[发明专利]一种小电流接地故障检测与定位的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于输变电技术领域，特别涉及一种小电流接地故障检测与定位的装置及方法。

背景技术

我国配电网中66kV和35kV电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式，3kV~10kV电网则以中性点不接地方式为主，个别地区如上海以及北京、广州等部分城市电网采用小电阻接地方式。这种系统发生单相接地故障(一般占70％以上)时，由于故障点的电流很小，电弧不稳定等原因，接地选线问题一直都没有得到很好的解决。目前国内流行的五种选线方法有功率方向方法、谐波分析法(即群体比幅比相法)五次谐波法、信号注入法与小波方法。

(1)功率方向法：根据故障线路的有功分量比非故障线路的有功分量大而且方向相反，判断每条线路零序电流的功率方向来确定故障线路。但是，故障电流中有功分量也很小，易受零序电流过滤器中不平衡电流等因素的影响，这种方法从原理上讲达不到100％的准确率，可能出现一条线路接地，却判断出多条线路接地或一条都判断不出的结果。

(2)谐波分析法：谐波分析法采用单相接地后零序稳态信号的群体比幅比相法，由于比幅比相时，采用的是相对原理，在不接地系统中，这种方法的应用效果较好，但是在消弧线圈接地系统中由于消弧线圈的补偿作用，选线法则会失效，而且对于CT不平衡导致的零序电流，这种方法也不能有效解决。

(3)五次谐波法：在消弧线圈接地系统中对于五次谐波分量，依然可以近似看成故障线路的电流大小等于所有非故障线路的电流之和，方向与非故障线路的电流方向相反。五次谐波法解决了中性点经消弧线圈系统的故障选线问题，它的一个不足是故障电流中五次谐波含量仅占基波的1/10左右，在有过渡电阻接地的情况下数值就会更小，易造成误判。

(4)信号注入法：虽然接线简单，不需零序CT回路，但由于注入信号大小及方法的限制一般主要用于10KV及以下电压等级的系统。另外，探头的灵敏度和可靠性易受各种外界因素影响，而且对综合自动化系统及无人值守的变电站的使用有些不便。

(5)小波方法：其理论依据是由于电网中绝缘被击穿而引起的接地故障经常发生在相电压接近于最大值的瞬间，因此，可以将故障后的暂态容性电流看成是由于故障相电压突然降低而引起的放电电容电流和由于非故障相电压突然升高而引起的充电电容电流二者之和，故障线路中暂态电流则是其它各线路电流之和，在变化方向上，非故障线路暂态电流与故障线路暂态电流的变化相反。依据这两点就可以作为故障线路判断的标准。小波法的缺点是暂态过程持续时间较短，而且无法重现，一般情况下一个周波之后就衰减到很小的值，因此必须能够捕获暂态信息并做出正确判断。

由于配电网结构复杂，单相接地故障又具有多样性，可利用的故障电流通常很小，相对信噪比很低，再加上测量环节精度的限制，因此现有的选线装置不能很好地满足实际需要。总体来说，小电流故障情况同大电流故障情况不同。大电流短路情况特征明显，量值很大，故障状态与正常状态界限分明；而小电流接地情况则不同，故障量非常小，故障状态与正常状态界限不分明，特征不明显，而且故障状态的范围非常大，接地电阻可能很大，也可能很小。此外，我们认为国内的小电流接地选线装置还存在以下问题：如硬件电路设计上存在着严重的先天不足导致了装置的运行可靠性很低；现场安装接线问题；带消弧线圈的系统其选线困难更大，易误判；当前市场上的该类产品良莠不齐等。

综合以上分析可知，目前国内在该领域仍然处于研究阶段，对于小电流选线与定位装置还没有公认有效的产品，但是电力企业对于该项功能的需求却非常迫切。

发明内容

针对现有技术，本发明提供一种小电流接地的故障检测与定位装置及方法。本装置的检测方法除了采用应用小波变换提取故障暂态信息的选线方法外，还采用谐波分析法、能量法等；并且结合模糊自适应推理的故障检测方法以及基于粗糙集理论的有效域确定方法。(本发明中DSP是数字信号处理器的简称，ARM是ARM微处理器的简称。)本发明为国家高技术研究发展计划(“863”计划)课题成果。

小电流接地故障选线装置需要完成的任务依次是：CPU模块采集母线的零序电压及各线路的零序电流的模拟信号，按适当比例调节其大小使之成为装置能处理的幅值范围，将其转换为计算模块能够识别的数字信号，DSP依据一定的算法原理分析信号判断是否发生故障。若发生故障给出选线结果，保存故障信息，并将选线结果传送给上位机进行故障报警。