[发明专利]一种基于瞬时功率的谐振接地系统单相接地故障选线方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于瞬时功率的谐振接地系统单相接地故障选线方法，属小电流故障选线技术领域

背景技术

中性点经消弧线圈接地是目前中低压配电网中广泛采用的方式，这种接地方式具有供电可靠性高的优点。中性点经消弧线圈接地系统也称谐振接地系统，该系统中发生的绝大部分故障是单相接地故障。当发生单相接地故障时系统中不形成短路回路，只有系统分布电容引起的很小的零序电流，三相间电压依然对称，不影响系统正常工作，我国电力规程规定，系统可以带单相接地故障继续运行1~2小时。但是，谐振接地系统发生单相接地故障时，非故障相对地电压升高，对绝缘造成威胁，长期运行会加速绝缘老化，而且在故障高压作用下系统可能在线路其它位置被再次击穿，形成多点接地，造成短路电流通路，导致供电中断。另外，如果发生间歇性弧光接地时，电弧高温会导致导线及其临近的绝缘损坏，发展成相间短路故障。因此，发生接地故障时必须尽快找到故障线路，尽快排除故障。

另一方面，谐振接地电网发生单相接地故障后，由于接地点只产生微弱电容电流，加之电弧不稳定、边界条件复杂等因数影响，使得故障接地电容电流难以识别。而且，不平衡的配电系统在正常运行时也会产生不平衡的零序电流，这使得故障线路的检出比较困难。

为此，人们研究并提出了多种选线方法。效果不是很理想，其中利用能量原则的选线方法中，对谐振接地系统发生单相接地故障时，各线路上能量的传递过程解释得不够完整和清晰；利用电磁场理论，通过定义流通功率和耗散功率及其分量来描述电网中能量流动的连续性，但对于非对称电网以及对称和非对称电网中的功率求解，有待深入研究。

谐振接地电网发生单相接地故障时，故障线路上除负载电流外，还有故障暂态电流，这个电流由所有非故障线路的对地电容电流和非故障相的电容电流以及消弧线圈的暂态电感电流组成，包含有容性工频稳态量、容性高频衰减振荡量、感性工频稳态量、感性衰减直流量等；再加上谐波信号产生的电网不对称分量，使得暂态故障信号表现出非正弦特征，非正弦条件下，传统功率理论通常难以对其进行正确的解释和描述。

发明内容

针对以上问题，本发明基于瞬时功率理论，将采集到的线路相电压和线电流信号，进行坐标变换，计算瞬时零序功率、瞬时实功率和瞬时虚功率，当系统发生单相接地故障时，故障线路上的零序功率大于非故障线路，故障线路上实功率将明显增大，并且故障线路上的虚功率将明显增大，由于零序功率和实功率对电源到负载的能量传递有贡献，而虚功率反映了线路各相之间的交换能量，因此，根据故障前后故障线路瞬时能量变化量最大的原理来构造综合选线算法可选出故障线路。

本发明采用的技术方案：根据故障线路瞬时功率变化量最大的原理来选线，基于选线的适应性和可靠性，拉大故障线路和健全线路的差距，具体选线算法如下：

（1）计算故障前两个周波内各线路瞬时零序功率、实功率和虚功率的均值，并取绝对值；

（2）计算故障后两个周波内各线路瞬时零序功率、实功率和虚功率的均值，并取绝对值；

（3）用故障后与故障前的值作差，并取绝对值，得各线路瞬时零序功率变化量                                               、瞬时实功率变化量和瞬时虚功率变化量，进行去量纲处理后分别为；、和；

（4）求和；

（5）取前三个最大值的线路，并按大小顺序排列为、、；

（6）若，则对应的线路为故障线路，否则视为母线故障。

所述的瞬时功率理论采用Clarke变换，将电路中三相瞬时相电压、、和瞬时线电流、、转化为坐标系中的瞬时电压、、和瞬时电流、、。变换过程如下：

       （1）

在此基础上定义瞬时零序功率、瞬时实功率和瞬时虚功率分别为：

                        （2）

式中是瞬时零序功率，是瞬时实功率，两者的单位均是“瓦”；是瞬时虚功率，单位是“伏安虚”。

对于一个电压和电流处于稳态时呈周期性变化的三相四线系统，包含基波和谐波分量，可以用Fourier级数分解为：，。式中，表示谐波次数，，和分别为电压和电流的初相位。将上面两式写成相量形式为，。再应用对称分量法，可以求得它们的正序、负序和零序分量，在时域中重写坐标下次谐波的瞬时零序功率：

            

瞬时实功率为：

瞬时虚功率为：