專(zhuān)利名稱：檢測(cè)和確定電力電網(wǎng)中高阻接地故障的方法
根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分，本發(fā)明涉及一種檢測(cè)和確定電力電網(wǎng)中線路發(fā)生高阻接地故障的方法。
通常，檢測(cè)接地故障通過(guò)監(jiān)視電力電網(wǎng)中的零序電壓(即中性點(diǎn)電壓)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該種裝置中，當(dāng)中性點(diǎn)電壓超過(guò)一預(yù)定限制值時(shí)，就發(fā)出線路故障報(bào)警。
美國(guó)專(zhuān)利號(hào)NO.4729052中公布了一種檢測(cè)線路接地故障的方法，它通過(guò)改變接于電力系統(tǒng)中性點(diǎn)上的接地系統(tǒng)阻抗，再測(cè)量該變化給中性點(diǎn)電壓所帶來(lái)的變化。該方法適用于補(bǔ)償中性線電網(wǎng)，且電網(wǎng)中有一種諧振補(bǔ)償線圈接在中性點(diǎn)上。
德國(guó)專(zhuān)利號(hào)NO.4140556中公布了一種非常類(lèi)似于本發(fā)明的裝置。該裝置的目的在于，通過(guò)繼電保護(hù)裝置來(lái)檢測(cè)接地故障狀態(tài)下的故障線路。執(zhí)行該操作時(shí)，利用相量的形式對(duì)中性點(diǎn)電壓和一個(gè)線電壓進(jìn)行比較，中性點(diǎn)電壓也可以和一個(gè)正序電壓分量或任何其它不受接地故障影響的參考電壓進(jìn)行比較。因此，該裝置的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)儆诔Ｒ?guī)的繼電保護(hù)，它有一個(gè)固定的跳閘判據(jù)，而且，實(shí)際的故障檢測(cè)是以中性點(diǎn)電壓絕對(duì)值為基礎(chǔ)的。
在常規(guī)技術(shù)中，存在一個(gè)問(wèn)題，就是在20KΩ及其以上的數(shù)量級(jí)故障電阻情況下，缺少一種可靠通用且又比較靈敏的檢測(cè)方法。
本發(fā)明的一個(gè)目的就是克服上述技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，并提供一種完全新型的方法，以檢測(cè)和確定電力電網(wǎng)中發(fā)生的高阻接地故障。
在檢測(cè)接地故障時(shí)，本發(fā)明的目的通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)，將在電網(wǎng)電站內(nèi)測(cè)出的零序電壓(中性點(diǎn)電壓)同電網(wǎng)中測(cè)到的相電壓正序分量進(jìn)行比較，同時(shí)，零序電壓又與電網(wǎng)的合成零序阻抗進(jìn)行比較。比較采用相量的形式進(jìn)行，也就是說(shuō)，把電壓看作零相的參考矢量。這種比較的結(jié)果是為了估算故障電阻的大小。比較中用到的合成零序阻抗可以采取一種近似值，這可通過(guò)電網(wǎng)模型計(jì)算而得來(lái)。因此，本發(fā)明源自于采用變電站中慣用的方法，對(duì)相線電壓進(jìn)行測(cè)量。
同常規(guī)裝置相比，本發(fā)明的主要不同之處在于
-比較采用相量的形式，且對(duì)懷疑可能出故障的相線其正序電壓分量進(jìn)行了比較，同時(shí)也對(duì)電網(wǎng)的合成零序阻抗進(jìn)行了比較。
-本方法通過(guò)比較三相系統(tǒng)各個(gè)相線的計(jì)算故障阻抗，以此來(lái)指出發(fā)生故障的相線。在發(fā)生故障的相線中，故障阻抗是電阻性質(zhì)的，而其余兩個(gè)相線中，每相計(jì)算阻抗的實(shí)部均為負(fù)值，而這種情況是不現(xiàn)實(shí)的。
-本方法對(duì)故障電阻大小作出了估算，由此可很容易計(jì)算出故障電流值。
-計(jì)算的故障電流可以同電網(wǎng)中測(cè)得的實(shí)際故障電流進(jìn)行比較，由此得出故障檢測(cè)所遵循的一個(gè)判據(jù)，也可以更精確地得出電網(wǎng)中發(fā)生故障的位置。
更具體地講，根據(jù)本發(fā)明的方法其特征由權(quán)利要求1的特征部分進(jìn)行闡述。
本發(fā)明提供有相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)。
常規(guī)的故障檢測(cè)工序是建立在監(jiān)視零序電壓絕對(duì)值的基礎(chǔ)上的，若利用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，它就可以得到較大的考慮，因?yàn)楝F(xiàn)在是以相量的形式來(lái)測(cè)量中性點(diǎn)電壓，而且，通過(guò)比較零序電壓就能確定發(fā)生的電阻性故障，并由此而比較電網(wǎng)的零序阻抗。于是，故障檢測(cè)范圍可以延伸至大大超過(guò)故障的電阻值。
同美國(guó)專(zhuān)利號(hào)NO.4729052的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為，在電網(wǎng)的中性點(diǎn)上不需要邊結(jié)附加的器件，而是直接在電網(wǎng)中組成一個(gè)故障電路部件。另一大好處為，在不接地電網(wǎng)和帶電阻接地的電網(wǎng)中，也可以檢測(cè)出接地故障。
同德國(guó)專(zhuān)利號(hào)NO.4140556所引用的技術(shù)相比，本發(fā)明的不同之處在于，中性點(diǎn)電壓不僅同一個(gè)由相線電壓算得的變量相比較，而且另外還同電網(wǎng)的零序阻抗進(jìn)行比較，在此階段前，相角判據(jù)不予采用。此處必須指出，對(duì)于德國(guó)專(zhuān)利號(hào)NO.4140556所公布的方法，在發(fā)生高阻接地故障時(shí)，都不能用來(lái)檢測(cè)接地故障。在一種補(bǔ)償電網(wǎng)中，其中性點(diǎn)帶有補(bǔ)償接地線圈，由于接地故障電阻值很小，上述引用的方法就會(huì)給出一些隨意的結(jié)果，這是因?yàn)椋谠撾娋W(wǎng)中，零序阻抗的相角處決于補(bǔ)償線圈的調(diào)諧程度，它可以在一個(gè)很大的范圍內(nèi)變動(dòng)(幾乎覆蓋了180°)。
采用此處公布的新型方法，只需要將一些新的工序編入接地故障監(jiān)視系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中就行了，此外，還需將一個(gè)簡(jiǎn)單的電網(wǎng)模型編程模塊添加到電網(wǎng)監(jiān)視/控制系統(tǒng)的軟件之中。
這種新型方法無(wú)需新的變換器，但是在進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)可用到它，譬如，在變電站中，通常在兩個(gè)相線間接上一個(gè)變壓器，以給變電站提供電力電源。
下面，參考附圖，通過(guò)幾個(gè)典型的實(shí)施方案，本發(fā)明可得到更詳盡的闡述，其中附

圖1用圖解的方法示出了一種電網(wǎng)電路的等效電路，并由本發(fā)明的方法進(jìn)行監(jiān)視；附圖2a示出了一種不接地電網(wǎng)及帶電阻接地電網(wǎng)的零序阻抗等效電路圖。
附圖2b示出了一種電網(wǎng)的零序阻抗等效電路圖，這種電網(wǎng)將接地故障電流的容性分量進(jìn)行了全部的或部分的補(bǔ)償。
本方法適用于檢測(cè)和確定電力電網(wǎng)發(fā)生高阻接地故障的情況，而在這種情況下，常規(guī)的繼電保護(hù)靈敏度不能檢測(cè)出故障。本方法的工作范圍為故障電阻數(shù)量級(jí)位于5～150KΩ之內(nèi)。
盡管在原理上本方法是直接用于不接地電網(wǎng)和補(bǔ)償線圈接地電網(wǎng)中，但是，若電網(wǎng)通過(guò)一個(gè)較高的接地系統(tǒng)電阻進(jìn)行接地的話，它也一樣起作用。
本方法建立的基礎(chǔ)為分析變電站內(nèi)測(cè)得的電壓。通過(guò)采取相量的形式，測(cè)量出電力電網(wǎng)的中性點(diǎn)電壓，然后，將該測(cè)量值與各相線電壓的正序分量進(jìn)行比較，就可以在饋電變電站(中壓)的保護(hù)區(qū)域內(nèi)檢測(cè)出高阻單相接地故障。此外，除了帶有通常的接地故障報(bào)警外，中性點(diǎn)電壓分析還能指示出故障電阻的大小、相應(yīng)的故障電流值以及遭到接地故障的那一個(gè)相線。
運(yùn)用這些數(shù)據(jù)，繼續(xù)對(duì)電網(wǎng)的零序電流進(jìn)行分析，然后再將它們與故障相線電壓作出比較。同常規(guī)接地故障保護(hù)及檢測(cè)相比，這種新型方法的不同之處在于，現(xiàn)在的接地故障電流不與中性點(diǎn)電壓作比較，而是跟各相線電壓的正序分量進(jìn)行比較；此處，接地故障點(diǎn)的故障阻抗被認(rèn)為是純電阻性質(zhì)的。
利用電流測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，可以驗(yàn)證零序電壓分析的結(jié)果，同時(shí)又可獲得關(guān)于故障點(diǎn)的更精確數(shù)據(jù)。測(cè)量電網(wǎng)電流的合適地點(diǎn)為變電站的輸出饋線，也可以為沿著傳輸線的各個(gè)分支點(diǎn)，還可以是斷電/分段隔離所。
零序分析的基礎(chǔ)在于解答等效電路的各部分，而等效電路則代表各個(gè)接地故障條件。如果已知電壓及合成零序阻抗，那么發(fā)生故障時(shí)的阻抗可由下面等式表示Z‾f=(U‾vU‾o-1)Z‾o---(1)]]>在此Zo為零序阻抗，Zf為計(jì)算故障阻抗，Uv為相電壓的正序分量，Uo為測(cè)量的中性點(diǎn)電壓。
在附圖2a及2b中，用一種等效電路展示了電力電網(wǎng)的模擬電網(wǎng)模型，零序阻抗Zo通過(guò)該模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算。模型所需的重要參數(shù)為，電力電網(wǎng)整個(gè)線路長(zhǎng)度以及跨接于電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的接地電容。后一個(gè)參數(shù)可根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)構(gòu)成而具有不同數(shù)值。附圖2a闡述的是一種不接地電網(wǎng)或帶電阻接地電網(wǎng)的零序阻抗Zo等效電路圖，而附圖2b則分別描述了一種諧振接地電網(wǎng)或補(bǔ)償電網(wǎng)的同一種參數(shù)。在附圖2a所示的不接地電網(wǎng)中，等效電路的控制器件為電網(wǎng)的接地電容Ce。這些元件帶有一個(gè)漏電阻器件Re，它約帶有接地電流的5-8％(由實(shí)踐公式Re＝12.5-20·Xc得來(lái)，此處Xc為接地電容Ce的電抗)。在諧振接地電網(wǎng)中，這些電路器件另外還帶有補(bǔ)償線圈Le所產(chǎn)生的電抗，補(bǔ)償線圈Le并聯(lián)在電路中，如附圖2b所示。附圖2a的等效電路對(duì)于帶電阻接地電網(wǎng)也是正確的，且它的漏電阻Re大大減小了。
本方法測(cè)量的變量為-變電站的三個(gè)相線電壓，-中性點(diǎn)電流以及所有電流測(cè)量點(diǎn)處的線電壓。
中性點(diǎn)電壓Uo由相線電壓的相量和計(jì)算得來(lái)。每個(gè)相線電壓Uv在計(jì)算時(shí)均作為對(duì)稱分量系統(tǒng)的正序分量，并由瞬時(shí)測(cè)量值計(jì)算得來(lái)。為確認(rèn)發(fā)生故障的相線，等式(1)對(duì)三個(gè)相量方向作如下解答1)Uv沒(méi)有旋轉(zhuǎn)角2)Uv旋轉(zhuǎn)為+120°的電角度3)Uv旋轉(zhuǎn)為+240°的電角度。
每個(gè)計(jì)算周期給出一個(gè)Zf估算值。其中，故障相線為Zf實(shí)部值最大的那一相。因?yàn)樵趯?shí)際中故障阻抗Zf為純電阻性質(zhì)的，所以在計(jì)算未受損的兩個(gè)相線時(shí)，有必要為其故障阻抗的實(shí)部給定一個(gè)負(fù)值。
根據(jù)電流操作法，如果在相線中出現(xiàn)了Zf的最大實(shí)部值，那么就認(rèn)為檢測(cè)到了接地故障-Zf的實(shí)部至少為Zf虛部的四倍。
該條件同下述準(zhǔn)則是等效的，即故障阻抗的相角最大為±15°電角度。計(jì)算故障電阻之后，附圖1的等效電路也可用來(lái)解算故障電流及其相角。
最后，零序電壓分析得出以下信息-故障相線指示，-估算出故障電阻大小，-估算故障電流及其相角。
假使故障電阻較大，那么，由于正常狀態(tài)下的中性點(diǎn)電壓為非零值，故障電阻對(duì)電網(wǎng)參數(shù)的作用就可能比較困難。這種正常狀態(tài)下的中性點(diǎn)非零電壓主要是由電網(wǎng)的電容不對(duì)稱造成的，它的值只是不頻繁地作一些變化。因此，用一種趨向分析法替代實(shí)時(shí)零序電壓測(cè)量，就可以提高已公布方法的靈敏度，趨向分析的基礎(chǔ)為監(jiān)視一個(gè)變化值，該變化值定義為實(shí)時(shí)零序電壓值與其平均值之間形成的偏差，例如，計(jì)算其平均值時(shí)，可在最近10分鐘內(nèi)進(jìn)行。這種方法提高了接地故障指示的靈敏度，故障電阻可高達(dá)約100～150KΩ。引用的這些附圖是建立在對(duì)不接地電網(wǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的基礎(chǔ)上的。
一般接地故障報(bào)警在由零序電壓分析程序解除后，就可以確定故障檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)分析零序電流測(cè)量數(shù)據(jù)，接地故障的最近點(diǎn)便得以確定。此處，利用相量的形式，在變電站內(nèi)和/或沿著電網(wǎng)測(cè)出的零序電流與零序電壓分析得出的零序電流值進(jìn)行比較，最后，如果發(fā)生下述情況，分析的電網(wǎng)部分就被認(rèn)為是發(fā)生了接地故障。
-在給定范圍內(nèi)，測(cè)量的零序電流大小等于由上述方法計(jì)算得出的值，-在給定范圍內(nèi)，測(cè)量的零序電流相角等于由上述方法計(jì)算得出的值。
相角的允許范圍可以與上文相同，暫定為±15°電角度。相比之下，電流的允許范圍可以寬松一些，暫定約±30％。
同零序電壓分析的方式一樣，對(duì)于高阻接地故障，可通過(guò)以下方式來(lái)提高本方法的靈敏度，即用一個(gè)變值變量來(lái)替代實(shí)時(shí)零序電壓測(cè)量，該變值變量算作瞬時(shí)零序電壓相對(duì)其長(zhǎng)期平均值的偏差。
本發(fā)明的基本思想就是將中性點(diǎn)電壓Uo同各相線電壓的正序分量Uv進(jìn)行比較，另外還將其與電網(wǎng)的合成零序阻抗Zo進(jìn)行比較。
由于電壓判據(jù)只用于故障檢測(cè)，而不是用在各相線電壓的正序分量上，所以本方法中帶有可變性。合適的選擇有1)恰好在發(fā)生故障前的故障相線電壓2)故障線路的正序電壓分量(故障期間)3)故障相線的正負(fù)序電壓分量和(故障期間)除了這些選擇項(xiàng)外，實(shí)時(shí)零序電壓測(cè)量還可以由趨向分析來(lái)代替，這種趨向分析即為對(duì)零序電壓相對(duì)其長(zhǎng)期平均值(例如，計(jì)算時(shí)間為最近10分鐘)的偏差而進(jìn)行的分析。各相線電壓的正負(fù)序分量以及零序電壓可利用現(xiàn)有熟悉的對(duì)稱分量理論由各個(gè)測(cè)得的相電壓計(jì)算出來(lái)。
電網(wǎng)的零序阻抗可通過(guò)電網(wǎng)模型大致計(jì)算出來(lái)。若有必要，通過(guò)運(yùn)用已知的故障電阻值進(jìn)行接地故障測(cè)試，就可以對(duì)電網(wǎng)模型的接地電容Ce及漏電阻Re進(jìn)行校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)和確定電力電網(wǎng)中高阻接地故障的方法，該方法中，在變電站內(nèi)測(cè)量-中性點(diǎn)電壓(Uo)，它以相量形式表示，其特征在于-采用相量的形式測(cè)量電網(wǎng)的相線電壓，-代表中性點(diǎn)電壓(Uo)的零序電壓相量為測(cè)量的各相線電壓的合成相量，-零序阻抗(Zo)由電網(wǎng)模型計(jì)算得出，-零序電壓(Uo)采用相量的形式同電網(wǎng)相線電壓(Uv)相量進(jìn)行比較，同時(shí)也與電網(wǎng)的合成零序阻抗(Zo)進(jìn)行比較，-由這些計(jì)算變量得出各相線的故障阻抗(Zf)，由此，故障阻抗(Zf)實(shí)部具有最大值的那一相被確定為故障相線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，零序電壓(Uo)利用相量的形式同各相線電壓的相量形式正分量(Uv)進(jìn)行比較，另外還與電網(wǎng)的合成零序阻抗(Zo)進(jìn)行比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，零序電壓(Uo)同在恰好發(fā)生故障前測(cè)得的故障相線電壓(Vv)進(jìn)行比較，另外還與電網(wǎng)的合成零序阻抗(Zo)進(jìn)行比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，零序電壓(Uo)同故障相線的正負(fù)序電壓分量相量和(Vv)進(jìn)行比較，另外還與電網(wǎng)的合成零序阻抗(Zo)進(jìn)行比較。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，在進(jìn)行比較時(shí)，零序電壓(Uo)的實(shí)時(shí)值由實(shí)時(shí)值與長(zhǎng)期平均值間的差值來(lái)代替，例如，在計(jì)算其平均值時(shí)，時(shí)間選擇為最近的10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及到檢測(cè)和確定電力電網(wǎng)中發(fā)生的高阻接地故障。該方法中,用相量形式表示的中性點(diǎn)電壓(U
文檔編號(hào)G01R31/08GK1207176SQ97191561
公開(kāi)日1999年2月3日 申請(qǐng)日期1997年10月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月4日
發(fā)明者M·勒托仁 申請(qǐng)人:Abb傳輸公司