短路单相接地故障检测技术-090610[1]

接地时系统暂态信号
接地时暂态信号特征-基于单相接地故障一般发生
在相电压接近最大值瞬间这一假设(绝缘击穿)
1.在接地故障的瞬间，接地点出现一个频率很高、幅值 很大的暂态电流，暂态电流分量的幅值比流过同一点 的电容电流的稳态值大几倍到几十倍。
2.在接地瞬间故障相电容电荷通过故障相线路向故障 点放电，而故障线路分布电容、分布电感和电阻使其 呈现为一个衰减的振荡波形。 3.由于所有非故障线路的暂态电流均流向故障线路， 经故障点回到大地，导致故障线路从变电站到故障点 之间的暂态电流幅值最大。
* 只适合于分支
理论上5次谐波在单相接地时有非常明显的变化 ，实际中5次谐波电流在接地前后的变化进行的录波 发现：单相接地后故障出线的故障相5次谐波电流增 加的比例为46.65%，5次谐波电流几乎没有变化的比 例为41.6%，而反而减少的比例为11.75%
可以看出，实际线路中5次谐波的变化很难用来 准确的检测单相接地故障，
◆手持式零序电流检测（EFD） ◆故障相高频注入法 ◆故障指示器法
基于故障指示器检测单相接地故障的方法
1.无源法——被动式检测 五次谐波法 电容电流脉冲幅值法 首半波法 零序电流法（只适合于电缆和无消弧线圈的系统） 2.有源法——主动式检测
信号注入法
5次谐波法
单相接地故障发生后：
1.系统中的非线性元件（如铁磁元件等）会有大量谐波分
故障自动定位系统
问题的提出
• 短路单相接地故障指示器技术成熟 • 电缆型故障指示器的现场观察比较困难 • 对于长距离和地形复杂的线路故障查找比较困 难 • 瞬时性短路故障不能被记录下来供以后查询事 故隐患 • 线路分段开关下方短路故障不能被及时发现予 以处理 • 智能化配电网的组成部分
系统原理示意图
首半波法的优缺点
优点：采用接地脉冲特征判断，不需要设定阈值，适
用范围更广
缺点：安装使用有方向性要求，对于环网供电，当线 路倒负荷后，原来的方向就错了,而且采用模拟电路从 负荷电流中提取放电脉冲的可靠性受温度的影响很大 ，同时雷击过程的复杂电磁暂态过程易使其误动
信号注入法
单相接地检测新技术
---不对称电流法
接地时暂态信号特征(续)
4。在故障段(线)，电压的 正半周时电容电流的首半 波脉冲呈负脉冲，在电压 负半周时呈正脉冲 5。在非故障线路和故障线 路的非故障段，正好相反 ，即电压的正半周时电容 电流的首半波脉冲呈正脉 冲，在电压负半周时呈负 脉冲
电容脉冲幅值法
在变电站接地选线中，可以采集所有出线的暂 态电容电流幅值进行比较，幅值最大的就是接地故 障线路。而在故障指示器中使用该原理时，由于无 法测到其它线路的暂态电容电流幅值，因此无法比 较，所以目前这些厂家均设定一个固定的阈值，当 电容电流脉冲的幅值大于该阈值时(同时对地电压下 降3kV)，则认为发生接地故障，翻牌显示。
——可以
单相接地Fra Baidu bibliotek障检测
配电系统中性点接地形式 1.不接地系统 2.经消弧线圈接地系统 3.大电阻接地系统 4.小电阻接地系统
单相接地故障检测
国内外单相接地故障检测技术现状 ——变电站选线
◆零序有功电流分量和功率方向法
◆谐波电流 ◆负序电流法
◆暂态信号分析法（小波分析）
……
单相接地故障检测
国内外单相接地故障检测技术现状 ——配网故障定位
数据转发站
• • • • • 接收探头发射的故障信息调制的无线信号并进行解调 对解调后的信号进行解密计算并判断是否正确 将故障信息以短消息的方式发送给主站系统 采用线路取能和锂后备电池相结合供电方式 微功耗设计，无电情况下可以工作6年以上
GSM网关
• • • • • • 通过GSM接收数据转发站发送的故障信息 对收集信息进行分类处理 判断故障信息是否收集完全 对故障信息进行存盘和显示 向主站汇报故障信息 转发故障信息
2. 一次和二次之间采用光纤连接，系统更加可靠。
3. 不对称电流法产生的信号只有半波，对系统的冲击更 小
单相接地故障检测
指示器安装地点
□ 变电站或开闭站出口 处，判断接地故障在站内、站外 □ 主干线路和支干线处，指示接地故障所在区段 □ 电缆与架空线路连接处，指示接地故障是否在电缆段 □ 架空线、 环网柜、电缆分支箱等分支处，定位到分支 □ 开关柜母排上，判断母线接地故障 □ 用于高压进线处，判断用户接地故障
查询和统计
配电网故障处理系统
系统构成
• • • • • 故障检测装置 不对称电流源（*） 微功耗保护监控单元（uPFTU） GSM/GPRS网关 监控主站
单相接地故障解决方案（一）
• 指示器检测单相接地 • 控制器根据指示器的检测结果进行处理
• 适合于主干和分支
单相接地故障解决方案（二）
配电线路故障定位系统介绍
2009年5月
故障指示器的作用
短路故障检测原理
1.线路带电运行了一段时间 2.Is>k*If 且 Is>120A 3. 40ms<Ts<2S 4.线路停电
Ts
Is
If
停电
检测短路故障几个主要的技术指标
正常工作时需要的最小负载电流
——0安培
电流突变的最小值
——120A
是否适合在同竿架设的线路中使用
电容脉冲幅值法缺点
1.阈值选择很困难---脉冲幅值大小与接地电阻、系 统对地等效电容、线路等效电感、接地位置离变电 站远近等有关系 2.平均阈值无法满足形式多样的配网线路，致使其 检测准确度低
首半波法
根据特征的第4和5条，采样接地瞬间的电容电流首 半波与电压波形，比较其相位。当采样接地瞬间的电容 电流首半波与接地瞬间的电压相位满足一定关系时，同 时导线对地电压降低，则判断线路发生接地故障。
故障指示器
采用高性能微功耗单片机作为核心 处理单元 高速A/D采样 小波变换提取信号特征 翻拍、闪灯作为报警指示
不对称电流源安装在户内
未动作故障指示器
动作故障指示器
不对称电流源安装在户外
不对称电流源户外安装图
不对称电流源的特点
1. 采用电子PT取代常规电压互感器，减少了系统与原来 老系统的连接部分，简化了系统接线，增加了安全性
量产生。 2. 放电或故障点燃弧导致大量谐波电流产生。 3. 由于消弧线圈的存在，所以接地电流中基本不包含3次 谐波与3次谐波的整倍数的高次谐波，这样在发生单相故障时 高次谐波中5次谐波分量就较大。
原理：检测线路电流的5次谐波的变化情况，当5次谐波突然增 大，同时系统电压下降，则判断为发生接地故障
5次谐波法的缺点
不对称电流法原理
A B C
A
B
C
1.无消弧线圈时， 每段母线安装一台 2.有消弧线圈时， 整个变电站安装一 台
D R
……
有消弧线圈时的原理
单相接地故障检测
（1） 单相接地故障后，中性点会出现偏移 电压U0 （2） U0＞30%Uφ T ＞ T0（可整定）
或准电子PT检测到有单相接地发生
（3）不对称电流源装置自动短时投入
GSM网关
• 采用32位高性能微处理器,主频88MHz • uC/OS-II实时嵌入式多任务操作系统，使系统具有较 强的信息处理能力和事件响应能力 ， • 1个光隔离串口,一个10M以太网口，便于与其他系统 互连 • GSM通信盒 • 具有两级软硬件看门狗，确保系统工作稳定
主站
集GIS（地理信息系统）和MIS（管理信息系统）于 一体，它既可用来实时监测配电网络状态和故障，并 自动确定故障位置，便于电路的维护和事故抢修，又 可用来对配电网设施进行管理，便于设施信息的录入、
调度 中心
FI
FI DT FI
监控 主站
GSM 网关
DT
FI
DT FI FI FI DT FI FI
不对称电流源
系统构成
• • • • •
故障检测装置 不对称电流源 数据转发站 GSM网关 监控主站
故障检测装置
• • • • • • 探测短路和接地信号 利用翻牌给出故障指示 利用无线信号传输故障信息 无线发射频率2.4GHz 66位加密码，有效防止误动 工作温度：-45º C~85º C