配网故障选线与自动定位系统

3、技术特点：
• • • • • • 电源方案：PT取电、低压侧电源、太阳能等多种方案 通信方案：常用的为光纤、VPN专网、 GPRS公网等 信号获取：PT、三相CT、零序CT、专用离线传感器等多种形式 站端设备：FTU（硬件采用高速DSP+主CPU双核主板等） 站内设备：暂态原理的选线系统，准确率95%以上 主站软件：多种判据区段定位
C B A
EA U
C0
U U0 B0 o EB
EC
5、小电流接地故障暂态特征
• 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。
u0 Leabharlann Baidu0
二、暂态选线技术的可靠性
– 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； – 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。
4、小电流接地故障稳态特征
• A相接地后,接地相电压为零,非故障相电压升高1.73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。 • 中性点不接地系统：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。 • 谐振接地系统：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。
指小电流接地系统（中性点非有效接地系统）的单相接地故障。
3、小电流接地系统存在的问题
• 非故障相电压升高，危害电网绝缘。
– 正常情况下，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。 • 继电保护配置困难：

u 0 ( ) t

d dt
式中： u 0 ( t )



u 0 ( ) t

d
为电压 u 的Hilbert变换。
0
暂态无功功率可表示为：
u0 (t )
滤波 特征分量 Hilbert 平均
Q0 0
i 0 (t )
滤波
特征分量
对于故障线路故障点到母线区段上的检测点，Q 0 ； Q 对于健全线路和故障线路故障点至负荷段检测点， 0 。
2、配电网接地故障的处理
• 故障发生瞬间，故障线路的开断和清除 • 故障区段隔离和非故障区域恢复供电 • 故障点定位和巡查检修
3、智能电网的主要特征之一----自愈
故障隔离是智能电网自愈特征的主要表现形式。
四、故障定位原理
1、已有故障定位方法
• 基于阻抗原理的测距方法 ：不适合配网 • 行波法 ：不适合分支多、线路短 • 注入法：不能检测瞬时故障，信号弱、接地电阻大时影响结果
3、利用暂态特征分量的新方法
确定被利用信号频带范围（SFB），中性点不接地系统为0-ωh ；消 弧线圈接地系统为 ωL –ωh。 • 暂态电流幅值比较法 • 暂态零序电流极性比较法 • 暂态容性无功功率方向方法
三、故障定位的必要性和可行性
1、配电网的接地故障检测
• • • • 接地故障有无的判断 接地线路的检测判断 接地线路故障区段定位 接地线路故障点定位
路由器 服务器
公共通道或者综自转发
变电站安装屏
公共通道或者VPN专用通道
通 信 通 道 层
控制主机
XJ100小电流接 地选线装置
FTU 电压电 流接入
核 心 设 备 层
站内PT 站内零序CT
杆上传感设备
传 感 设 备 层
2、技术原理
• 发生故障时，站内选线装置采集母线处的零序电压与各出线的暂态零 模电流，利用幅值、极性、功率方向等方法确定故障线路，并将其通 过通信网络上报定位主站。 • FTU根据故障时分别产生的电压、电流信号的特征，计算故障方向， 并将故障信息通过通信网络上报至自动定位系统主站。 • 定位主站根据站内选线设备的结果先确定故障线路，再根据站端设备 上报的结果确定故障所在区段。
1、传统的暂态选线方法----首半波法
• • • • 1950年代国外提出零序电压电流初始极性比较法 1970年代国内研制出首半波法的接地保护装置 极性正确时间短，受电网参数、短路相角影响。 受当时技术条件限制，处理方法简单。
u0
i0
2、现代暂态选线方法
• 计算机、微电子技术的发展，为开发暂态电气量选线新技术创造了条 件。 • 行波测距技术已在输电线路中应用，获得了极大成功，充分地体现出 了暂态继电保护的生命力 • 自上世纪90年代起，利用暂态电气量的选线法又引起了人们的重视。 • 已提出多种暂态选线方法 • 已开发出新型暂态法选线装置，实际故障选线效果良好。
母线
D
k
i0k C 0 k1 i0f U0 f
i0l C 0k2
i0N C 0N
DN
SFB频段内的零模网络等效图
定义暂态无功功率为电压信号的Hilbert变换与电流信号在暂态时段内 的平均功率[7]，即：
Q0
1 T

1
T
^
0
i 0 ( t ) u 0 ( t ) dt

T

T
0
i0 ( t )
谢谢！
0 0
利用该特征即可确定故障区段。
利用FTU实现小电流接地故障定位如下图所示。
7 2 变 电 站 1 3 5 6 F 8
4
Q0 0
Q0 0
五、利用FTU故障定位的解决方案
供电公司侧
1、系统结构：
调度主站电脑 服务器
防火墙
网络设备
上 一 级 调 度 端
变电站侧
户外侧
主站电脑 打印机
主 站 层
2、需要一种能适应配电线路的定位方法
• • • • 能适应配电线路短、分支多、结构复杂的特点 能适用于经消弧线圈接地 能检测瞬时故障 不受不稳定电弧和间歇性电弧的影响
3、暂态无功功率定位原理
选取所有线路成容性的低频段为SFB频段，在该频段内，所有线路可 等效为电容，零模网络等效电路如图所示。
i01 C 01 D1
配电网故障选线与自动定位系统
2010.10.22
主要内容
• • • • • 小电流接地故障的信号特征 暂态选线技术的可靠性 故障定位的必要性与可行性 故障定位原理 利用FTU故障定位的解决方案
一、小电流接地故障的信号特征
1、小电流接地系统
中性点不接地系统；中性点经消弧线圈接地系统。
2、小电流接地故障