小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法
【專利摘要】一種小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，屬于電力線纜故障在線監測領域。包括小電流接地方式的同一母線下的多條電纜，其特征在于：通過高速采集的方法，監測和記錄小電流接地系統單相接地故障發生時故障回路產生的流經各條電纜出線金屬屏蔽層接地線的暫態電流信號，通過識別暫態電流信號的波頭方向，選擇故障線路。本方法對比所有電纜的接地線電流行波的波頭方向，區分故障電纜與非故障電纜，與現有其他的小電流接地選線方法相比，選線準確性高，并且能有效避免多選或漏報的情況。
【專利說明】
小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法
技術領域
[0001]本發明屬于電力線纜故障在線監測領域，具體說是一種小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法。
【背景技術】
[0002]我國大多數配電網均采用中性點不直接接地系統(NUGS)，即小電流接地系統，它包括中性點不接地系統(NU S)和中性點經消弧線圈接地系統(NE S，也稱諧振接地系統)。故障時，由于三個線電壓仍然對稱，特別是NES，流過接地點的電流很小，不影響對負荷連續供電，仍可繼續運行0.5?2h。但小電流接地系統在單相接地時，非故障相電壓會升為線電壓，長時間帶故障運行極易產生弧光接地，形成兩點接地故障，引起系統過電壓，影響系統的安全。
[0003]我國早期生產的故障選線裝置基本都是利用穩態信號的，因此從原理上就存在靈敏度與可靠性沒有保證的問題。在我國，小電流接地故障的選線是公認的老大難問題，大部分變電站選線裝置動作的正確率不到50%。
[0004]在實際應用中，針對電力電纜單相接地故障的特點，常采用以下幾種方法實現電纜故障選線:零序無功功率法、中電阻法、五次諧波法、小波法、s注入法等幾種方法，都有各自的優缺點和適用的具體情況。下面就幾種方法做一簡介:
[0005]零序無功功率法
[0006]零序無功功率法的原理與實現方式都比較簡單，但只能用于不接地系統中。
[0007]中國專利01145539.X公開了一種電力系統小電流接地故障選線、分段方法，通過各種在線監測裝置進行故障選線并確定故障區段，其特征在于:同時利用故障產生的暫態零序電壓和暫態零序電流有關信息作為故障選線、分段依據，以故障產生的暫態零序電壓、暫態零序電流中具有容性約束關系的分量作為判斷依據，根據暫態信號中無功功率及方向確定故障線路和區段，本方法可以適用于中性點不接地、消弧線圈接地、高阻接地系統，不受閃弧故障的影響，且故障選線時不需要其他線路故障信息，具有自具特點。
[0008]其存在的不足是，1、采集數據精度低，需要大量計算，處理數據繁瑣；2、采集零序電流計算無功功率確定故障線路，但是無法確定故障線纜;3、確定故障線路后，無法故障點測距。
[0009]中電阻法
[0010]中電阻法能夠克服消弧線圈的影響，原理比較簡單，但需要在變電站安裝中電阻及其投切設備，適合在變電站安裝消弧線圈時一并選用。此外，中電阻法還存在電阻發熱燒毀、接地電流增大帶來的安全隱患;如采用短時投電阻的方法，還存在無法選擇瞬時性故障線路的問題。
[0011]五次諧波法
[0012]電力系統由于變壓器、線路設備等的非線性影響，線路電流中存在著諧波分量，其中五次諧波含量最大，發生單相接地故障時，諧波分量還會有一定程度增加。從過渡電阻的非線性可知故障點本身就是一個諧波源(金屬性接地是經電阻接地發展而來的)，且以基波和奇次諧波為主。NES中的消弧線圈是按照基波整定的，可忽略消弧線圈對五次諧波產生的補償效果，零序電流五次諧波分量在NES中有著與NUS中零序電流基波相同的特點，即可解決小電流接地系統的選線問題。但負荷中的五次諧波源、CT不平衡電流和過渡電阻大小，均會影響選線精度。
[0013]五次諧波法的一個嚴重不足是故障電流中五次諧波含量僅占基波的10%左右，在經過渡電阻接地的情況下數值就會更小，易造成誤判。
[0014]小波法
[0015]小波分析可對信號進行精確分析，特別是對暫態突變信號和微弱信號的變化較敏感，能可靠地提取出故障特征。根據小波變換的模極大值理論可知，出現故障和噪聲會導致信號奇異，而小波變換的模極大值點對應著采樣數據的奇異點，由于噪聲的模極大值隨著尺度的增加而衰減，所以經過適當的尺度分解后，即可忽略噪聲影響得到較理想的暫態短路信號。小波變換是把一個信號分解成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對暫態零序電流的特征分量進行小波變換后，構造出利用暫態信號的選線判據。但電力系統的實際運行是復雜多變的，可能出現暫態分量小于穩態分量的情況，這時就應對母線零序電壓和各出線零序電流進行基波的小波系數提取，然后類似地構造選線判據。
[0016]小波法的缺點是暫態分量只在接地后的首半波出現，無法重現，而且受過渡電阻的影響較大。
[0017]S注入法
[0018]S注入法選線原理是小電流接地系統單相接地選線問題的一個突破，它沒有利用小電流接地系統單相接地的故障量，而是利用單相接地時原邊被短接，暫時處于不工作狀態的接地相PT人為向系統注入一個特殊信號電流，用尋跡原理即通過檢測、跟蹤該信號電流的通路來實現接地故障選線。
[0019]S注入法的特點如下:通過接地時暫時處于空閑的接地相PT注入信號，毋需增加任何一次設備，不會對運行設備產生任何不良影響;注入信號具有不同于系統中任何一種固有信號的特征，對它的檢測不受系統運行情況影響;注入的信號電流僅在接地線路接地相流通，不會流向系統其它部位;采用S注入法原理制成的裝置接線簡單，只接5根線，拉I條電纜即可，而用零序電流法的選線保護，要每I條出線加I只電流互感器(CT)和拉I條電纜。
[0020]如果各出線對地電容相差很大，注入的信號與故障線路的信號可能相差無幾。如在無人值班變電所采用自動選線的方案，由于各線路信號探測器的靈敏度并不一致，將會給正確選線帶來困難。因此安裝信號注入裝置不是很方便。
[0021]綜上所述，對于小電流系統的電力電纜單相接地故障，現有的選線方法都有各自的局限性。

【發明內容】

[0022]根據以上現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種方法，實現小電流系統中電纜發生單相接地故障時的故障線路準確選線。
[0023]本方法的解決方案是:小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，包括小電流接地方式的同一母線下的多條電纜，其特征在于:通過高速采集的方法，監測和記錄小電流接地系統單相接地故障發生時故障回路產生的流經各條電纜出線金屬屏蔽層接地線的暫態電流信號，通過識別暫態電流信號的波頭方向，選擇故障線路。
[0024]小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，與現有的小電流故障選線方法相比，將有效的提高小電流接地選線準確性，避免多選或漏報。
[0025]其中優選方案是:
[0026]所述的監測和記錄方法，是利用若干個高速小電流接地選線裝置的電流傳感器，對變電站本段母線下的每條電纜出線的金屬屏蔽層接地線的接地電流信號進行實時在線米集和記錄。
[0027]所述的識別暫態電流信號的波頭方向，選擇故障線路，是指小電流接地系統單相接地故障發生時，流經故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向與非故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向相反，通過在若干接地電流信號波形中選擇其中一個波形與其他波形相反的接地電流信號，從而確定該相反的接地電流信號所在的線路為故障線路。
[0028]所述的監測和記錄小電流接地系統單相接地故障發生時故障回路產生的流經各條電纜出線金屬屏蔽層接地線的暫態電流信號，是指通過時間同步的方法來提取同一時間點的各個高速小電流接地選線裝置采集和存儲的暫態電流信號。
[0029]所述的高速小電流接地選線裝置包括電路連接的電流傳感器、信號調理器、高速A/D轉換器、高速比較器、時鐘解碼、FPGA、動態存儲器和處理器，處理器的通訊端通過以太網芯片連接上位機，多臺高速小電流接地選線裝置的電流傳感器同名端一致，安裝方法一致。
[0030]所述的對變電站本段母線下的每條電纜出線的金屬屏蔽層接地線的接地電流信號進行實時在線米集，米集的截止頻率不低于IMHz。
[0031 ]所述的時間同步的同步精確度為SlOns。
[0032]所述的時間同步的方法為上位機時鐘同步。根據需要，也可以是衛星時鐘同步。
[0033]本發明小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法所具有的有益效果是:經研究和實驗發現，在電力電纜發生單相接地故障時，故障電纜接地線電流方向與非故障電纜的接地線電流方向相反，從而利用高速采集和利用時間同步方法，對發生故障時刻故障線所在的母線段下的所有電纜回路，進行接地線電流暫態行波的采集，并利用上述原理對故障線路進行選線。本方法對比所有電纜的接地線電流行波的波頭方向，區分故障電纜與非故障電纜，方法準確可靠。具體上:
[0034]1、相較于其他故障選線方法只有50-60%的準確率，本發明可以提高的90%的準確率；
[0035]2、不受電網中設備投切、電纜投合閘操作等非故障線路影響，應用工況好；
[0036]3、安裝方便，不接入電網，無干擾；
[0037]4、分布式安裝，容易改變位置，配置靈活；
[0038]5、上位機后臺存儲歷史數據，可以優化后續增設的前端采樣裝置參數。
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明的原理方框圖；
[0040]圖2為本發明的高速小電流接地選線裝置的原理方框圖；[0041 ]圖3為本發明的高速小電流接地選線裝置實測波形圖；
[0042]圖4為本發明的實測三支路上位機選線界面波形圖；
[0043]圖5為本發明的實測多支路上位機選線界面波形圖。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖對本發明的實施例做進一步描述:
[0045]實施例1:
[0046]如圖1所示，小電流接地方式的同一母線下的多條電纜，通過利用若干個高速小電流接地選線裝置高速采集的方法，監測和記錄小電流接地系統單相接地故障發生時故障回路產生的流經各個回路金屬屏蔽層接地線的暫態電流信號，通過識別暫態電流信號的波頭方向，來自動選擇故障線路。
[0047]小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，與現有的小電流故障選線方法相比，將有效的提高小電流接地選線準確性，避免多選或漏報。
[0048]監測和記錄方法，是利用若干個高速小電流接地選線裝置的電流傳感器，對變電站本段母線下的每條電纜出線的金屬屏蔽層接地線的接地電流信號進行實時在線采集和記錄。
[0049]識別暫態電流信號的波頭方向，選擇故障線路，是指小電流接地系統單相接地故障發生時，流經故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向與非故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向相反，通過在若干接地電流信號波形中選擇其中一個波形與其他波形相反的接地電流信號，從而確定該相反的接地電流信號所在的線路為故障線路。
[0050]監測和記錄小電流接地系統單相接地故障發生時故障回路產生的流經各條電纜出線金屬屏蔽層接地線的暫態電流信號，是指通過時間同步的方法來提取同一時間點的各個高速小電流接地選線裝置采集和存儲的暫態電流信號。
[0051]如圖2所示，高速小電流接地選線裝置包括電路連接的電流傳感器、信號調理器、高速A/D轉換器、高速比較器、時鐘解碼、FPGA、動態存儲器和處理器，處理器的通訊端通過以太網芯片連接上位機，多臺高速小電流接地選線裝置的電流傳感器同名端一致，安裝方法一致。
[0052]對變電站本段母線下的每條電纜出線的金屬屏蔽層接地線的接地電流信號進行實時在線采集，采集的截止頻率不低于IMHz。
[0053]時間同步的同步精確度為SlOns。
[0054]時間同步的方法為上位機時鐘同步。通過上位機發出上傳數據命令，各個高速小電流接地選線裝置根據上位機發出的命令，上傳同一時間段或者同一時刻的數據。
[0055]實施例2:
[0056]在實施例1的基礎上，時間同步的方法為衛星時鐘同步。適用于多個無線連接的高速小電流接地選線裝置。在多層級多條母線多條出線的情況下，組成復雜監測網絡，通過若干無線裝置連接一個上位機，利用衛星時鐘同步方式采集各個高速小電流接地選線裝置同一時間段或者同一時刻的數據。
[0057]實施例3:
[0058]在實施例1的基礎上，采用衛星時鐘同步方法，上位機對接收到的故障線路的波形與相鄰正常線路的波形進行比對，測量反射波，實現故障點測距。
[0059]實驗表明，如圖3所示，高速小電流接地選線裝置實測波形圖。采集的暫態電流信號是疊加在工頻信號上的一個很短時間的信號。通過上位機對其中的暫態毛刺部分展開處理以后能分析波形方向。
[0060]如圖4所示，對暫態電流信號處理后，同一母線下的3條電纜，明顯產生負增益的波形為高速小電流接地選線裝置所在的故障電纜，對應找到該故障電纜。
[0061]如圖5所示，對暫態電流信號處理后，同一母線下的11條電纜，明顯產生負增益的波形為高速小電流接地選線裝置所在的故障電纜，對應找到該故障電纜。
【主權項】
1.小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，包括小電流接地方式的同一母線下的多條電纜，其特征在于:通過高速采集的方法，監測和記錄小電流接地系統單相接地故障發生時故障回路產生的流經各條電纜出線金屬屏蔽層接地線的暫態電流信號，通過識別暫態電流信號的波頭方向，選擇故障線路。2.根據權利要求1所述的小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，其特征在于:所述的監測和記錄方法，是利用若干個高速小電流接地選線裝置的電流傳感器，對變電站本段母線下的每條電纜出線的金屬屏蔽層接地線的接地電流信號進行實時在線采集和記錄。3.根據權利要求1所述的小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，其特征在于:所述的識別暫態電流信號的波頭方向，選擇故障線路，是指小電流接地系統單相接地故障發生時，流經故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向與非故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向相反，通過在若干接地電流信號波形中選擇其中一個波形與其他波形相反的接地電流信號，從而確定該相反的接地電流信號所在的線路為故障線路。4.根據權利要求1所述的小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，其特征在于:所述的監測和記錄小電流接地系統單相接地故障發生時故障回路產生的流經各條電纜出線金屬屏蔽層接地線的暫態電流信號，是指通過時間同步的方法來提取同一時間點的各個高速小電流接地選線裝置采集和存儲的暫態電流信號。5.根據權利要求2或4所述的小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，其特征在于:所述的高速小電流接地選線裝置包括電路連接的電流傳感器、信號調理器、高速A/D轉換器、高速比較器、時鐘解碼、FPGA、動態存儲器和處理器，處理器的通訊端通過以太網芯片連接上位機，多臺高速小電流接地選線裝置的電流傳感器同名端一致，安裝方法一致。6.根據權利要求2所述的小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，其特征在于:所述的對變電站本段母線下的每條電纜出線的金屬屏蔽層接地線的接地電流信號進行實時在線采集，采集的截止頻率不低于IMHz。7.根據權利要求4所述的小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，其特征在于:所述的時間同步的同步精確度為< I Ons。8.根據權利要求7所述的小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，其特征在于:所述的時間同步的方法為上位機時鐘同步。9.根據權利要求7所述的小電流接地系統單相接地故障線路的選線方法，其特征在于:所述的時間同步的方法為衛星時鐘同步。
【文檔編號】G01R31/08GK106093714SQ201610739101
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月26日
【發明人】魏洪文, 張立斌, 厲新波, 王勃, 馬加慶, 渠忠磊, 李瑋
【申請人】淄博博鴻電氣有限公司