专利名称：基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法
技术领域：
本发明涉及电力系统故障测距方法，尤其是一种基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法。
背景技术：
我国6_35kV配电系统普遍采用小电流接地的运行方式，该运行方式的优点是当发生单相接地故障时，由于系统线电压仍然对称，可以带故障继续运行2小时，因此具有较高的供电可靠性。该运行方式的缺点是单相接地故障特征不明显，给故障线路选择和故障测距带来较大困难。目前对小电流接地系统单相接地故障选线原理和技术的研究较多，也提出了多种选线方法，其中基于信号注入原理的单相接地故障选线方法由于具有不受系统运行方式和消弧线圈影响、选线准确率高等优点，获得了较为普遍的应用。但对于单相接地故障测距技术研究的不够深入，由于受系统结构、运行方式、过渡电阻、故障特征不明显等因素的影响，故障测距精度有待提高。中国专利申请200510016286. 3公开了一种小电流接地系统输电线路单相接地故障的测距方法，该方法采用由数据采集器采集到的零序信号大于门槛值时，启动故障测距算法；对采集到的故障电压数据或故障电流数据进行高通滤波处理，滤除工频及以下低频谐波分量；计算经过滤波处理后的故障点的距离。该发明难以解决中性点经消弧线圈接地系统的单相接地故障测距问题，测距精度受距离系数的影响较大。中国专利申请200810229756. 8公开了一种小电流接地系统双回线单相接地故障测距方法，该方法将不同位置的双回线进行编号并预置在接地转移装置的微机中；由微机实时采集、计算变电站母线上的相、线电压及零序电压和各线路零序电流，判别系统有无接地及接地的相别，当系统发生单相接地故障时，由微机给出接地相的分相开关合闸指令，同时给出录波指令；录波完成后，微机结合双回线的编号通过测量的零序电压和零序电流进行选线操作；然后，通过微机按测量双回线第一线接地电流分流值方程、测量双回线第二线接地电流分流值方程、测量流入故障点接地电流值方程和测量线路末端到故障点之间的距离方程进行计算，求得双回线某一点接地时接地点的所在位置，即线路末端到故障点之间的距离。本发明通过故障发生后控制中性点短时接地的方式人为增大零序电流，从而达到正确选线和测距的目的，过大的零序电流会给系统设备的正常运行带来不利影响，且需要增加相应的一次设备。中国专利申请201010135675. 9公开了一种输电线路单相接地故障电流行波三基色表示的故障测距方法，本发明将交流输电线路的故障电流方向行波用三基色表示，在三基色色彩模式下实现单端故障测距，在保证故障测距准确性的同时，使得测距更加直观。本发明主要针对输电系统单相接地故障的测距问题，对采样频率的要求很高，且适用于线路长度较长、中间无分支等情况，配电系统线路长度较大，线路中间分支众多，故障行波的折反射过程复杂，在配电系统中采用该方法存在一定的局限性。
发明内容
为提高小电流接地系统单相接地故障测距的精度，本发明提供一种基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法。当发生单相接地故障后，首先向故障相注入一个频率恒定的正弦电流信号，根据比较各条出线中注入信号电流幅值的大�。〕龉收舷呗罚缓蠡谙呗返姆植疾问Ｐ停谐龉收舷呗肥锥俗⑷胄藕诺缪�、电流与故障距离及过渡电阻之间关系的数学表达式，根据过渡电阻呈阻性的特点，可以通过解方程求出故障距离，从而达到故障测距的目的。本发明是采用下述技术方案实现的一种基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法，包括以下步骤第一步小电流接地系统发生单相接地故障后，根据相电压和零序电压的变化情况确定故障相别，启动信号源由电压互感器二次侧向配电系统注入频率恒定的正弦电流信号；第二步通过各线路的零序电流互感器测量得到流过每条线路的注入信号电流， 对这些电流幅值进行比较，最大值对应的线路即为故障线路；第三步通过电压互感器测量得到注入电流在故障线路形成的电压降，通过故障线路的零序电流互感器测量得到注入到故障线路中的电流幅值；设电压测量点到故障点之间的距离即故障距离为1，基于线路的分布参数模型和长线方程，列出测量点处注入信号电压、电流与故障点处注入信号电压、电流的关系表达式；注入电流在故障点处产生的电压还等于流过该点的注入电流与过渡电阻的乘积，由此得到过渡电阻与测量点的注入信号电压电流以及故障距离1之间的关系表达式；第四步上述表达式为复数方程，因为过渡电阻呈现阻性，故其虚部为0，据此求解复数方程得到故障距离1。所述的第一步中的单相接地故障发生后，故障相电压降低，小于额定电压的60%， 而非故障相电压和零序电压会升高，据此可以找出故障相别。确定故障相别后，控制注入信号源通过电压互感器二次侧向系统故障相注入正弦电流信号，以便进行故障选线和故障测距。为了便于检测，注入信号的频率必须与电力系统固有信号的频率相区分，信号源的输出信号频率fs不能为50Hz或50Hz的整倍数，即nX50Hz < fs < (η+1) Χ50Ηζ, η = 1,2, 3…。所述的第二步中的注入信号测量自零序电流互感器。注入到各配电线路中的电流信号必然会流经零序电流互感器，因此可用零序电流互感器对注入的电流信号进行测量， 但零序电流互感器同时还会反应50Hz的工频电流信号和50Hz整倍数次频率的谐波电流信号，因此必须采用模拟滤波器和数字滤波器才能可靠、准确的将注入信号提取出来。接在同一条母线上的所有线路中均会有注入电流信号流入，但流入故障线路中的注入信号最大， 比较流入各条配电线路中的注入电流的大�。畲蟮缌鞫杂Φ南呗芳次收舷呗�。所述的第三步中的线路分布参数模型如
图1所示。在已知测量点注入信号电压、 电流的基础上，设故障点与测量点之间的距离为1，通过长线方程写出测量点电压、电流与故障点电压电流之间的关系表达式为
权利要求
1.一种基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤第一步小电流接地系统发生单相接地故障后，根据相电压和零序电压的变化情况确定故障相别，启动信号源由电压互感器二次侧向系统注入频率恒定的正弦电流信号；第二步通过各线路的零序电流互感器测量得到流过每条线路的注入信号电流，对这些电流幅值进行比较，最大值对应的线路即为故障线路；第三步通过电压互感器测得注入电流在故障线路形成的电压降，通过故障线路的零序电流互感器测量得到注入到故障线路中的电流；设测量点到故障点之间的距离即故障距离为1，基于线路的分布参数模型和长线方程，列出测量点处注入信号电压、电流与故障点处注入信号电压、电流的关系表达式
2.根据权利要求1所述的基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法， 其特征在于所述的第一步中的信号源是频率恒定的交流正弦电流源，为了便于检测，注入信号的频率必须与电力系统固有信号的频率相区分，信号源的输出信号频率fs不能为50Hz 或50Hz的整倍数，即nX50Hz < fs < (n+1) X50Hz，η为正整数。
3.根据权利要求1所述的基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法， 其特征在于所述的第二步中的对注入信号电流的测量通过零序电流互感器完成；注入到线路中的电流信号必然会流经零序电流互感器，单相接地故障发生后，零序电流互感器的二次侧输出不仅包含50Hz工频信号及谐波信号，还包含注入信号，采用模拟滤波器和数字滤波器将注入信号分离出来。
4.根据权利要求1所述的基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法， 其特征在于所述的第三步中线路采用的是分布参数模型，模型本身已经考虑了分布电容的影响，因此具有较高的精度。
全文摘要
本发明涉及一种基于信号注入法的小电流接地系统单相接地故障测距方法，单相接地故障发生后，通过电压互感器二次侧向故障相短时注入一个恒频正弦电流信号，该电流会在故障线路上产生相应的压降，采用线路的分布参数模型，基于长线方程可写出线路首端注入信号电压、电流与故障点处注入信号电压、电流之间的关系式。另外，还可以写出故障点处注入信号电压、电流与过渡电阻的关系表达式。令过渡电阻虚部为0，求解复数方程，便可求得故障距离。本发明的优点在于采用注入信号测距，不受系统结构、运行方式和消弧线圈的影响，采用线路的分布参数模型，不受分布电容的影响，测距结果具有较高的精度，且具有良好的抗过渡电阻能力。
文档编号G01R31/08GK102288872SQ201110180569
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者丛伟, 宋志明, 张嵩, 张琳琳, 白勇, 荀堂生 申请人:山东省电力学校
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