其中馈线零序电流互感器设置在高压电缆外侧进行移动，地线零序电流互感器设置在高压电缆的地线外侧，其中馈线零序电流互感器设置在高压电缆外侧进行移动，馈线零序电流互感器和地线零序电流互感器获取的2个电流信号取样方法见图4和图5；2个电流取样信号送继电保护器进行信号调理后实施以下计算和判断：

如图1所示，本发明的适用于基于地线电流测量的中性点经消弧线圈并中电阻接地电网的接地故障快速隔离方法，具体步骤为：

1)实时同步采样零序电压和各馈线的接地故障电流和地线电流，计算各馈线的接地故障电流的有功分量与零序电压的比值I

只要有接地故障发生，则必然是电网的零序电压升高，因此，零序电压超过整定值U

进而进行以下判断：

2)计算故障馈线的地线电流有功分量值I

对于中性点经消弧线圈并中电阻(100～132Ω)(或小电阻10～15Ω)接地的电网，如果我们仅考虑接地故障电流的有功分量在电网导体中和地线中流动的时，故障电流在电网导体中主要分布在故障点到中性点，这电流就是流经中性点的电流有功分量I

A、中性点电流有功分量单独作用时，故障点K的故障电流I

第一段主变电所到开闭所之间：

第二段开闭所到环网站之间：

第三段环网站到用电户变压器之间：

这里定义：R

I

B、故障点K的故障电流有功分量I

若接地故障发生在K

这里定义：R

故障点向负荷侧的电流为：

由于主变电所的接地极电阻要求小于等于0.5Ω，并且主变电所辐射电缆多，而开闭所的接地极电阻要求小于等于2Ω，环网站和用电户的接地极电阻要求小于4Ω，并且他们辐射的电缆少，因此，电源侧接地极等效电阻R

若接地故障发生在K

开闭所到电源端之间的电流有功分量为：

若接地故障发生在K

环网站到开闭所之间的电流有功分量为：

开闭所到电源之间的电流有功分量为：

这样，K

I

K

I

I

K

I

(16)

I

I

3)设置一故障量等于地线电流有功分量I

这里，ε为故障量，下标i同样是从电源向用电户依次的序号，k为故障点。由于 I

k

k

4)按故障量值确定接地故障保护的动作时间：t

实施例一、

如图5所示，使用简化的城市10kV电缆配网说明：设纵向有四级接地极，分别为主变电所、开闭所、环网柜到用电户变压器，则i＝4，接地极电阻分别为：R

第I＝1段测得的本段最远端(R”

第I＝1段测得的下段最远端和最近端发生单相接地故障时的最小和最大故障量分别为：

第I＝1段测得的在下下段最近端和最近端发生单相接地故障时的最小和最大故障量分别为：

第I＝2段测得的本段最远端和最近端发生单相接地故障时的最小和最大故障量分别为：

第I＝2段测得的下段最远端和最近端发生单相接地故障时的最小和最大故障量分别为：

第I＝3段测得的在本段最远端和最近端发生单相接地故障时的最小和最大故障量分别为：

这样，若取Δt＝0.2S，则Δt

通过以上4步实现了中性点经小电阻接地电缆配电网的接地故障的纵向选择性。本发明可以独立用微机芯片实施，插入微机继电保护装置来实现，增加保护装置的功能。