CN107966633A - 一种供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法及系统，方法包括：实时监测PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障；当判断发生单相接地故障时，监测中性点位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相；将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。具有故障线路判断准确和高效的优点。

Description

一种供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法及 系统

技术领域

本发明涉及于电力工程技术领域，具体涉及供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法及系统。

背景技术

配电网络一般采用中性点非有效接地方式，而单相接地故障是配电网中最常见的故障形式，由于故障电流小，系统线电压基本不变，可继续对用户供因此一般允许带单相接地故障运行1～2h。但是对于弧光接地故障，若接地电弧长时间存在，间歇性弧光过电压反复出现，会对系统内设备及线路绝缘造成危害。配电网系统中内部过电压以及雷击、鸟害、断线、树枝等因素都可能引起弧光接地故障，故障点电弧不断熄灭和重燃，导致系统电感、电容回路的电磁振荡，产生间歇性弧光接地过电压。

现有技术的配电网络不能够快速确定故障且判断故障线路效果差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法及系统，以提高故障和判断故障线路的判断效率和准确率。

本发明提供一种供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法包括步骤：

实时监测PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障；

当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相；

将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。

优选地，所述实时监测PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障的步骤具体包括：

实时监测PT二次侧开口三角电压，为开口三角电压预设定一阈值，当所述开口三角电压电压升高超过该阈值时即判断供电系统发生单相接地故障；或

当出现线路首端零序电流突变时，监测分析供电系统各馈线和分支线路的零序电流信号是否在同一时刻均发生突变，若是则即判断供电系统发生单相接地故障。

优选地，所述当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相的步骤具体包括：

在判断为单相接地故障后，监测分析所述中性点的位移电压和三相电压；

当出现一相电压接近0且另外两相电压升高至线电压附近的情况时则电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为故障相，或者，当三相电压值范围均在所述供电系统电压的预设比例值时，则判断电压稳态值最高相的滞后相为故障相。

优选地，所述将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线的步骤具体包括：

将判断的所述母线故障相进行快速开关动作合闸，且监测分析各条馈线首端的零序电流录波；

在快速开关合闸前，若其中一线路上零序的电流与其他所有线路零序电流方向相反且幅值大于其他线路，而且在所述母线进行快速开关动作前后所述其中一线路上零序的电流方向发生改变，则可判断所述线路为故障线路。

优选地，包括：接地故障判断模块，用于实时监测代电系统的PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障；

故障相判断模块，用于当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相；

故障线确定模块，用于故障相判断模块确定故障相时，将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。

优选地，所述接地故障判断模块包括：第一接地故障判断单元，用于实时监测PT二次侧开口三角电压，为开口三角电压预设定一阈值，当所述开口三角电压电压升高超过该阈值时即判断供电系统发生单相接地故障；或/和

第二接地故障判断单元，用于当出现线路首端零序电流突变时，监测分析供电系统各馈线和分支线路的零序电流信号是否在同一时刻均发生突变，若是则即判断供电系统发生单相接地故障。

优选地，所述故障相判断模块包括：

电压监测单元，用于在接地故障判断模块判断代电系统为单相接地故障后，监测分析所述中性点的位移电压和三相电压；

第一故障相判断单元，与所述电压监测单元连接用于当所述电压监测单元监测到一相电压接近0且另外两相电压升高至线电压附近的情况时则判断该电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为故障相；

第二故障相判断单元，与所述电压监测单元连接用于当所述电压监测单元监测到三相电压值范围均在所述供电系统电压的预设比例值时，则判断电压稳态值最高相的滞后相为故障相。

优选地，所述故障线确定模块包括：母线故障处理单元，用于将障相判断模块判断的所述母线故障相进行快速开关动作合闸，且监测分析各条馈线首端的零序电流录波；

故障线路确定单元，用于在母线故障处理单元进行快速开关合闸前，当其中一线路上零序的电流与其他所有线路零序电流方向相反且幅值大于其他线路，而且在所述母线进行快速开关动作前后所述其中一线路上零序的电流方向发生改变时，判断所述线路为故障线路。

相较于现有技术，本发明实施例的供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法及系统通过实时监测PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障；当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相；将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。能够准确高效的决定出故障线路，具有判断效率高和准确性好的优点。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法一优选实施的流程示意图；

图2为本发明一优选实施例的供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断系统的结构方框示意图；

图3为本发明快速开关型消弧装置的结构图；

图4为试验变电站10kV系统主接线图；

图5为金属性接地试验图；

图6为电弧接地试验；

图7线路①弧光接地故障时快速开关型消弧装置内电压和电流波形图；

图8为线路①弧光接地故障时故障点电流波形图。

具体实施方式

请参阅图1，其是本发明供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法一优选实施的流程示意图。本实施例的供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法包括步骤：

S1：实时监测PT(Potential transformer，电压互感器简称PT)二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障；

S3：当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相；

S5：将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。

相较于现有技术，本发明实施例的供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法具有故障线路判断准确和高效的优点。

具体地，在其它实施例中，步骤S1具体包括：

实时监测PT二次侧开口三角电压，为开口三角电压预设定一阈值，当所述开口三角电压电压升高超过该阈值时即判断供电系统发生单相接地故障；或

当出现线路首端零序电流突变时，监测分析供电系统各馈线和分支线路的零序电流信号是否在同一时刻均发生突变，若是则即判断供电系统发生单相接地故障。

具体地，所述步骤S3具体包括：

在判断为单相接地故障后，监测分析所述中性点的位移电压和三相电压；

当出现一相电压接近O且另外两相电压升高至线电压附近的情况时则电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为故障相，或者，当三相电压值范围均在所述供电系统电压的预设比例值时，则判断电压稳态值最高相的滞后相为故障相。优选地，所述预设比例值设置为5％-10％。

具体地，所述步骤S5具体包括：

将判断的所述母线故障相进行快速开关动作合闸，且监测分析各条馈线首端的零序电流录波；

在快速开关合闸前，若其中一线路上零序的电流与其他所有线路零序电流方向相反且幅值大于其他线路，而且在所述母线进行快速开关动作前后所述其中一线路上零序的电流方向发生改变，则可判断所述线路为故障线路。

相较于现有技术，本发明实施例的供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法及系统通过实时监测PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障；当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相；将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。能够准确高效的决定出故障线路，具有判断效率高和准确性好的优点。

再请参阅图2，其是本发明一优选实施例的供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断系统的结构方框示意图。本实施例的供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断系统包括：

接地故障判断模块11，用于实时监测代电系统的PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障。所述接地故障判断模块包括：

第一接地故障判断单元，用于实时监测PT二次侧开口三角电压，为开口三角电压预设定一阈值，当所述开口三角电压电压升高超过该阈值时即判断供电系统发生单相接地故障；或/和

第二接地故障判断单元，用于当出现线路首端零序电流突变时，监测分析供电系统各馈线和分支线路的零序电流信号是否在同一时刻均发生突变，若是则即判断供电系统发生单相接地故障。

故障相判断模块13，用于当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相。所述故障相判断模块包括：

电压监测单元，用于在接地故障判断模块判断代电系统为单相接地故障后，监测分析所述中性点的位移电压和三相电压；

第一故障相判断单元，与所述电压监测单元连接用于当所述电压监测单元监测到一相电压接近0且另外两相电压升高至线电压附近的情况时则判断该电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为故障相；

第二故障相判断单元，与所述电压监测单元连接用于当当所述电压监测单元监测到三相电压值范围均在所述供电系统电压的预设比例值时，则判断电压稳态值最高相的滞后相为故障相。优选地，所述预设比例值设置为5％-10％。

故障线确定模块15，用于故障相判断模块确定故障相时，将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。所述故障线确定模块包括：

母线故障处理单元，用于将障相判断模块判断的所述母线故障相进行快速开关动作合闸，且监测分析各条馈线首端的零序电流录波。

故障线路确定单元，用于在母线故障处理单元进行快速开关合闸前，当其中一线路上零序的电流与其他所有线路零序电流方向相反且幅值大于其他线路，而且在所述母线进行快速开关动作前后所述其中一线路上零序的电流方向发生改变时，判断所述线路为故障线路。

再请参阅图3至图8。本发明还提供一种得用上述供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断系统实现代电线路消弧的快速开关型消弧装置，该快速开关型消弧装置的结构如图3所示。快速开关型消弧装置整体集成在消弧柜内，通过断路器连接到供电电站的母线上，主要由带有辅助二次绕组的电压互感器PT、微机控制器ZK、可分相控制的快速开关JZ、三相组合式过电压保护器TBP等组成。本实施例中的微机控制器ZK即相当于上述的配电网单相接地故障线路快速判断系统，微机控制器ZK与带有辅助二次绕组的电压互感器PT连接用来监测系统三相电压变化，当PT二次绕组的开口三角两端电压升高超过预设阈值时，启动微机控制器ZK的电压信号转换器，立即判别故障类型，若发生PT铁磁谐振故障，由于PT一次绕组中性点接有热敏电阻消谐器，在发生PT铁磁谐振时能迅速动作消除谐振，PT开口三角的电压能很快恢复到正常运行水平，装置也恢复到初始状态。

微机控制器ZK是对系统的电压和电流信号进行处理和计算，完成故障判别、故障选相、故障选线以及发出快速开关动作信号等功能，根据PT开口三角的电压完成单相接地故障判别，再启动故障选相程序，对故障相别进行判断，然后向快速开关发出合闸信号。微机控制器ZK还需要完成故障选线的功能，在快速开关动作后，控制器根据故障电流录波信号进行故障线路的识别，然后根据故障线路的类型不同而发出不同的信号，若发生故障的线路为架空线路，其上故障大多为弧光性故障，则需要在一段时间后向快速开关发出分闸信号，开关分闸后若PT开口三角电压恢复正常，即接地故障已消除，控制器恢复到初始状态；反之，分闸后PT开口三角电压仍超过阈值的情况则应再次启动故障选相程序，然后发出快速开关合闸信号。但是，若发生故障的线路为电缆线路，则控制器就需要发出快速开关分闸信号，应保持开关在合闸状态，以确保沿线故障相电压处于安全值。

分相控制的快速开关JZ能够在很短的时间内完成合闸和分闸动作，在接收到控制器ZK发出的合闸信号后相应相别的开关快速动作合闸，将系统馈线上的接地故障转移到系统母线上的金属性接地；若接收到控制器ZK的分闸信号，则相应相别的开关迅速分闸，切断单相接地故障电流，若故障消失则系统随机恢复正常运行。

三相组合式过电压保护器TBP的功能是在快速开关型消弧装置动作前将系统三相电压限制在一定范围内，避免出现极其严重的过电威胁设备安全。同时，为了保证电压互感器PT以及消弧柜内其他设备的安全，PT和快速开关与母线的连接线上均安装了熔断器XD，在出现电流异常升高的情况下可快速熔断，将装置从系统中断开，以保护设备安全。

本发明正确动作后，将弧光接地转化为金属性接地，接地电弧能够很快熄灭，消除了电弧对故障点造成的损害，防止因电弧漂移造成的相间短路，避免了更严重的事故发生；而且系统过电压水平也得到了有效的限制，对系统内的弱绝缘设备以及电缆线路是非常有利的。快速开关型消弧装置能够将动作消弧时间由控制在20ms左右，表明该装置能够在很短的时间(约为1个周波)完成将弧光接地转化为金属性接地过程，即使在接地故障电阻较大，故障判别和故障选相需要更长时间的情况下，装置也能够在2个周波内完成动作过程，动作时间短不仅对系统安全极为有利，同时也对发生触电时的人身安全有利。

图4是实验变电站的主接线图。试验变电站10kV系统采用单母分段接线并带旁路母线，共11条出线，其中出线1～6连接在母线I段上，出线7～11连接在母线II段上，出线5和9为全线电缆线路，其他出线均通过电缆引出后由架空线送出。电站两段母线上均安装一台快速开关型消弧装置。

本次试验在电站的出线1、2和出线8这3条馈电线路上进行，这3条线路均是通过电缆引出后由架空线送出，分别标记为线路①、②、⑧。在线路①和线路②上分别进行2次金属性接地故障和2次弧光接地故障，线路⑧上进行4次金属性接地故障和4次弧光接地故障；小电阻接地故障则在线路②和线路⑧上分别进行2次，共进行20次人工接地故障试验。

(1)金属性接地故障试验

金属性接地的试验接线如图5所示。断路器采用柱上开关，试验时将断路器进线侧B相与出线侧A相、进线侧C相与出线侧B相分别进行可靠连接。断路器进线侧A相与被试线路待接地相可靠连接，出线侧C相经仪用CT可靠接地。

(2)弧光接地故障试验

弧光接地的试验接线如图6所示，其中弧光接地以放电间隙产生，为保证可靠起弧，间隙距离调整至1～2mm。试验时将断路器进线侧B相与出线侧A相、进线侧C相与出线侧B相分别进行可靠连接，断路器进线侧A相与被试线路待接地相可靠连接，出线侧C相经放电间隙及仪用CT可靠接地。

(3)小电阻接地故障试验

小电阻接地故障接线与图5所示的金属性接地故障试验接线类似，在故障回路中串入一个小电阻来模拟，小电阻的值约为10Ω。

在进行的8次弧光接地故障试验中，快速开关型消弧装置均能正确动作，将故障相快速开关合闸，同样的可将动作时间控制在20ms左右。

在进行的8次弧光接地故障试验中，快速开关型消弧装置均能正确动作，将故障相快速开关合闸，同样的可将动作时间控制在20ms左右。

对于弧光接地故障，快速开关动作合闸后，故障点残流均为0，说明消弧装置能够达到完全熄弧的目的。弧光接地故障时，快速开关型消弧装置动作后母线故障相电压均接近零，非故障相电压也均维持在线电压左右，不会产生间歇性弧光接地过电压，危害设备和线路绝缘。

在线路①上进行弧光接地故障试验时，快速开关型消弧装置内测得的电压和电流波形如图7所示，图中波形从上到下依次是A相、B相、C相、零序电压波形和通过快速开关入地的电流波形。流过故障点的电流波形如图8所示。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断方法，其特征在于，包括步骤：

实时监测PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障；

当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相；

将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。

2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障线路快速判断方法，其特征在于，所述实时监测PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障的步骤具体包括：

实时监测PT二次侧开口三角电压，为开口三角电压预设定一阈值，当所述开口三角电压电压升高超过该阈值时即判断供电系统发生单相接地故障；或

当出现线路首端零序电流突变时，监测分析供电系统各馈线和分支线路的零序电流信号是否在同一时刻均发生突变，若是则即判断供电系统发生单相接地故障。

3.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障线路快速判断方法，其特征在于，所述当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相的步骤具体包括：

在判断为单相接地故障后，监测分析所述中性点的位移电压和三相电压；

当出现一相电压接近0且另外两相电压升高至线电压附近的情况时则电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为故障相，或者，当三相电压值范围均在所述供电系统电压的预设比例值时，则判断电压稳态值最高相的滞后相为故障相。

4.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障线路快速判断方法，其特征在于，所述将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线的步骤具体包括：

将判断的所述母线故障相进行快速开关动作合闸，且监测分析各条馈线首端的零序电流录波；

在快速开关合闸前，若其中一线路上零序的电流与其他所有线路零序电流方向相反且幅值大于其他线路，而且在所述母线进行快速开关动作前后所述其中一线路上零序的电流方向发生改变，则可判断所述线路为故障线路。

5.一种供电系统的配电网单相接地故障线路快速判断系统，其特征在于，包括：

接地故障判断模块，用于实时监测代电系统的PT二次侧开口三角电压或各馈线、分支线路的首端零序电流并生成监测信息，并根据所述监测信息判断系统是否发生单相接地故障；

故障相判断模块，用于当判断发生单相接地故障时，监测中性点的位移电压状态和三相电压的状态，并根据中性点的位移电压状态和三相电压的状态确定故障相；

故障线确定模块，用于故障相判断模块确定故障相时，将母线故障相快速开关合闸，同时监测分析各条馈线和分支线首端的零序电流变化特征，根据各条馈线及分支线的零序电流的变化特征选出故障线。

6.根据权利要求5所述的配电网单相接地故障线路快速判断系统，其特征在于，所述接地故障判断模块包括：

第一接地故障判断单元，用于实时监测PT二次侧开口三角电压，为开口三角电压预设定一阈值，当所述开口三角电压电压升高超过该阈值时即判断供电系统发生单相接地故障；或/和

第二接地故障判断单元，用于当出现线路首端零序电流突变时，监测分析供电系统各馈线和分支线路的零序电流信号是否在同一时刻均发生突变，若是则即判断供电系统发生单相接地故障。

7.根据权利要求5所述的配电网单相接地故障线路快速判断系统，其特征在于，所述故障相判断模块包括：

电压监测单元，用于在接地故障判断模块判断代电系统为单相接地故障后，监测分析所述中性点的位移电压和三相电压；

第一故障相判断单元，与所述电压监测单元连接用于当所述电压监测单元监测到一相电压接近0且另外两相电压升高至线电压附近的情况时则判断该电压在暂态过程很快降低到接近0的相别为故障相；

第二故障相判断单元，与所述电压监测单元连接用于当所述电压监测单元监测到三相电压值范围均在所述供电系统电压的预设比例值时，则判断电压稳态值最高相的滞后相为故障相。

8.根据权利要求5所述的配电网单相接地故障线路快速判断系统，其特征在于，所述故障线确定模块包括：

母线故障处理单元，用于将障相判断模块判断的所述母线故障相进行快速开关动作合闸，且监测分析各条馈线首端的零序电流录波；

故障线路确定单元，用于在母线故障处理单元进行快速开关合闸前，当其中一线路上零序的电流与其他所有线路零序电流方向相反且幅值大于其他线路，而且在所述母线进行快速开关动作前后所述其中一线路上零序的电流方向发生改变时，判断所述线路为故障线路。