專利名稱：小電流接地系統的一種分布式單相接地故障隔離方法
技術領域：
本發明屬于電力系統保護與控制領域，特別涉及中性點不接地、中性點經消弧線 圈接地及中性點經電阻接地的10 35kV配電網中發生單相接地故障時的故障隔離方法。
背景技術：
在10 35kV中壓配電網(以下簡稱配電網)中，中性點一般采用不接地、經消弧 線圈接地和經電阻接地3種方式之一。當配電網發生單相接地故障時，故障電流小，因此稱 為小電流接地系統。由于線電壓仍然對稱，配電網發生單相接地故障時，配電網仍然可以帶 故障點運行0. 5 2小時，但必須盡快找到故障點，將故障隔離在距故障點最近的配電開關 之間，避免故障擴大或造成事故。配電網的單相接地故障屬于常見故障，目前配電網尋找和隔離單相接地故障點的 方法主要有以下幾種(1)、采用現有的變電站故障選線裝置如圖1中所示的的配電網，選線裝置裝設 在變電站中，當CD線路發生單相接地故障時，選線裝置選出故障的配電線路，然后跳開變 電站出線開關A，造成整條饋線停電，使接于AB、BC線路的負荷停電，擴大了停電范圍。采 用選線裝置查找和隔離故障點的方法是，當選線裝置確定AD線路發生單相接地故障后，必 須從變電站出線開關A開始，沿著AB、BC、⑶線路人工查尋整條饋線，查找到故障點在⑶線 路后，斷開配電開關C，可見該方法費時費力。(2)在饋線上采用單相接地故障保護裝置單相接地故障保護裝置將單相接地特 征量(如中性點不接地系統中的Uc^Itl)的變化作為啟動判據，考慮到單相接地特征量從變 電站母線到單相接地故障點之間幾乎相同，需要采用階梯時間整定方法保證選擇性。對簡 單放射狀配電網，如圖1、2中所示的配電網，單相接地故障保護裝置可以快速跳開距故障 點最近的開關，達到隔離故障點的目標。但是，對復雜結構的配電網，如圖3、4、5中所示的 配電網，當配電網運行方式變化時，經常無法采用階梯時間整定方法保證選擇性。具體參見 圖3所示，如果運行方式是A、B、C、E閉合，D斷開，配電開關B處保護時間定值應該比配電 開關C處保護時間定值高Δ t ；但是如果運行方式是B、C、D、E閉合，A斷開，則配電開關B 處保護時間定值應該比配電開關C處保護時間定值低At;則顯然不可能實現。另一方面， 由于配電網改造頻繁，保護定值計算/更新都存在困難。因此，目前單相接地故障保護裝置 很少在柱上開關上使用，大多應用于變電站出線開關上和終端用戶開關上。(3)、利用電壓-時間型開關特性隔離故障點采用FTU模擬電壓-時間型開關特 性，利用各個配電開關開關特性的相互配合隔離單相接地故障。參見圖1，如果永久性單相 接地故障發生在⑶線路，配電開關A先跳閘，配電開關B、C、D失壓跳閘；配電開關A重合， 然后配電開關B檢測到電壓閉合，然后配電開關C檢測到電壓閉合，但當配電開關C閉合 時，單相接地故障又出現，配電開關A再跳閘，配電開關B失壓跳閘，配電開關C失壓跳閘閉 鎖；配電開關A再重合，然后配電開關B檢測到電壓閉合。可見，該方法存在的問題是故障 隔離過程中需要經過多次開關分合操作，故障隔離時間長，不僅對用戶造成停電沖擊，而且對開關壽命影響很大。
發明內容
本發明的目的是針對目前配電網隔離單相接地故障點方法中存在的問題，提供一 種小電流接地系統中發生單相接地故障時的故障隔離方法，不僅能以最少的開關分合操作 次數隔離配電網單相接地故障，而且適合于各種開環運行的配電網。本發明的目的是通過以下技術方案實現的小電流接地系統的一種分布式單相接地故障隔離方法，配電網任意一臺智能配電 開關，執行的分布式算法包括以下步驟(1)、配電開關i處于合閘狀態時，監測配電開關i處的單相接地特征量，判斷單相 接地故障是否發生在配電開關i的下游線路，其中1 < i < N，N為配電網開關總數；(2)、配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障時，配電開關i在整定時間 內與其所有鄰近配電開關通信，查詢與i所有鄰近配電開關j是否監測到下游線路發生單 相接地故障，其中1彡j彡N，N為配電網開關總數；(3)、配電開關j在整定時間內與其所有鄰近配電開關通信，查詢與j所有鄰近配 電開關是否監測到下游線路發生單相接地故障；(4)重復執行步驟(2)和(3)，直至配電開關k-Ι查詢到配電開關與其所有的鄰近 配電開關的下游線路無故障，判定單相接地故障發生在配電開關k-Ι與其鄰近配電開關k 之間，其中j彡k彡N，N為配電網開關總數。上述配電開關i處監測下游線路發生單相接地故障的方法采用基于穩態信號的 算法或基于暫態信號的算法。進一步地，配電開關i判斷單相接地故障是否發生在配電開關i與其鄰近配電開 關j之間的方法是(1)、配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障，且至少有一個臨近下游配 電開關j處監測到下游線路發生單相接地故障，單相接地故障不是發生在配電開關i與其 所有鄰近配電開關之間；(2)、配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障，且沒有任何一個臨近下游 配電開關j處監測到下游線路發生單相接地故障，單相接地故障發生在配電開關i與其鄰 近配電開關j之間；(3)、配電開關i沒有臨近下游配電開關，即配電開關i是終端用戶開關，單相接地 故障發生在配電開關i與終端負荷之間。本發明小電流接地系統的一種單相接地故障隔離方法基本原理為(參見圖1)(1)針對零序電流所采用的基于穩態信號的算法和基于暫態信號的算法而言，如 果故障發生在BC線路，流經配電開關A、B的零序電流是接于母線的其他線路電容電流之和 減去中性點電流；流經配電開關C的零序電流是線路CD的電容電流和開關D到末端負荷之 間線路的電容電流之和；流經配電開關D的零序電流是開關D到末端負荷之間線路的電容 電流。理論上，流經各個開關的零序電流與負荷電流大小、接地點阻抗無關。因此，流經配 電開關A、B的零序電流具有相同的特征；流經配電開關C、D的零序電流具有相似的特征。 當監測到零序電壓后，目前流行的對零序電流所采用的基于穩態信號的算法和基于暫態信號的算法都可以確定故障發生在配電開關A、B的下游線路，而故障點的下游開關處(C、D) 都無法檢測到單相接地發生在其下游線路，因此本發明方法成立。(2)針對相電流所采用的基于穩態信號的算法和基于暫態信號的算法而言，如果 故障發生在BC線路，流經配電開關A、B的相電流是“相關線路負荷電流負荷+接于母線的 其他線路電容電流之和_中性點電流”;流經配電開關C的零序電流是“CD線路負荷電流負 荷+線路CD的電容電流+開關D到末端負荷之間線路的電容電流”；流經配電開關D的零 序電流是“末端負荷電流+開關D到末端負荷之間線路的電容電流”。由于基于相電流的算 法理論上都屏蔽掉負荷電流的影響，算法的實際都是對流經配電開關A、B、C、D零序電流的 特征的判斷，可見，流經配電開關A、B的相電流判據具有相同的特征；流經配電開關C、D的 相電流判據具有相似的特征。當監測到零序電壓后，對相電流所采用的基于穩態信號的算 法和基于暫態信號的算法都可以確定故障發生在配電開關A、B的下游線路，而故障點的下 游開關處(C、D)都無法檢測到單相接地發生在其下游線路，因此本發明方法也成立。綜上所述，只要配電網中存在單相接地故障，必然至少有一個智能配電開關或配 電開關處裝設的FTU (饋線終端裝置-Feeder Terminal Unit)檢測到單相接地發生在其下 游線路。所有檢測到單相接地故障的智能配電開關或配電開關處裝設的FTU都將啟動本發 明描述的分布式算法的下一步驟，直至將單相接地故障隔離到距故障點最近的兩個配電開 關之間。采用該方案的小電流接地系統單相接地故障隔離方法，具有這些顯著優點和有益 效果1、相比于現有方法，本發明方法以最少的開關操作次數隔離單相接地故障，避免 了故障隔離過程中的多次開關分合操作，對用戶造成停電沖擊小，減少了對開關壽命使用 壽命的影響；2、本發明方法無需利用饋線自動化主站，通信故障僅僅影響線路局部，大大提高 了供電可靠性；3、本發明方法將信息丟失或信息錯誤的影響降低到了線路局部，提高了供電可靠 性；
圖1是本發明應用于輻射狀配電網示例。圖2是本發明應用于帶分支的輻射狀配電網示例。圖3是本發明應用于手拉手配電網示例。圖4是本發明應用于手拉手多聯絡配電網示例。圖5是本發明應用于復雜網格狀配電網示例。圖6本發明方法流程圖。附圖中，配電網上的黑色填充的小圓表示常閉配電開關；白色填充的小圓表示常 開配電開關。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進一步作詳細說明。
如圖6所示，為本發明小電流接地系統的分布式單相接地故障隔離方法的流程 圖，配電網中的所有智能配電開關(或配電開關處裝設的FTU)分別同時執行相同的分布式 算法，直至將單相接地故障隔離到距故障點最近的兩個配電開關之間。其中，第i臺智能配 電開關(或配電開關處裝設的FTU)執行的分布式算法具有以下步驟(1)、配電開關i處于合閘狀態時，監測配電開關i處的單相接地特征量，判斷單相 接地故障是否發生在配電開關i的下游線路；(2)、配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障時，配電開關i在整定的時 間內與所有鄰近配電開關通信，查詢鄰近配電開關是否監測到下游線路發生單相接地故 障；(3)、當配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障，且已經查詢完所有鄰近 配電開關是否監測到下游線路發生單相接地故障的信息時，配電開關i判斷單相接地故障 是否發生在配電開關i與其鄰近配電開關j之間。(4)、當單相接地故障發生在配電開關i與其鄰近配電開關j之間時，若配電開關 i是斷路器，則直接斷開配電開關i，對可重構網絡則直接斷開配電開關j ；若配電開關i是 分段器，則先通知配電開關i的上級斷路器分閘，斷開配電開關i，對可重構網絡再通知配 電開關j分閘，最后通知配電開關i的上級斷路器合閘。饋線上執行本發明的方法的具體裝置可以是安裝在配電開關處的FTU，也可以是 智能配電開關。變電站執行本發明的方法的裝置可以是變電站內用于完成饋線自動化功能 的各種裝置或系統。上述方案中，應用已有的小電流接地系統單相接地故障選線算法，判斷單相接地 故障是否發生在配電開關i的下游線路。并根據采用的選線算法不同，選擇不同的單相接 地故障特征量。已有的判斷單相接地故障是否發生在配電開關i的下游線路的方法是指根據故 障特征量在小電流接地系統發生單相接地故障前后的差異構成判據進行判斷。目前，很多 文獻從選線或保護的角度闡述了判斷小電流接地系統是否發生單相接地故障的方法，包括 基于穩態信號的算法、基于暫態信號的算法，或兩類算法的綜合(現有公開文獻已有記載 如[1]肖白.小電流接地系統單相接地故障選線方法綜述.繼電器，2001，(4) ；[2]賈清 泉等.應用證據理論實現配電網單相接地故障選線保護.電力系統自動化，2003，27 (21)； [3]林湘寧等.小電流接地系統自適應單相接地保護方案.高電壓技術，2007，33 (5))。本發明采用這些已有算法判斷單相接地故障是否發生在配電開關i的下游線路。上述方案中，配電開關i處的單相接地特征量是指所有能夠反映單相接地故障特 征的電氣量。目前已經認識到的故障特征量包括穩態故障特征量和暫態故障特征量。其中 穩態特征量包括零序電壓Utl、零序電流Itl的大小和方向、零序功率Qtl的大小和方向、五次 諧波、零序剩余電流三次諧波、相電流變化、負序電流等；暫態特征量包括零序電流Itl行波、 零序電流Itl各種小波分解值等。根據采用的選線算法不同，實現上可以選擇這些單相接地 故障特征量的一個子集。上述方案中，配電開關i判斷單相接地故障是否發生在配電開關i與其鄰近配電 開關j之間的方法是(1)、如果配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障，且至少有一個臨近下游配電開關j處監測到下游線路發生單相接地故障，則單相接地故障不是發生在配電開關 i與其所有鄰近配電開關之間；(2)、如果配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障，且沒有任何一個臨近 下游配電開關j處監測到下游線路發生單相接地故障，則單相接地故障發生在配電開關i 與其鄰近配電開關j之間；(3)、如果配電開關i沒有臨近下游配電開關，即配電開關i是終端用戶開關，則單 相接地故障發生在配電開關i與終端負荷之間。本發明的方法中，所述配電開關i與所有鄰近配電開關通信，通信信道可以采用 光纖、配電線載波或各種無線通信等常用配電通信信道，不同的通信信道將影響所述的整 定時間。對于專門建設的配電專用網絡和點對點通信，整定時間可以在5 60s ；對于GPRS/ GSM、CDMA，整定時間可以在3 10分鐘；對于3G通信方式，整定時間可以在3s 3分鐘。所述配電開關i與所有鄰近配電開關通信，通信方式可以是典型的分布式P2P方 式，也可以是客戶-服務器方式。本發明的方法中，所述配電開關i與所有鄰近配電開關通信，通信協議遵循 IEC61850(國標 DL/Z 860)標準。下面結合圖1-圖5，具體說明本發明方法的實施方式參見圖1所示，本發明應用于輻射狀配電網。如果⑶線路發生單相接地故障，配 電開關A、B、C都監測到下游線路發生單相接地故障，配電開關A查詢到配電開關B監測到 下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障不在AB線路；配電開關B查詢到配電開關C監 測到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障不在BC線路；配電開關C查詢到配電開關 D監測到下游線路沒有發生單相接地故障，因此判斷故障在⑶線路上，斷開配電開關C隔離 故障。如果配電開關D的右側線路發生單相接地故障，配電開關A、B、C、D都監測到下游線 路發生單相接地故障，配電開關D是終端用戶開關，因此判斷故障在配電開關D的右側線路 上，斷開配電開關D隔離故障。參見圖2所示，本發明應用于帶分支的輻射狀配電網。如果⑶線路發生單相接地 故障，配電開關A、B、C都監測到下游線路發生單相接地故障，配電開關D、E、F都沒有監測 到下游線路發生單相接地故障，配電開關A查詢到配電開關B監測到下游線路發生單相接 地故障，因此判斷故障不在AB線路；配電開關B查詢到配電開關C監測到下游線路發生單 相接地故障，配電開關E沒有監測到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障不在BC線 路；配電開關C查詢到配電開關D監測到下游線路沒有發生單相接地故障，因此判斷故障在 ⑶線路上，斷開配電開關C隔離故障。如果BC線路發生單相接地故障，配電開關A、B都監 測到下游線路發生單相接地故障，配電開關C、D、E、F都沒有監測到下游線路發生單相接地 故障，配電開關A查詢到配電開關B監測到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障不在 AB線路；配電開關B查詢到配電開關C、E沒有監測到下游線路發生單相接地故障，因此判 斷故障在BC線路上或者故障發生在BE線路上，斷開配電開關C隔離故障。參見圖3所示，本發明應用于手拉手配電網。如果AB線路發生單相接地故障，配 電開關A監測到下游線路發生單相接地故障，配電開關A查詢到配電開關B沒有監測到下 游線路發生單相接地故障，因此判斷故障發生在AB線路，斷開配電開關A，通知配電開關B 斷開，隔離故障。如果BC線路發生單相接地故障，配電開關A、B都監測到下游線路發生單相接地故障，配電開關A查詢到配電開關B監測到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故 障不在AB線路；配電開關B查詢到配電開關C斷開(不監測到下游線路發生單相接地故 障)，因此判斷故障發生在BC線路，斷開配電開關B隔離故障。如果CD線路發生單相接地 故障，配電開關E、D都監測到下游線路發生單相接地故障，配電開關E查詢到配電開關D監 測到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障不在DE線路；配電開關D查詢到配電開關 C斷開(不監測到下游線路發生單相接地故障)，因此判斷故障發生在⑶線路，斷開配電開 關D隔離故障。如果DE線路發生單相接地故障，配電開關E監測到下游線路發生單相接地 故障，配電開關E查詢到配電開關D沒有監測到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障 發生在DE線路，斷開配電開關E，通知配電開關D斷開，隔離故障。參見圖4所示，本發明應用于手拉手多聯絡配電網。如果HI線路發生單相接地故 障，配電開關I、J都監測到下游線路發生單相接地故障，配電開關J查詢到配電開關I監測 到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障不在IJ線路；配電開關I查詢到配電開關H、 K都沒有監測到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障發生在HI線路，斷開配電開關 I，通知配電開關H、K斷開，隔離故障。參見圖5所示，本發明應用于復雜網格狀配電網。如果AB線路發生單相接地故障， 配電開關A監測到下游線路發生單相接地故障，配電開關A查詢到配電開關B、E沒有監測 到下游線路發生單相接地故障，因此判斷故障發生在AB線路，斷開配電開關A，通知配電開 關B、E斷開，隔離故障。如果BC線路發生單相接地故障，配電開關A監測到下游線路發生 單相接地故障，配電開關A查詢到配電開關B監測到下游線路發生單相接地故障，因此判斷 故障不在AB線路；配電開關B監測到下游線路發生單相接地故障，配電開關B查詢到配電 開關C、J沒有監測到下游線路發生單相接地故障(C、J斷開運行)，因此判斷故障發生在BC 線路，斷開配電開關B，通知配電開關C、J斷開，隔離故障。
權利要求
小電流接地系統的一種分布式單相接地故障隔離方法，其特征在于配電網任意一臺智能配電開關，執行的分布式算法包括以下步驟(1)、配電開關i處于合閘狀態時，監測配電開關i處的單相接地特征量，判斷單相接地故障是否發生在配電開關i的下游線路，其中1≤i≤N，N為配電網開關總數；(2)、配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障時，配電開關i在整定時間內與其所有鄰近配電開關通信，查詢與i所有鄰近配電開關j是否監測到下游線路發生單相接地故障，其中1≤j≤N，N為配電網開關總數；(3)、配電開關j在整定時間內與其所有鄰近配電開關通信，查詢與j所有鄰近配電開關是否監測到下游線路發生單相接地故障；(4)重復執行步驟(2)和(3)，直至配電開關k 1查詢到配電開關與其所有的鄰近配電開關的下游線路無故障，判定單相接地故障發生在配電開關k 1與其鄰近配電開關k之間，其中j≤k≤N，N為配電網開關總數。
2.根據權利要求1所述的小電流接地系統的一種分布式單相接地故障隔離方法，其特 征在于配電開關i處監測下游線路發生單相接地故障的方法采用基于穩態信號的算法或 基于暫態信號的算法。
3.根據權利要求1所述的小電流接地系統的一種分布式單相接地故障隔離方法，其特 征在于配電開關i判斷單相接地故障是否發生在配電開關i與其鄰近配電開關j之間的 方法是(1)、配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障，且至少有一個臨近下游配電開 關j處監測到下游線路發生單相接地故障，單相接地故障不是發生在配電開關i與其所有 鄰近配電開關之間；(2)、配電開關i處監測到下游線路發生單相接地故障，且沒有任何一個臨近下游配電 開關j處監測到下游線路發生單相接地故障，單相接地故障發生在配電開關i與其鄰近配 電開關j之間；(3)、配電開關i沒有臨近下游配電開關，即配電開關i是終端用戶開關，單相接地故障 發生在配電開關i與終端負荷之間。
全文摘要
本發明小電流接地系統的一種分布式單相接地故障隔離方法，它對配電網任意一臺智能配電開關，執行分布式算法當配電開關處于合閘狀態時，監測該配電開關處的單相接地特征量，判斷單相接地故障是否發生在該配電開關的下游線路；當該配電開關處監測到下游線路發生單相接地故障時在整定時間內與其所有鄰近配電開關通信，查詢所有鄰近配電開關是否監測到下游線路發生單相接地故障，查詢所有鄰近配電開關是否監測到下游線路發生單相接地故障，直至判定出單相接地故障發生在配電開關與其鄰近配電開關之間。本發明克服了現有故障隔離需要多次開關分合操作的缺陷，不僅能以最少的開關分合操作次數隔離配電網單相接地故障，適合于各種開環運行的配電網。
文檔編號H02H7/26GK101902037SQ20101024137
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者羅毅 申請人:武漢百叡電力技術有限公司