利用暂态行波的小电流接地系统故障监测技术

利用暂态行波的小电流接地系统

故障监测技术

主要内容概述小电流接地系统故障分析利用暂态行波的小电流接地故障选线技术利用暂态行波的小电流接地系统故障定位技术利用暂态行波的小电流接地系统瞬时性故障监测技术总结1.概述小电流接地系统中性点不接地（绝缘）系统IL谐振（消弧线圈）接地系统小电流接地系统的优点主要避免接地故障跳闸，提高供电可靠性。大部分情况下，接地电弧能够熄灭，电网自动恢复正常运行。接地电流小，可防止事故进一步扩大。小电流接地系统存在的问题单相接地故障会导致非故障相电压升高，危害电网绝缘。一般情况下，单相接地引起非故障相电压升高1.732倍。接地点间歇拉电弧，线路电容反复充放电，电压升高可达3.5倍。接地电弧长期存在，可能烧坏接地点绝缘，造成相间短路故障，导致保护跳闸。小电流接地系统存在的问题（续）继电保护配置困难：故障电流微弱，接地电弧不稳定，接地故障选线的问题一直没有得到很好地解决；小电流接地故障选线难，主要难在谐振接地系统；许多供电部门仍然采用拉路法选择接地线路。供电瞬时中断，影响用户用电设备正常工作，甚至可能造成停电事故。小电流接地系统新技术消弧线圈自动调谐技术可以精确地补偿电容电流，使接地点电流尽可能的小，提高了电弧自动熄灭的几率。利用暂态行波的小电流接地故障选线保护技术利用暂态行波的小电流接地系统故障定位技术利用暂态行波的小电流接地系统瞬时性故障监测技术2.小电流接地系统故障分析2.1稳态故障分析2.2暂态故障分析2.3行波故障分析2.1稳态故障分析A相接地后,接地相电压为零,非故障相电压升高1.732倍,零序电压与故障前故障点电压大小相等，极性相反。接地点电流是正常运行时三相对地电容电流的算术和。EAECEBUB0UC0U0ABCoICIfIB中性点不接地电网零序等效网络

中性点不接地电网零序电流特征故障线路零序电流是所有非故障元件（线路）电容电流之和，方向是由故障点流向母线。非故障相零序电流等于线路本身电容电流，方向由母线流向故障。故障线路电流大于非故障线路，二者反极性。IhIf谐振接地电网零序网络

消弧线圈接地电网零序电流关系IhIfL过补偿状态下，故障线路电流方向与非故障线路一致，由母线流向故障点，幅值往往也小于非故障线路。故障线路电气量失去“唯一性”特征，这是谐振接地系统小电流接地故障选线难的根本原因。

2.2暂态故障分析暂态过程：故障相电压突然降低引起的放电电流，不经过电源流向故障点，频率在数千赫兹，衰减快；非故障相电压突然升高，引起的电容充电电流，经过电源形成回路，频率数百赫兹，衰减慢。ABCIf放电充电分析暂态过程需要使用变换矩阵是实数的模变换法实际工程中，一般使用卡伦包尔（Karenbauer）变换。模量1、2是两相导体（A、B相与A、C相）之间流动，参数与正序网络一致。模量0在三相导体与大地之间流动，参数与零序网络一致。

接地电流计算复合模网接地电流计算（零序）简化等效电路L等于2倍的线模（正序）电感，R是3倍的过渡电阻加上线模（正序）电阻。e(t)是虚拟电压源，与故障前故障点电压大小相等，方向相反。接地电阻较小时等效电路。充电过程短暂，可以忽略消弧线圈影响。故障发生在电压最大值时电流：--衰减系数--回路自由振荡频率暂态电流远大于稳态电容电流。暂态最大电流与稳态电容电流之比，可达到几倍到十几倍。暂态最大电流值与故障时电压相角有关。一般故障都发生在电压最大值附近。暂态电流值不受消弧线圈的影响。暂态接地电流特点接地电阻较大时等效电路。充电过程长，可达数十个ms，可以忽略串联电感的影响。接地电阻比较大时，零序电压缓慢上升。间歇性接地（拉弧）现象故障点往往在电压峰值时击穿，电流过零时熄弧，在电压出现另一次峰值时又击穿，可能在一段时间后消失，也有可能持续发生。小电流接地系统对接地故障续流能力差，故障点电流微弱，易出现间歇性接地故障现象。永久接地故障，由于接地电流小，也存在接地电弧不稳定现象，故障电流有效值及过渡电阻在一个周波内变化较大。间歇性瞬时性接地故障录波图间歇性瞬时性接地故障录波图暂态故障分析仿真模型110KVRfl2=6kml3=9kml4=12kml5=15kml6=20kml1=3kmZL10kVTYY0LNRLK中性点不接地和经消弧线圈接地系统仿真模型

不接地系统仿真结果（1）不接地系统故障时零模电压和各条出线零模电流

不接地系统仿真结果（2）零模电压和各出线零模电流的暂态放大图不接地系统仿真结果（3）零模电压和各出线零模电流的特征分量谐振接地系统仿真结果（1）40

50

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Time/msZerovoltage/kV40506070809010011012050050Time/msZerocurrents/A消弧线圈接地系统故障时零模电压和各条出线零模电流

谐振接地系统仿真结果（2）4850525456586010010time/msZerovoltage/KV4850525456586050050time/msZerocurrents/A故障线路健全线路零模电压和各出线零模电流的暂态放大图谐振接地系统仿真结果（3）52545658606264-50510time/msSFBofzerovoltage/KV-50050SFBofzerocurrents/A故障线路健全线路52545658606264time/ms零模电压和各出线零模电流的特征分量

过零故障仿真结果（1）经消弧线圈接地系统相电压过零故障时零模电压、电流信号过零故障仿真结果（2）零模电压和各出线零模电流的特征分量2.3行波故障分析LF行波故障分析仿真模型故障行波仿真波形3.利用暂态行波的小电流接地

故障选线技术3.1常规故障选线方法评述基于稳态工频量的方法零序电流继电器零序电容无功功率继电器零序电流幅值、相位群体比较法负序电流比较法优点：简单易行缺点：稳态电流小，灵敏度低。不能用于消弧线圈接地的系统受故障点不稳定影响基于（五次）谐波量的方法检测零序谐波电流、功率，检测故障线路。谐波量小，灵敏度低。受故障点不稳定影响有功功率法利用故障线路零序有功功率大于非故障线路且方向相反的特点选线简单，不受消弧线圈影响。有功功率含量小，受TA，TV误差影响，灵敏度得不到保证。投入中电阻法在中性点瞬间投入中电阻，使零序电流的有功分量明显加大，解决灵敏度问题。实际是将小电流接地故障转化为大电流接地故障带来的问题是使接地电流增大，加大对接地点绝缘的破坏，可能导致事故扩大。对电缆线路来说，这一问题更为突出。施工复杂、成本较高瞬时改变消弧线圈调谐度的残余电流增量法，与投入中电阻法类似。注入信号寻迹法注入225Hz信号，检测线路中信号电流，确定故障点。已在国内获得较广泛应用需向系统注入信号，构成较复杂，投资大。适用于电阻较小的稳定接地故障3.利用暂态行波的小电流接地

故障选线技术3.2暂态行波选线法暂态行波选线方法的起源1995年，山东科汇公司研制出利用暂态行波的集中式输电线路行波故障测距装置，首次提出暂态行波选线方法。2000年，山东科汇公司将暂态行波选线方法用于小电流接地系统，并在行波测距装置的基础上研制出XJ-100小电流接地故障选线装置。暂态行波选线基本原理（1）暂态行波电流幅值比较法比较同一母线所有出线暂态零模行波电流的幅值（均方根值）幅值最大者被选定为故障线路缺点：不能确定母线接地IhIfLIh暂态行波选线基本原理（2）暂态行波电流极性比较法比较同一母线所有出线暂态零模行波电流的极性与其它线路极性相反的选定为故障线路所有线路极性相同，则为母线接地用幅值比较先进行筛选，防止幅值小的健全线路的干扰作用IhIfLIh暂态行波选线基本原理（3）暂态行波电流方向法零模行波电压特征分量求导所有出线暂态零模行波电流与零模行波电压导数比较极性极性相反的选定为故障线路所有线路极性相同，则为母线接地用幅值比较先行筛选，防止幅值小线路的干扰作用u0i0du0/dti0暂态行波选线基本原理（4）暂态行波无功功率方向法零模行波电压特征分量进行Hilbert变换计算所有出线暂态零模行波电流与零模行波电压Hilbert变换之间的平均功率功率为负的选定为故障线路所有线路功率均为正，则为母线接地作用与电流方向法相同，但具有明确的物理含义暂态行波选线基本原理（5）暂态行波综合选线方法利用幅值比较，筛选出幅值较大的线路若线路数>=3，利用极性比较法选线若线路数<3，利用电流方向法选线暂态行波选线的优点优点可利用所有暂态信息，所利用信号强度大，选线可靠性高不受消弧线圈的影响，适用不接地和谐振接地系统不受故障点不稳定的影响，在弧光接地和间歇性接地故障时，选线可靠性更高。可利用瞬时性故障对线路绝缘状况提出预警信息受TA传变误差影响小安全性、适用性、便利性、经济性等方面也具有较好的表现102030405060708090-2000200Time/mSCurrents/A故障线路健全线路-101x104Voltage/V102030405060708090Time/mS零模电压行波电流信号原始波形

暂态行波选线示例（1）1618202224262830323436-2000200Time/mSCurrents/A故障线路健全线路各出线零模特征行波电流

暂态行波选线示例（2）-8-404x109d(t)故障线路健全线路1618202224262830323436Time/mS各出线特征行波电流流向-15-10-505x105ReactivePower/var故障线路健全线路1618202224262830323436Time/mS各出线容性瞬时无功功率

暂态行波选线示例（3）3.利用暂态行波的小电流接地

故障选线技术3.3暂态行波选线关键技术暂态行波传变技术1）电磁式电压互感器（TV）ua，ub，uc，3u02）电磁式电流互感器（TA）ia,ib,ic,3i0高速行波采集技术CPU高速数据采集电路双RAM切换控制电路nP采样序号采样值1触发时刻nP循环采样nP为触发前的采样数据个数行波特征提取技术1）小波变换2）Hilbert变换3.利用暂态行波的小电流接地

故障选线技术3.4XJ-100小电流接地故障选线及监测系统系统结构选线装置采集故障信息、选择故障线路、上报选线结果。分析机主要用于存储、统计、分析数据直流电源单元CPUMenu+EEPROMXJ-100小电流接地故障选线装置控制单元中央处理单元信号采集单元DAURUNI/OGPSPOWER5V+12V-12V24V科汇电气KeHuiElectricDAURUNDAURUNDAURUNDAURUN数据采集、选线装置

安装在现场的XJ-100小电流接地故障监测系统

系统主要功能选择故障线路选择故障相利用瞬时性故障对线路绝缘状态监测提供有益信息历史故障数据统计主要技术特点利用故障产生的暂态信号，检测可靠性和灵敏度高剔除了暂态信号中不支持选线要求的分量，原理更先进不受消弧线圈影响，可适用于不接地/消弧线圈接地不受不稳定电弧影响，弧光接地或间歇性接地时检测更可靠不受系统规模和线路结构变化影响，适用配网自动化要求采用普通电压电流互感器，不需要安装专用耦合设备和其他高压设备选线结果可以多种方式上报调度或控制中心可对瞬时性故障分析统计，利用其对线路绝缘状况监测提供有益信息不需要增加任何一次设备，安全性高记录故障波形，便于事后分析主要技术指标选线结果正确率>95%监视的出线数：每套系统可监测4段母线共32路出线（可扩充至4段母线共64路出线）故障数据掉电不丢失系统可存储最大数据容量：仅受硬盘容量限制数据上传接口：支持串口、Modem和网卡数据上传规约：支持I