单相接地故障选线的装置

目录0 引言 (1)1 绪论 (3)1.1 小电流接地系统研究现状 (3)1.2 小电流接地系统研究的意义 (5)2 小电流接地系统单相接地故障分析 (7)2.1 概述 (7)2.2 小电流接地系统不同接地方式的比较 (9)2.2.1 中性点不接地方式 (9)2.2.2 中性点经消弧线圈接地方式 (10)2.2.3 中性点经电阻接地方式 (10)2.3 小电流接地系统不同接地方式的故障分析 (11)2.3.1 中性点不接地方式的故障分析 (11)2.3.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障分析 (17)2.3.3 中性点经电阻接地系统单相接地故障分析 (21)3 小电流单相接地故障选线算法 (25)3.1 选线算法综述 (25)3.1.1 零序电流比幅算法 (25)3.1.2 群体比幅比相算法 (26)3.1.3 无功功率算法 (27)3.1.4 五次谐波分量算法 (27)3.1.5 有功分量算法 (28)3.1.6 小波算法 (28)3.1.7 能量函数法 (29)3.1.8 信号注入法 (31)3.2 选线影响因素分析 (31)3.3 综合选线算法 (32)3.4 连续选线算法 (34)4 小电流接地选线装置的硬件设计 (36)4.1 CPU模块 (37)4.2 信号采集模块 (39)4.3 A/D转换模块 (40)4.4 存储空间扩展模块 (45)4.4.1 SRAM的扩展 (45)4.4.2 FLASH 芯片的扩展 (48)4.5 人机对话模块 (49)4.6 通信系统 (52)4.7 硬件抗干扰设计 (54)5 小电流接地选线装置的软件设计 (54)5.1 软件框架设计 (55)5.1.1 控制层软件设计 (56)5.1.2 应用层软件设计 (66)5.1.3 各任务之间的切换关系 (68)5.2 软件抗干扰技术的应用 (69)6 经济技术分析 (71)7 结论 (72)致谢 (73)参考文献 (75)附录A 译文 (76)附录B 外文文献 (81)0 引言电力系统中性点接地方式可划分为两大类：大电流接地方式和小电流接地方式。

中低压配电网单相接地故障选线摘要：为了改正当前小电流接地系统单相接地故障选线装置准确率不高的缺点，作者提出了与零序电压和零序电流极性无关的新的零序电流有功分量比幅选线方法。

关键词：配电网；单相接地故障；有功分量；故障选线；电力系统1 引言我国的小电流接地系统普遍采用中性点非有效接地方式，包括中性点不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地等形式。

单相接地是小电流接地系统中发生几率较高的一种故障，由于单相接地故障电流仅为系统分布电容电流或经消弧线圈补偿后的残余电流，所以单相接地故障的检测一直是继电保护中难以解决的问题。

多年来，尽管已提出多种基于故障零序稳态量和暂态量的选线方法，并有多种选线装置应用于实际系统中，但选线的准确率仍然不高[1]。

注入法方法[2]在一定程度上改善了选线装置的动作正确率，但由于注入信号微弱及受过渡电阻和分布电容的影响，也没能达到理想的选线准确率。

小电流接地系统单相接地故障选线原理已经比较成熟，如中性点不接地系统利用了零序电流的稳态和暂态无功分量法以及能量法[3,4]；中性点经消弧线圈接地系统利用了零序电流的五次谐波法、有功分量方向法、暂态无功方向法及能量法[5-9]；也有研究者使用系统的零序导纳[10]、阻尼率[11]和负序电流[12]等物理量进行故障选线。

基于多种故障特征的综合型选线方案 [13,14]、基于外加诊断信号的注入法[2,15]以及新兴的小波变换等数字信号处理方法也已应用于选线装置中。

造成单相接地故障选线准确率低的原因，除了装置工作环境噪声污染严重外，一个重要的原因就是一些装置的安装需要考虑电压互感器或电流互感器的极性，一旦极性接错，就得不到正确的选线结果。

文献[6] 利用零序电流的有功功率方向，以零序电压作为参考矢量，比较故障线路的零序电流与零序电压的相位和非故障线路与零序电压的相位关系进行选线，但若电压互感器的极性接反或有的电流互感器的极性接反将不能正确地确定故障线路。

专利名称：一种单相接地故障选线装置以及方法专利类型：发明专利
发明人：刘冠中,冯登,张亚伟,袁佳歆,李响,张哲维申请号：CN201710760048.6
申请日：20170828
公开号：CN108872779A
公开日：
20181123
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及小电流接地配电网的单相接地故障选线领域，提供了一种单相接地故障选线装置以及方法，通过零序电压测量元件监测到配电网产生的零序电压达到基准电压时，启动各零序电流测量元件，通过零序电流测量元件对配电网中安装有零序电流传感器的线路的零序电流进行测量，控制器将测得的零序电流进行比较，根据比较结果进行故障选线以及故障处理。

本发明提供的单相接地故障选线装置以及方法可以有效解决发电机定子接地保护器误动作问题，增加故障选线准确性，减少发电机维护检修成本，增加配电网供电可靠性。

申请人：武汉都市环保工程技术股份有限公司,武汉大学
地址：430205 湖北省武汉市东湖高新区CCEPC工业园流芳路59号
国籍：CN
代理机构：北京汇泽知识产权代理有限公司
代理人：张涛
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KA2003-DH型小电流接地系统单相接地故障选线装置1. 概述小电流接地系统是指中性点不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地方式的电力系统，国内大部分66kV及以下电网都采用这种接地方式。

它的主要缺点是在发生单相接地故障时无法迅速确认问题出在哪一条线路上。

80年代后期，华北电力大学杨以涵教授首先提出了群体比幅比相选线技术，并研制出了国内第一台选线装置。

我公司与华北电力大学共同研制生产的“KA2003系列小电流接地电网单相接地故障选线装置”，是华北电力大学杨以涵教授“小电流接地选线课题组”近二十年来的技术积淀与结晶。

该成果已通过国家电力公司组织的鉴定，选线装置已获得实用新型专利，并已申报国家发明专利。

2. 装置构成1．选线装置采用高速ARM芯片，机身为标准4U机箱。

2.装置由底板、主板、PT/CT板、开关量输出板、交直流电源、金属机箱等组成。

3.前板配有5.7’TFT LCD大屏幕、功能按键。

底板、主板、电源适用于工业环境，低功耗，可靠性高。

4.选线装置配备看门狗电路，确保装置连续稳定运行。

3. 装置工作原理采用6种方法和2种技术进行故障选线：1)采用6种选线方法：智能群体比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法、零序电流突变量选线方法。

2)采用2种技术：有效域技术、连续选线技术4、产品技术特点1)装置具备跳闸功能，大容量触点可以直接接入跳闸回路，实现选线后的故障切除。

也可与自动重合闸结合，实现选线后的自动消弧和进一步确认(可选功能)。

2)装置具备消谐功能，能够消除1/3分频、1/2分频、基频、3倍频、5倍频的铁磁谐振(可选功能)。

3)适用于中性点不接地、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地和经高阻接地等接地方式。

4)装置能准确识别直接接地、经电阻接地、经弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障类型。

5)选线装置具有自检功能，死机自恢复功能。

6)装置具有故障录波功能，可以提供故障前后的波形。

KA2003小电流接地电网单相接地故障选线装置使用说明书北京丹华昊博电力科技有限公司KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置产 品 说 明一概述小电流接地系统是指中性点不接地以及经消弧线圈接地或高阻接地方式的电力系统，国内大部分66kV及以下电网都采用这种接地方式。

它的主要缺点是在发生单相接地故障时无法迅速确认问题出在哪一条线路上。

由于这种故障引起的相电压升高对系统的绝缘性能构成很大威胁，必须迅速查出故障线路并加以排除。

80年代后期，华北电力大学杨以涵教授首先提出了群体比幅比相选线技术，并研制出了国内第一台选线装置。

第一代选线产品在90年代前期曾在国内得到过广泛地推广应用。

但是，由于早期选线理论和技术上的局限，第一代产品的灵敏度和准确率都不高，根据抽样统计，至90年代后期有85%以上的在线产品都相继退出了运行。

1999年底国家电力公司、国家经贸委和中国电力企业联合会联合召开会议，共同起草了小电流接地选线装置技术标准，并且共同确认了进一步研究选线技术在未来电网发展中的重要意义。

北京丹华昊博电力科技有限公司是华北电力大学（北京）和辽宁省电力有限公司共同投资创建的高新技术企业。

北京丹华昊博电力科技有限公司研制生产的“KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置”，是华北电力大学杨以涵教授“小电流接地选线课题组”近二十年来的技术积淀与结晶。

该成果已通过国家电力公司组织的鉴定，选线装置已获得实用新型专利，并已申报国家发明专利。

“KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置”克服了第一代小电流选线产品存在的选线判据不充分，选线手段单一，不能适应各种复杂的接地故障类型和测量信号数据处理手段简单，不能从微弱的信号中准确提取出有用信息等诸多影响选线准确率的问题，将各种选线判据有机地集成为充分判据，并与多种数据处理算法和各种选线方法融为一体。

构成了各种判据有效域优势互补，能适应变化多端的单相接地故障形态的多层次全方位的智能化选线系统。

小电流接地系统单相接地选线装置的原理1接地系统分析我国的供用电系统分为：“大电流系统”和“小电流系统”。

“小电流系统”是指中性点不接地或经高阻接地的系统，我国66kV以下多采用这一系统。

这样的系统发生单相接地后接地电流小，A、B、C三相相位不变，现场设备可以持续运行一段时间(规程要求2小时以内)，这样就增加了供电的可靠性。

但是为了使故障迅速消除降低故障面，就必须及时找到并切除故障线路。

上世纪50年代末60年代初我国第一台小电流系统接地选线装置研制成功，至今小电流选线设备已经走过了几十年的历程。

但现场运行结果表明，装置的选线效果并不理想，有些厂家的装置因为效果不佳饱受非议。

有大批的电力工作者致力于提高选线准确率的研究。

2各种选线原理分析及失败原因。

目前现场应用的主要有稳态分量法、谐波分量法、暂态法、接地选线和消弧线圈一体化发等四种原理的接地选线装置。

2.1稳态分量法稳态分量法，又分为零序电流比伏法，零序电流比相法，以及群体比伏比相法。

这种方法利用故障微机线路保护装置的零序电流在数值上等于非故障线路零序电流之和，即故障线路的零序电流最大。

这样就通过比较线路零序电流的幅值找出故障线路。

这种方法是一种实验室内理想的方法，对于现场当中各条线路有长有短，各条出线的负载不平衡，所用TA也不是完全平衡，这样就造成零序电流最大的线路不一定都是故障线路。

基于以上几点大家除了进行幅值比较外又加上了相位比较，因为故障解列装置和非故障线路相位是相反的，这样就弥补了出线不平衡的影响。

提高了选线的正确率。

但从装置内部来讲大家对故障量的采样一般都是循环采集，就是分几次采集才把所有的出线的计算数据采集完毕，这样存在着一个弊端就是没有在同一时刻完全采集所有出线的故障量，就容易出现误判，这种方法也不适用于有消弧线圈的系统。

2.2谐波分量法谐波分量法，又分为5次谐波大小和方向，各次谐波平方和等方法。

大家知道对于有消弧线圈的系统由于完全补偿或过补偿的原因，选线装置．微机消谐装置误判率偏高。

新型单相接地故障选线装置的功能要求
新型单相接地故障选线装置（以下简称“选线装置”）的功能要
求包括：1. 快速及便捷地进行接地故障处理；2. 改善接地故障处理
的安全性；3. 减少操作人员的工作量；4. 降低接地故障处理的成本。

首先，要满足以上功能要求，选线装置需能够快速及便捷地进行
接地故障处理，并且具备准确可靠的接地线选择能力，能够根据故障
地点、负荷特性、电压等因素，综合考虑避免过载及降低影响范围等
原则，从接地线中按序依次选取相应的接地线，从而快速有效的解决
接地故障。

其次，新型选线装置需要改善接地故障处理的安全性。

这一要求
要求该装置有足够的安全性保护功能，以防止在故障时的意外发生和
触电伤害的发生，因此选线装置应具有良好的绝缘性能及良好的电气
性能，使其具备安全可靠的排放能力。

此外，新型选线装置还要求对操作者有明显的操作简便性，减少
操作者的工作量，在使用选线装置进行接地故障处理的过程中，操作
者可通过视觉操作、声控操作等方式，快速准确的操作选线装置，达
到事半功倍的效果，进一步降低接地故障处理的成本。

总之，新型单相接地故障选线装置的功能要求涵盖快速及便捷地
进行接地故障处理、改善接地故障处理的安全性、减少操作人员的工
作量及降低接地故障处理的成本等方面。

10kV配电线路单相接地的故障及如何处理电力系统可分为大电流接地系统（包括直接接地、经电抗接地和低阻接地）、小电流接地系统（包括高阻接地，消弧线圈接地和不接地）。

我国3～66 kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，即为小电流接地系统。

在小电流接地系统中，单相接地是一种常见故障。

10 kV配电线路在实际运行中，经常发生单相接地故障，特别是在雨季、大风和雪等恶劣天气条件下，单相接地故障更是频繁发生，单相接地故障更为频繁。

发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2 h，这也是小电流接地系统的最大优点；但是，若发生单相接地故障后电网长时间运行，会严重影响变电设备和配电网的安全经济运行。

1、单相接地故障的特征及检测装置1）单相接地故障的特征中央信号：警铃响，“某千伏某段母线接地”光字牌亮，中性点经消弧线圈接地系统，还有“消弧线圈动作”光字牌亮；绝缘监察电压表指示：故障相电压降低（不完全接地）或为零（完全接地），另两相电压升高，大于相电压（不完全接地）或等于线电压（完全接地），稳定性接地时电压表指针无摆动，若电压表不停地摆动，则为间歇性接地；中性点经消弧线圈接地系统，装有中性点位移电压表时，可看到有一定指示（不完全接地）或指示为相电压值（完全接地时）消弧线圈的接地报警灯亮；发生弧光接地时，产生过电压，非故障相电压很高，电压互感器高压保险可能熔断，甚至可能烧坏电压互感器。

2）真假接地的判断电压互感器一相高压熔断器熔断，发出接地信号。

发生接地故障时，故障相对地电压降低，另两相升高，线电压不变。

而高压熔断器一相熔断时，对地电压一相降低，另两相不会升高，线电压则会降低。

用变压器对空载母线充电时，断路器三相合闸不同期，三相对地电容不平衡，使中性点位移，三相电压不对称，发出接地信号。

这种情况只在操作时发生，只要检查母线及连接设备无异常，即可以判定，投入一条线路或投入一台所用变压器，即可消失。