涉及一種基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，用于消弧線圈接地系統(tǒng)，基于廣域同步信息，采用排除非故障線路，間接確認(rèn)故障線路和故障線段，本發(fā)明屬于電力配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)與控制。

背景技術(shù)：

1、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，一般采用過補償方案；在10kv配電線路上發(fā)生單相接地故障時，由于在故障發(fā)生最初的約2～10ms后消弧線圈啟動，消弧線圈的電感電流補償并超過了故障點的電容電流，使得故障線路的故障信息被該電感電流淹沒了，造成進(jìn)一步判別單相接地故障變得十分困難。在10kv配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，針對10kv配電線路上發(fā)生單相接地故障，采用廣域同步(pmu)電流測量裝置，采集線路上a、b、c相電流，上報調(diào)度主站端或變電站端，進(jìn)行各線路零序電流3i0計算，同時在變電站母線或線路上電壓互感器(pt)上二次裝設(shè)廣域同步電壓測量裝置，采集零序電壓3u0，上報調(diào)度主站端或變電站端，然后進(jìn)行零序功率方向計算，但該技術(shù)方案只能進(jìn)行短時間(約2～10ms內(nèi))的零序功率方向計算和單相接地故障判斷，在故障發(fā)生2～10ms之后無法進(jìn)一步進(jìn)行單相接地故障判斷，只要零序功率方向啟動，在零序電壓存在時就一直保持動作狀態(tài)，這種做法，容易發(fā)生誤判而產(chǎn)生誤動作。本發(fā)明將提出一種用于10kv經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)基于廣域同步信息排除非故障線路，間接確認(rèn)故障線路和故障線段，從而實現(xiàn)故障線路選線或故障線段定位的單相接地故障的繼電保護(hù)技術(shù)方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是基于廣域同步信息，采用排除非故障線路，間接確認(rèn)故障線路和故障線段的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)故障發(fā)生消弧線圈開始啟動后，消弧線圈的電感電流淹沒了故障線路的故障線段的故障信息，在故障發(fā)生2～10ms之后無法進(jìn)一步進(jìn)行單相接地故障判斷的技術(shù)問題。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

2、一種基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，應(yīng)用在6kv～35kv系統(tǒng)接地方式為經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)；首先，在調(diào)度主站端或變電站端，設(shè)立單相接地判別系統(tǒng)主站(簡稱主站系統(tǒng))，用于采集故障信息，進(jìn)行各出線上各測量點的零序功率方向計算，找出配電線路故障線路的故障線段和非故障線段、非故障線路；在10kv線路上，每隔一段線路分別裝設(shè)a、b、c三相或零序電流廣域同步pmu型電流測量裝置(簡稱電流測量點)，采集線路上各電流測量點a、b、c相pmu電流或零序電流，上報主站系統(tǒng)，進(jìn)行pmu零序電流3i0計算；在變電站母線或線路上pt裝設(shè)pmu型電壓測量裝置，采集pmu零序電壓3u0，上報主站系統(tǒng)；

3、判別10kv線路單相接地故障方法，包括以下步驟：

4、步驟1)收集零序電壓pmu數(shù)據(jù)，當(dāng)零序電壓值大于零序電壓啟動定值后，進(jìn)入單相接地故障判別程序；將收集過來的各線路各測量點零序電流和零序電壓的pmu數(shù)據(jù)，在故障最初2～10ms內(nèi)，進(jìn)行零序功率方向計算，排除故障點不在各條線路的第1個測量點的上游(電源側(cè))或變電站10kv母線上；

5、所述排除故障點不在各條線路的第1個測量點的上游或變電站10kv母線上的方法為：

6、⑴若線路第1個測量點的至少有1條線路零序功率方向為正方向，則排除單相接地故障的接地點不在所有的10kv線路第1個測量點的上游線路區(qū)段或變電站10kv母線上；

7、⑵若線路第1個測量點的零序功率方向計算結(jié)果全部為反方向，則篩選出單相接地故障的接地點在所有的10kv線路第1個測量點的上游線路區(qū)段或變電站10kv母線上；

8、通過上述步驟⑴和⑵正反兩方面篩選，排除單相接地故障不在各條10kv線路第1個測量點的上游線路區(qū)段或變電站10kv母線上，在某1條10kv線路第1個測量點的下游線路區(qū)段；

9、步驟2)找出故障線路和非故障線路；

10、將零序功率方向計算結(jié)果進(jìn)行排序，判斷出故障線路和非故障線路的方法如下：

11、⑴篩選出故障線路

12、若計算某條線路上第1個測量點的零序功率方向為正方向時，則選擇為該線路測量點下游線路區(qū)段為故障線路區(qū)段；

13、⑵篩選出非故障線路

14、若計算某條線路上第1個測量點的零序功率方向為反方向時，則選擇為該線路測量點下游線路區(qū)段為非故障線路區(qū)段；

15、通過上述篩選步驟，篩選出故障線路和非故障線路區(qū)段；

16、步驟3)找出故障線路的故障區(qū)段和非故障區(qū)段，方法如下：

17、⑴計算故障線路上每個測量點的零序功率方向，設(shè)置條件①若一個及以上連續(xù)測量點(可能是1個點，也可能是1串點：從線路的第1個測量點，一直到故障點前面的測量點)的零序功率方向為正方向，條件②零序電流大于零序電流整定值；滿足上述2個條件，選擇該測量點下游線路區(qū)段為故障正方向；

18、⑵計算故障線路上每個測量點的零序功率方向，若為反方向時，選擇該測量點下游線路區(qū)段為故障反方向；

19、⑶將選擇為故障正方向與反方向的測量點進(jìn)行排序，排序方法：線路上零序功率方向判為正方向(從線路的第1個測量點，一直到故障點前面的測量點)和反方向(故障點后面的所有測量點)的分別進(jìn)行排序，判為正方向最后一個測量點的下游至判為反方向第一個測量點的上游區(qū)段是線路故障故障點位置，判為反方向第一個測量點的下游區(qū)段的是線路非故障區(qū)段，則確定滿足故障正方向最后的1個測量點與滿足故障反方向的第1個測量點之間的線路區(qū)段篩選為故障線路的故障區(qū)段；

20、⑷若滿足故障正方向最后的1個測量點已經(jīng)是線路的最后1個測量點，則判斷該測量點下游的線路區(qū)段為故障線路區(qū)段；

21、步驟4)在故障發(fā)生2～10ms后，在每條非故障線路和故障線路非故障線段的第1個測量點繼續(xù)采集零序電流，和pmu零序電壓進(jìn)行零序功率方向計算，繼續(xù)判斷上述線路是否為非故障線路；

22、在故障2～10ms后，由于消弧線圈開始啟動，消弧線圈的電感電流淹沒了故障線路的故障線段的故障信息，使得故障線路的故障線段的零序功率方向發(fā)生改變，原來正方向時為發(fā)生故障，現(xiàn)在零序功率方向為反方向是錯誤信息，則無法繼續(xù)判斷線路發(fā)生故障；

23、其原因為：消弧線圈接地系統(tǒng)一般采用過補償方式，原來整個10kv系統(tǒng)電容電流為ic，電容電流ic通過故障點經(jīng)過故障線路故障相流向10kv母線，對故障線路來說，故障線路故障區(qū)段的零序電流是10kv系統(tǒng)電容電流減去故障線路故障區(qū)段的電容電流，方向由故障點經(jīng)過故障線路流向10kv母線，此時故障線路故障區(qū)段的零序電流方向與非故障線路零序電流方向相反，零序功率方向判為正方向；消弧線圈開始啟動后，消弧線圈的電感電流為il，通過故障點和故障線路故障相由故障點流向10kv母線，再通過變壓器10kv側(cè)或接地變壓器流回消弧線圈。由于消弧線圈為過補償方式，所以消弧線圈啟動后有il大于ic，故障線路故障區(qū)段接地故障點處的電流為il-ic，為一個電感成分為主的電感電流。由于il電流通過故障線路故障點流向10kv母線，此時對故障線路故障區(qū)段的零序電流主要為消弧線圈的電感電流與本線線路故障區(qū)段故障前的電容電流合成的電流，為電感電流為主的電流，電流方向是由線路故障點流向10kv母線，由于故障線路故障區(qū)段的零序電流原來由電容電流變?yōu)榱穗姼须娏髁耍韵【€圈開始啟動后，消弧線圈的電感電流淹沒了故障線路的故障線段的電容電流為主的故障信息；因為線路的電流的參考方向一般為母線指向線路，所以故障線路故障區(qū)段的零序電流為負(fù)的電感電流；負(fù)的電感電流等同于電容電流，所以與非故障線路的電容電流是同相的，所以此時零序功率方向為反方向了。

24、因此，(1)在故障2～10ms后，繼續(xù)采集每條非故障線路的第1個測量點和故障線路非故障線段的第1個測量點的pmu零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)，繼續(xù)進(jìn)行零序功率方向計算，如果零序功率方向判別為反方向，則可以確認(rèn)上述線路為非故障線路或故障線路非故障線段；

25、其原因為：非故障線路的電容電流和故障線路非故障線段的電容電流，由于線路電容阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于故障線路故障線段的線路阻抗，消弧線圈的電感電流是通過故障點和故障線路故障相由故障點流向10kv母線，再通過變壓器10kv側(cè)或接地變壓器流回消弧線圈，幾乎沒有通過非故障線路的對地電容和故障線路非故障線段的對地電容流過非故障線路和故障線路非故障線段流回，所以非故障線路的電容電流和故障線路非故障線段的電容電流信息沒有被消弧線圈的電感電流淹沒，可以繼續(xù)利用其連續(xù)進(jìn)行零序功率方向計算和判別。

26、(2)繼續(xù)采集pmu零序電壓，計算零序電壓持續(xù)大于零序電壓的啟動定值；

27、零序電壓的啟動定值為：大于正常運行時主站系統(tǒng)收集零序電壓時的最大不平衡電壓值：

28、3u0zd＝kk*3ubph?(1)

29、式(1)中3u0zd為零序電壓啟動值；kk為可靠系數(shù)；3ubph為正常運行時主站系統(tǒng)收集零序電壓時的最大不平衡電壓值；

30、通過上述步驟，在零序電壓持續(xù)大于零序電壓的啟動定值情況下，對原來判為非故障線路和故障線路非故障線段的，繼續(xù)進(jìn)行判別，如果仍然為非故障線路和故障線路非故障線段，則反向確認(rèn)未被認(rèn)定為非故障線路或故障線路非故障線段的線路或線路線段，為故障線路或故障線段；

31、步驟5)判斷故障線路接地故障性質(zhì)：

32、當(dāng)步驟4)篩選的單相接地故障結(jié)果為：單相接地故障持續(xù)的時間小于時間t，則判故障線路為瞬時性單相接地故障；時間t按大于配電線路發(fā)生擾動故障時間整定，取0.1～10分鐘；當(dāng)單相接地故障持續(xù)的時間大于時間t，則判故障線路為永久性單相接地故障；

33、步驟6)單相接地故障判斷程序和系統(tǒng)返回：

34、當(dāng)測量的零序電壓小于零序電壓的返回定值時，則篩選和判斷該為單相接地故障消失，單相接地故障判斷程序和系統(tǒng)返回。

35、前述基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，其中步驟1)：

36、優(yōu)選地，采集零序電流pmu數(shù)據(jù)方法為：收集各10kv線路上的各測量點采集的a、b、c三相電流的pmu數(shù)據(jù)，進(jìn)行各線路各測量點零序電流計算，或用零序電流互感器直接收集各測量點的零序電流的pmu數(shù)據(jù)；其中由a、b、c三相電流計算出來的零序電流為：

37、

38、(2)式中，為3倍零序電流，為a相電流、為b相電流、為c相電流；

39、步驟1)要求收集各線路各測量點的零序電流，在單相接地故障時也等于各線路各測量點的a、b、c三相線路對地電容電流之和，即該零序電流為一個綜合電容電流。

40、優(yōu)選地，采集零序電壓pmu數(shù)據(jù)方法為：采集變電站母線或線路上pt二次的三相電壓，實時計算零序電壓，由a、b、c三相電壓計算出來的零序電壓為：

41、

42、式(3)中，為3倍零序電壓，為a相電壓、為b相電壓、為c相電壓；

43、或者，用零序電壓互感器pt直接采集變電站母線或線路上pt二次的零序電壓pmu數(shù)據(jù)。

44、前述基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，其中步驟1：

45、判斷線路零序功率方向為正方向，則為故障線路，判斷零序功率方向的方法為：判為正方向的角度范圍為-180°～0°或180°～360°，動作區(qū)的一半角度位置，叫做最大靈敏角，靈敏角φlm為90°，其動作方程為：

46、

47、判斷線路的零序功率方向為反方向，則為非故障線路，判為反方向的角度范圍為0°～180°，其靈敏角φlm為-90°，其動作方程為：

48、

49、(4)-(5)式中計算零序功率方向的電壓為計算零序功率方向的電流為

50、前述基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，其中步驟3)中所述零序電流整定值大于線路正常運行情況下主站系統(tǒng)收集零序電流時的最大不平衡電流，

51、3i0zd＝kk3i0bph???(6)

52、式(6)中3i0zd為零序電流整定值；kk為可靠系數(shù)；3i0bph為線路正常運行時主站系統(tǒng)收集零序電流時的最大不平衡電流，3i0zd取2～7a，可靠系數(shù)kk取≥1.5～2.0。

53、前述基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，其中步驟5)：

54、3u0zd取5～15v；可靠系數(shù)kk取≥1.5～2.0；零序電壓的返回定值為k倍零序電壓啟動定值，k取0.5～0.8。

55、前述基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，步驟3)，篩選故障線路的故障區(qū)段和故障線路的非故障區(qū)段可采用另一種方法：將此時刻的故障線路零序電流進(jìn)行排序，進(jìn)行上游測量點和下游測量點的零序電流的相位計算和篩選：當(dāng)上游測量點零序電流和下游測量點的零序電流的相位出現(xiàn)了反相相位，則篩選和選擇該上游測量點和下游測量點的覆蓋區(qū)段為故障區(qū)段；

56、注：線路發(fā)生單相接地時：零序電流的相位在故障點的位置，會出現(xiàn)零序電流的相位相反的現(xiàn)象，通過這一故障現(xiàn)象，判斷故障位置。

57、前述基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，進(jìn)一步的，篩選出故障線路的故障相別方法如下：

58、⑴在步驟3)篩選的同時計算故障線路故障區(qū)段前各測量點的a、b、c三相電流增量為：

59、

60、(7)式中，分別為故障線路故障區(qū)段故障后采集的a、b、c相電流，分別為故障線路故障區(qū)段故障前采集的a、b、c相電流，φ分別表示為a相、b相、c相；

61、⑵將計算故障線路故障區(qū)段前各測量點的三相電流增量進(jìn)行排序，確定三相電流中電流增量最大相為故障相。

62、前述基于排除非故障線路的判別10kv線路單相接地故障方法，進(jìn)一步的，篩選出故障線路的故障相別采用另一種方法：采用母線或線路上pt二次的a、b、c三相電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行故障相別篩選，當(dāng)a、b、c三相電壓中某兩相電壓為大于正常運行電壓、某一相電壓為小于正常運行電壓的m倍及以下時，則確定電壓降低的這一相為故障線路的故障相，m取70％～80％。

63、以上為判別故障相別的另一種方法：因為單相接地時最明顯的故障特征就是通過pt的某一相電壓降低，來判斷單相接地的相別。

64、借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：

65、1、本發(fā)明充分利用廣域同步數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，采集整個10kv電網(wǎng)的pmu零序電壓和零序電流數(shù)據(jù)，進(jìn)行全網(wǎng)10kv線路的零序功率方向計算，并進(jìn)行排序，能夠甄別出故障線路；采用零序功率方向判別接地故障非常準(zhǔn)確，有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

66、2、本發(fā)明采用非故障線路的pmu數(shù)據(jù)，在單相接地故障2～10ms后，繼續(xù)計算各非故障線路上第1個測量點的零序功率方向和故障線路故障點下游第1個測量點的零序功率方向，在零序電壓存在時段內(nèi)，進(jìn)一步確認(rèn)非故障線路和故障線路的非故障線段，從而反向間接確認(rèn)故障線路故障線段，以此確認(rèn)某條線路某一線段發(fā)生單相接地故障；克服在消弧線圈裝置啟動后，故障線路的零序功率方向正確判別時間只能使用2～10ms的缺陷，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，進(jìn)行連續(xù)判斷，并甄別出故障線路，實施簡單易行。

67、3、本發(fā)明充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，在2～10ms后，通過反向甄別，進(jìn)一步判斷故障線路位置，并根據(jù)故障時間的長短，判別是瞬時性單相接地故障，還是永久性單相接地故障，克服以前判單相接地故障，不能明確該接地故障是瞬時性單相接地故障，還是永久性單相接地故障的問題。

68、4、本發(fā)明采用正面和反向驗證單相接地的方法兩種方法，相互驗證，判別故障更加準(zhǔn)確。

69、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。