本發(fā)明涉及配電網(wǎng)故障檢測領(lǐng)域，具體涉及一種諧振接地系統(tǒng)高阻接地故障過渡電阻辨識方法。

背景技術(shù)：

由于中壓配電網(wǎng)直接面向用戶，且單相接地大約占到配電網(wǎng)故障總數(shù)的80％，單相接地故障可靠檢測對供電可靠性影響顯著。在中國和歐洲大陸，多數(shù)中壓配電網(wǎng)采用經(jīng)消弧線圈接地方式，即所謂諧振接地系統(tǒng)。單相接地故障時不需要立即切除故障，有利于提高供電可靠性，但由于故障電流微弱等原因，識別接地故障線路有較大困難。近年，歐洲和中國分別開發(fā)的利用故障暫態(tài)電氣量、在中性點附加中電阻等選線技術(shù)，有效解決了過渡電阻較小時的接地故障選線問題。

另一方面，受自然環(huán)境、線路架空距離低等因素影響，配電網(wǎng)中常發(fā)生經(jīng)非理想導(dǎo)體的單相高阻接地故障，如導(dǎo)線跌落在草地、馬路等。法國小電流接地系統(tǒng)有超過12％的接地故障為高阻接地，美國電科院(epri)統(tǒng)計表明，美國(三相四線制多點直接接地)配電網(wǎng)高阻故障的比例在2％～5％。與輸電系統(tǒng)類似，配電網(wǎng)中的高阻接地故障由于較大過渡電阻的存在，導(dǎo)致故障電流進一步減小(一般為a級)、故障點不穩(wěn)定，使故障分析計算復(fù)雜化。

過渡電阻的存在給電力系統(tǒng)故障分析、保護定值整定計算、保護裝置的可靠動作帶來諸多不利影響，很多保護裝置的誤動或拒動都與過渡電阻有關(guān)。對過渡電阻特性進行實時計算，對于幫助運行人員進行準(zhǔn)確的系統(tǒng)分析、對高阻接地故障進行選線、定位、測距具有廣泛的實際應(yīng)用價值、對提高保護裝置應(yīng)對過渡電阻的動作性能具有重要意義和重要的理論價值。

諧振流接地系統(tǒng)高阻接地故障檢測技術(shù)是近年的一個研究熱點，也取得了一些成果，但高阻接地故障電阻辨識問題較少顧及，成果也相對較少。論文《基于故障電阻測量的小電流接地系統(tǒng)保護方法》和論文《基于對地電容與過渡電阻識別的故障選線方法》提出利用各條線路故障前后三相電流變化量之間的相量關(guān)系，計算各線路對地電導(dǎo)電流，并可進一步推導(dǎo)得到故障點過渡電阻。該方法面臨的主要困難是，選線裝置需要接入三相電流信號且受tv/ta傳變誤差(如不平衡度)影響較大。

對于諧振接地系統(tǒng)，高阻接地時工頻電流自身無明顯故障特征，且故障線路和健全線路工頻零序電流與工頻零序電壓均為容性約束關(guān)系，無法識別故障點過渡電阻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種諧振接地系統(tǒng)高阻接地故障過渡電阻辨識方法，利用消弧線圈的過補償作用，結(jié)合暫態(tài)信號的優(yōu)勢，提出一種利用母線暫態(tài)零序電壓與故障線路及任一健全饋線暫態(tài)零序電流計算得到故障點暫態(tài)零序電流，從而計算過渡電阻阻值的方法。

本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

一種諧振接地系統(tǒng)高阻接地故障過渡電阻辨識方法，包括以下步驟：

步驟1：在線采集母線零序電壓，當(dāng)母線零序電壓幅值處于uth1＜u0f＜uth2時(一般的uth1＝15v，uth2＝90v)，則說明系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障，小電流接地故障選線裝置啟動選出故障饋線；

步驟2：提取故障饋線出口零序電流、任一健全饋線出口零序電流及母線零序電壓的暫態(tài)分量分別為i0n_t、i0i_t(i＝1,2,...,n-1)、u0f_t；

步驟3：分別計算故障饋線和該健全饋線出口暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)ξn、ξi，公式為：

步驟4：計算故障饋線暫態(tài)電容電流

步驟5：利用故障饋線出口暫態(tài)零序電流減去故障饋線暫態(tài)電容電流計算出故障點暫態(tài)零序電流，即

步驟6：計算故障點過渡電阻阻值r。

優(yōu)選地，步驟4中是利用母線暫態(tài)零序電壓與故障線路、任一健全饋線暫態(tài)零序電流以及二者在母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)計算得到故障饋線暫態(tài)電容電流，計算公式為：

優(yōu)選地，步驟5中是利用母線暫態(tài)零序電壓與故障線路、任一健全饋線暫態(tài)零序電流以及二者在母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)計算得到故障點暫態(tài)零序電流，計算公式如下：

優(yōu)選地，步驟6中故障點過渡電阻為母線暫態(tài)零序電壓與故障點暫態(tài)零序電流的比值，計算公式如下：

優(yōu)選地，所述故障點暫態(tài)零序電流為利用母線暫態(tài)零序電壓與故障線路暫態(tài)零序電流及其在母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)計算得到，計算公式如下：

優(yōu)選地，所述故障點過渡電阻為母線暫態(tài)零序電壓與故障點暫態(tài)零序電流的比值，即故障點過渡電阻等于故障線路暫態(tài)零序電流在暫態(tài)零序電壓上投影系數(shù)的倒數(shù)，計算公式如下：

本發(fā)明具有的有益效果是：

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明僅需要系統(tǒng)零序電壓和各出線零序電流信號，不需要三相電壓和三相電流信號，方便現(xiàn)有小電流接地故障選線裝置實現(xiàn)，且不易受tv/ta傳變誤差和不平衡的影響。本技術(shù)對于幫助運行人員進行準(zhǔn)確的系統(tǒng)分析、對高阻接地故障進行選線、定位、測距具有廣泛的實際應(yīng)用價值、對提高保護裝置應(yīng)對過渡電阻的動作性能具有重要意義和重要的理論價值。

附圖說明

圖1為實施例1的諧振接地系統(tǒng)高阻接地故障過渡電阻辨識方法流程框圖。

圖2為實施例1的諧振接地系統(tǒng)高阻接地故障過渡電阻辨識方法流程框圖。

圖3為典型配電線路仿真模型。

圖4為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為1500ω的高阻接地故障時母線電壓、故障饋線出口電流、健全饋線1出口電流的零序分量對比。

圖5為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為1500ω的高阻接地故障時母線電壓、故障饋線出口電流、健全饋線1出口電流的暫態(tài)分量對比。

圖6為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為1500ω的高阻接地故障時故障饋線暫態(tài)電容電流、故障點暫態(tài)零序電流。

圖7為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生不同接地點，不同故障電阻，不同相角的高阻接地故障時計算得到的故障點過渡電阻。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體的說明：

結(jié)合圖1至圖7，當(dāng)過渡電阻不斷增大時，系統(tǒng)暫態(tài)過程的諧振頻率將從數(shù)千赫茲減小到0，再增加到略超工頻的頻率。當(dāng)過渡電阻較高時，系統(tǒng)暫態(tài)過程的諧振頻率接近工頻。因此，母線暫態(tài)零序電壓與故障點暫態(tài)零序電壓幾乎相同，即可利用母線暫態(tài)零序電壓代替故障點暫態(tài)零序電壓。健全線路出口暫態(tài)零序電流為該線路暫態(tài)電容電流，故障線路出口暫態(tài)零序電流包含該線路暫態(tài)電容電流和故障點暫態(tài)零序電流。故障點暫態(tài)零序電流與暫態(tài)零序電壓成比例，即故障點暫態(tài)零序電流對暫態(tài)零序電壓的正交分量為0，所以故障線路暫態(tài)零序電流對暫態(tài)零序電壓的正交分量就是該線路對地電容暫態(tài)電流的正交分量。因此，故障線路與任一健全線路暫態(tài)電流的正交分量之比等于兩條線路對地分布電容之比?？梢岳脮簯B(tài)零序電壓與故障線路及任一健全線路暫態(tài)零序電流計算得到故障點暫態(tài)零序電流，從而計算得到故障點過渡電阻阻值。

實施例1

一種諧振接地系統(tǒng)高阻接地故障過渡電阻辨識方法，包括以下步驟：

步驟1：在線采集母線零序電壓，當(dāng)母線零序電壓幅值處于uth1＜u0f＜uth2時(一般的uth1＝15v，uth2＝90v)，則說明系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障，小電流接地故障選線裝置根據(jù)母線零序電壓啟動，當(dāng)母線零序電壓值達到裝置啟動門檻值時，啟動裝置，并記錄母線零序電壓、各條饋線出口處的零序電流信號、故障持續(xù)時間、故障發(fā)生時間等故障數(shù)據(jù)，根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，選出故障線路；

步驟2：提取故障饋線出口零序電流、任一健全饋線出口零序電流及母線零序電壓的暫態(tài)分量分別為i0n_t、i0i_t(i＝1,2,...,n-1)、u0f_t；

步驟3：分別計算故障饋線和該健全饋線出口暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)ξn、ξi，公式為：

步驟4：利用母線暫態(tài)零序電壓與故障線路、任一健全饋線暫態(tài)零序電流以及二者在母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)計算得到故障饋線暫態(tài)電容電流計算公式為：

步驟5：利用故障饋線出口暫態(tài)零序電流減去故障饋線暫態(tài)電容電流計算出故障點暫態(tài)零序電流，即

步驟6：計算故障點過渡電阻阻值r，故障點過渡電阻為母線暫態(tài)零序電壓與故障點暫態(tài)零序電流的比值，計算公式如下：

實施例2

也可以近似認為故障線路暫態(tài)零序電流在暫態(tài)零序電壓上的投影分量為故障點暫態(tài)零序電流，從而計算得到故障點過渡電阻阻值。

則諧振接地系統(tǒng)高阻接地故障過渡電阻辨識方法包括以下步驟：

步驟1：提取故障饋線出口零序電流及母線零序電壓的暫態(tài)分量分別為i0n_t、u0f_t；

步驟2：故障饋線出口暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)為ξn；

步驟3：利用母線暫態(tài)零序電壓與故障線路暫態(tài)零序電流及其在母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)計算得到故障點暫態(tài)電流，計算公式如下：

步驟4：故障點過渡電阻為母線暫態(tài)零序電壓與故障點暫態(tài)零序電流的比值，即故障點過渡電阻等于故障線路暫態(tài)零序電流在暫態(tài)零序電壓上投影系數(shù)的倒數(shù)，計算公式如下：

實施例3

設(shè)置圖3中線路k2位置發(fā)生1500ω的高阻接地故障，利用實施例1中的方法進行故障點過渡電阻辨識：

步驟1：線路中發(fā)生高阻接地故障時，選線裝置根據(jù)母線零序電壓啟動，當(dāng)母線零序電壓值達到裝置啟動門檻值時，啟動裝置，選出故障線路，啟動裝置記錄母線零序電壓、各條饋線出口處的零序電流信號，如圖4所示；

步驟2：提取故障饋線出口零序電流、健全饋線1出口零序電流及母線零序電壓的暫態(tài)分量i0n_t、i01_t、u0f_t，如圖5所示；

步驟3：算故障饋線和該健全饋線出口暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)ξn＝0.19、ξ1＝0.02；

步驟4：計算故障饋線暫態(tài)電容電流，如圖6中所示；

步驟5：計算出故障點暫態(tài)零序電流，如圖6中所示；

步驟6：根據(jù)公式計算故障點過渡電阻阻值r＝1495.4ω，與仿真所設(shè)置的1500ω相似，本方法有效。

實施例4

設(shè)置圖3中線路k2位置發(fā)生1500ω的高阻接地故障，利用實施例2中的方法進行故障點過渡電阻辨識：

步驟1：線路中發(fā)生高阻接地故障時，選線裝置根據(jù)母線零序電壓啟動，當(dāng)母線零序電壓值達到裝置啟動門檻值時，啟動裝置，選出故障線路，啟動裝置記錄母線零序電壓、故障饋線出口處的零序電流信號，如圖4所示；

步驟2：提取故障饋線出口零序電流及母線零序電壓的暫態(tài)分量分別為i0n_t、u0f_t，如圖5所示；

步驟3：計算故障饋線出口暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓的投影系數(shù)ξn＝0.19；

步驟4：根據(jù)公式計算故障點過渡電阻阻值r＝1754.4ω，與仿真所設(shè)置的1500ω相似，本方法有效。

其他不同接地點，不同故障電阻，不同相角的高阻接地故障時計算得到的故障點過渡電阻如圖7所示，與仿真所設(shè)置的電阻值相近，均可證明本方法有效，在此不在贅述。

當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。