[发明专利]一种小电流接地电力系统的接地故障选线定段方法

说明书

本发明公开了一种小电流接地电力系统的接地故障选线定段方法，涉及电网故障测量技术领域。在10kV小电流接地电力系统的接地故障选线定段中，确定电力系统拓扑结构特征矩阵，在电力系统中标记出保护线路的末端、断路器出线处、母线虚拟节点为电气节点，断路器处装设零序电流互感器与零序电压互感器，其采集的实时数据作为故障特征值矩阵的信号来源，故障特征值矩阵与电力系统拓扑结构特征矩阵构成电力系统故障状态矩阵，解出每一个单元格中各支路故障状态值之和，在所有故障状态值非负的单元中，故障状态值最小的即为接地故障点。有效保证故障选线的可靠性，对故障点进行有效定位，方法可广泛用于装设有功率方向保护的系统中，有较高的环境适应力。

技术领域

本发明涉及电网故障测量技术领域，具体涉及一种小电流接地电力系统的接地故障选线定段方法。

背景技术

小电流接地方式具有较高的可靠性，我国中压配电网普遍采用小电流接地方式，特别是在10kV配电网中。发生小电流接地故障时，三相之间仍能保持线电压的对称，且故障电流很小，供电设备可继续工作1至2小时。但随着城市电网的快速发展，电缆在配电线路中所占比重提升，电缆-架空线的混合度提升，导致配电线路单相接地故障时接地点故障电流增大，且不易熄弧，容易引发故障扩大和设备过电压绝缘损坏等问题。由于该接地方式下故障电流较小，且极易与因电力系统运行方式改变或负荷波动所带来的过电流混淆，导致故障的选线定段困难。因此，需要一种快速可靠的故障选线定段方法。

传统的电流速断保护尽管有着很高的可靠性，但由于在小电流接地系统中接地短路电流较小经常造成继电保护的拒动，同时依靠整定短路电流判断故障选线准确性低且不具有定段功能。随着电力设备技术的发展，诸如零序电流互感器的方向监测器件广泛用于电力系统。

如图1所示，在配电线路与大地之间存在分布电容，其大小与线路出线长度成正比，电力系统正常运行时，线路中零序电流相位超前于零序电压，当系统中的某一线路发生接地短路故障时，容性无功功率方向由线路流向母线，故障线路中的零序电流由非故障线路对地电容电流和母线至变压器低压侧出线的对地电容电流构成，其关系如下，同时，线路中零序电流相位将滞后于零序电压。

其中，I_0j为故障线路中的零序电流，I_0s为母线至变压器低压侧出线的对地电容电流， I_0i为非故障线路的对地电容电流，n为母线上所接线路数。

基于线路在发生接地短路时的这一特性，衍生出大量的故障检测方法。发表在2012 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference，作者为Z.Qi，S.Xiao和B.Wang的一篇名为“Research on Algorithm for Single-Phase-to-Earth FaultSection Location in Medium Voltage Distribution”的会议论文中，作者基于对线路中零序电流方向在故障前后的对比提出了一种对母线上单一线路发生接地故障的定位方法，对中性点不接地和中性点谐振接地两种接地方式下的接地故障能做到快速定位。但是，文章没有考虑到对母线上的其他线路和母线本身进行故障检测。发表在2017IEEEConference on Energy Internet and Energy System Integration(EI2)，作者为Y.Yuan，X.Chen，L.Yang，X.Zeng，J.Cai和M.Yu的一篇名为“A novel fault lineselection method of resonant grounding system”的会议论文中，作者基于零序电流的信号量的S变换提出接地故障时的选线方法，但文章对故障具体的定位没有进行考虑。上述两种方法在实现上较为复杂，在实施中对设备具有较高要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小电流接地电力系统的接地故障选线定段方法，适用于10kV 单相接地，解决现有选线定段方法未综合考虑母线线路分布、对设备要求高、无法进行快速准确定位的问题。