CN102780211B - 配电线路单相接地行波保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电线路单相接地行波保护方法，包括：步骤102，分别获取频率范围为0~100KHz的故障零模初始电流行波和频率范围为0~100KHz的故障零模初始电压行波，比较故障零模初始电流行波和故障零模初始电压行波的波头极性，在两者极性相反的情况下，第一判据成立；步骤104，在第一判据成立的情况下，获取三相电流幅值和零序电压幅值，如果零序电压幅值大于第一整定值，同时三相电流幅值均小于第二整定值，则第二判据成立；步骤106，在第一判据和第二判据均成立的情况下，判定为发生单相接地故障，并给出跳闸信号或报警信号。通过本发明的技术方案，在配电线路中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，能够准确而快速的检测出故障，并做出可靠的保护动作。

Description

配电线路单相接地行波保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制技术，具体的，涉及一种配电线路单相接地行波保护方法。

背景技术

在电力系统不断发展的100多年的历程中，中性点非有效接地系统单相接地保护问题一直困扰着国内外学者。由于该系统发生单相接地故障时，只能通过对地电容构成回路，故障电流非常小。给保护构成带来了极大的困难。

传统的方法主要集中在进一步发掘故障后稳态电流的故障信息，并提出了如选跳法、零序无功功率法、零序导纳法、负序电流法，针对谐振接地系统提出了零序有功功率法，五次谐波法等。但是限于故障特征不明显，现场运行证明其可靠性和灵敏性都无法得到有效保证。随后，有学者提出稳态信号不明显的情况下，人为制造一个信号，即注入信号法。该思路自上个世纪20年代被提出来，学者们始终探索不同的注入信号的手段，但大多数方法需要对一次系统进行改造，实施较为困难，因此也鲜有关于注入信号法在现场实际应用的报道。利用故障后的暂态信息构成保护是一个重要的探索，其尝试通过一个全新的时间维度观测故障信息，摆脱了稳态电流小的局限，但暂态信号的问题在于物理意义不够明晰，也很难通过数学公式给予全面的描述。

国内学者提出的比较故障线路和健全线路故障特征的接地故障选线思想和技术，后经众多学者反复改进和完善，选线正确率可达到50~70%，“选线”也成了主流的单相接地故障检测技术。但是50~70%的正选率显然不能被现场用户所接受。基于故障行波原理构成的行波选线技术进一步提高了选线的正确率，但是选线技术需要采集多路电气量信息，不符合继电保护独立配置、独立运行的原则。

由于行波属于故障后的暂态分量，不反应故障稳态过程，同时和中性点接地方式无关，因此，可能会成为解决上述问题的有效手段。实际上，上个世纪70年代，国外学者提出应用电流电压初始行波极性构成方向保护的原理，并研制了相关装置，随后，我国学者在算法构成上，也进行了进一步的探索。但上述研究主要基于高压输电网，尚无行波保护原理在配电网应用的相关报道。同时，由于高频噪声干扰、雷电波、操作波等和故障行波具有相同的特性，因此行波保护被普遍认为可靠性较低。

因此，需要一种具有高可靠性的适用于配电线路的单相接地行波保护方法，克服中性点非有效接地系统因单相接地故障现象不明显而导致传统保护方法不灵敏或者失效的缺陷，提高单相接地故障保护的灵敏性和可靠性。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种配电线路单相接地行波保护方法，在中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，能够准确而快速的检测出故障，并做出可靠动作。

有鉴于此，本发明提供了一种配电线路单相接地行波保护方法，包括：步骤102，分别获取频率范围为0~100KHz的故障零模初始电流行波和频率范围为0~100KHz的故障零模初始电压行波，比较所述故障零模初始电流行波和所述故障零模初始电压行波的波头极性，在两者极性相反的情况下，判据成立；步骤104，在步骤102所述判据成立的情况下，获取三相电流幅值和零序电压幅值，如果所述零序电压幅值大于第一整定值，同时所述三相电流幅值均小于第二整定值，判据成立；步骤106，在步骤102和步骤104所述判据均成立的情况下，保护判定为发生单相接地故障，并给出跳闸信号或报警信号。

在上述方案中，优选地，步骤102具体包括：步骤1022，直接获取所保护线路的频率范围为0~100KHz的故障零模初始电流行波，对所述故障零模初始电流行波进行二进小波变换，得到第一小波变换系数，并根据所述第一小波变换系数求取第一小波变换模极大值，利用所述第一小波变换模极大值的正负表示电流行波的极性；步骤1024，直接获取所保护线路的频率范围为0~100KHz的故障零模初始电压行波，所述故障零模初始电压行波进行二进小波变换，得到第二小波变换系数，并根据所述第二小波变换系数求取第二小波变换模极大值，利用所述第二小波变换模极大值的正负表示电压行波的极性；步骤1026，将所述第一小波变换模极大值的正负与所述第二小波变换模极大值的正负进行比较，在两者符号相反的情况下，保护启动；否则保护复归。

在上述方案中，优选地，经过所述二进小波变换后，将所述故障零模初始电流行波分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，i(n)为所述故障零模初始电流行波，为故障零模初始电流行波i(n)的小波逼近系数，为所述第一小波变换系数。

经过所述二进小波变换后，将所述故障零模初始电压行波分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，u(n)为所述故障零模初始电压行波，为故障零模初始电压行波u(n)的小波逼近系数，为所述第二小波变换系数；

在上述方案中，优选的，所述二进小波变换采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列﹛h_k﹜_k∈z，﹛g_k﹜_k∈z为：

﹛h_k﹜_k∈z=（0.125，0.375，0.375，0.125）（k=-1，0，1，2），﹛g_k﹜_k∈z=（-2，2）（k=0，1）。

在上述方案中，优选的，对于任意给定的正数ε>0，当满足|n-n₀|<ε时，对任意的n≠n₀，有成立，为所述故障零模初始电流行波进行小波变换后的模极大值；对于任意给定的正数ε＞0，当满足|n-n₀|<ε时，对任意的n≠n₀，有成立，为所述故障零模初始电压行波进行小波变换后的模极大值。

在上述方案中，优选地，步骤104具体包括：步骤1042，获取所述三相电流和所述零序电压；步骤1044，利用傅里叶变换求取所述三相电流和所述零序电压幅值；步骤1046，分别将所述三相电流幅值及所述零序电压幅值和人工设定的保护整定值相比较，如果所述零序电压幅值大于第一整定值，同时所述三相电流幅值均小于第二整定值，则保护判为发生单相接地故障，否则保护复归。

采用根据本发明的配电线路单相接地行波保护方法，克服了配电线路中性点非有效接地系统因单相接地故障现象不明显而导致传统保护方法不灵敏或者失效的缺陷，提高了单相接地故障保护的灵敏性和可靠性。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的配电线路单相接地行波保护方法的流程图；以及

图2示出了根据本发明的实施例的配电线路单相接地行波保护构成方案。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不局限于下面公开的具体实施例。

图1示出了根据本发明的实施例的配电线路单相接地行波保护方法的流程图。

如图1所示，根据本发明的配电线路单相接地行波保护方法包括：步骤102，分别获取频率范围为0~100KHz的故障零模初始电流行波和频率范围为0~100KHz的故障零模初始电压行波，比较故障零模初始电流行波和故障零模初始电压行波的波头极性，在两者极性相反的情况下，判据成立；步骤104，在步骤102所述判据成立的情况下，获取三相电流幅值和零序电压幅值，如果零序电压幅值大于第一整定值，同时三相电流幅值均小于第二整定值，判据成立；步骤106，在步骤102和步骤104判据均成立的情况下，保护判定为发生单相接地故障，并给出跳闸信号或报警信号。

在上述方案中，步骤102具体包括：步骤1022，直接获取所保护线路的频率范围为0~100KHz的故障零模初始电流行波，对所获取的零模电流行波进行二进小波变换，得到第一小波变换系数，并根据第一小波变换系数求取第一小波变换模极大值，利用第一小波变换模极大值的正负表示电流行波的极性；步骤1024，直接获取所保护线路的频率范围为0~100KHz的故障零模初始电压行波，对所获取的零模电压行波进行二进小波变换，得到第二小波变换系数，并根据所述第二小波变换系数求取第二小波变换模极大值，利用所述第二小波变换模极大值的正负表示电压行波的极性；步骤1026，将第一小波变换模极大值的正负与第二小波变换模极大值的正负进行比较，在两者符号相反的情况下，保护启动；否则保护复归。

在上述方案中，经过所述二进小波变换后，将所述故障零模初始电流行波分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，i(n)为所述故障零模初始电流行波，为故障零模初始电流行波i(n)的小波逼近系数，为所述第一小波变换系数。

经过所述二进小波变换后，将所述故障零模初始电压行波分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，u(n)为所述故障零模初始电压行波，为故障零模初始电压行波u(n)的小波逼近系数，为所述第二小波变换系数；

在上述方案中，二进小波变换采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列﹛h_k﹜_k∈z，﹛g_k﹜_k∈z为：

﹛h_k﹜_k∈z=（0.125，0.375，0.375，0.125）（k=-1，0，1，2），﹛g_k﹜_k∈z=（-2，2）（k=0，1）。

在上述方案中，对于任意给定的正数ε>0，当满足|n-n₀|<ε时，对任意的n≠n₀，有成立，为故障零模初始电流行波进行小波变换后的模极大值；对于任意给定的正数ε>0，当满足|n-n₀|<ε时，对任意的n≠n₀，有成立，为故障零模初始电压行波进行小波变换后的的模极大值。

在上述方案中，步骤104具体包括：步骤1042，获取三相电流和零序电压；步骤1044，利用傅里叶变换求取三相电流和零序电压幅值；步骤1046，分别将三相电流幅值及零序电压幅值和人工设定的保护整定值相比较，如果零序电压幅值大于第一整定值，同时三相电流幅值均小于第二整定值，则保护判为发生单相接地故障，否则保护复归。

图2示出了根据本发明的实施例的配电线路单相接地行波保护构成方案。

如图2所示，根据本发明的配电线路单相接地行波保护构成方案，包括行波方向判据和工频判据。

在上述方案中，对获取的故障零模电流行波进行二进小波变换，并对变换后2²、2³和2⁴三个尺度的小波分量取模极大值，如果2⁴尺度的模极大值I_M0大于整定值I_Mset，同时，在2²和2³尺度的中和I_M0相对应的小波变换模极大值极性相同，且幅值随尺度增大依次增大或保持不变，则说明该模极大值对应故障行波波头，取I_M0极性作为故障零模电流初始行波初始极性。

在上述方案中，对获取的故障零模电压行波进行二进小波变换，并对变换后2²、2³和2⁴三个尺度的小波分量取模极大值，如果2⁴尺度的模极大值U_M0大于整定值U_Mset，同时，在2²、2³尺度的中和U_M0相对应的小波变换模极大值极性相同，且幅值随尺度增大依次增大或保持不变，则说明该模极大值对应故障行波波头，取U_M0极性作为故障零模电压初始行波初始极性。

在上述方案中，比较I_M0极性和U_M0极性，如果两者极性相反，则启动工频判据。

在上述方案中，在行波方向判据满足20mS后，获取零序电压和三相电流。利用傅里叶变换计算零序电压幅值U₀与三相电流幅值I_a、I_b和I_c，如果U₀大于整定值U_set，且I_a、I_b和I_c均小于整定值I_set，保护判断为发生单相接地故障，可给出跳闸信号或报警信号。

在上述方案中，U_Mset、U_set和I_set由用户进行整定，其中，根据现场噪声情况，U_Mset按照系统正常运行下可能出现的因噪声造成的最大小波变换模极大值整定，U_set按照系统正常运行下可能出现的最大零序电压幅值乘可靠性系数整定，I_set按照系统正常运行下可能出现的最大负荷电流乘可靠性系数整定。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中，配电线路中性点非有效接地系统的单相接地故障现象不明显，而导致传统保护方法不灵敏或者失效，本发明提出了一种配电线路的单相接地行波保护方法，在中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，能够准确而快速的检测出故障，并做出可靠动作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种配电线路单相接地行波保护方法，其特征在于，包括：

步骤102，分别获取频率范围为0～100KHz的故障零模初始电流行波和频率范围为0～100KHz的故障零模初始电压行波，比较所述故障零模初始电流行波和所述故障零模初始电压行波的波头极性，在两者极性相反的情况下，第一判据成立；

步骤104，在所述第一判据成立的情况下，获取三相电流幅值和零序电压幅值，如果所述零序电压幅值大于第一整定值，同时所述三相电流幅值均小于第二整定值，则第二判据成立；

步骤106，在所述第一判据和所述第二判据均成立的情况下，判定为发生单相接地故障，并给出跳闸信号或报警信号；

步骤104具体包括：

步骤1042，获取所述三相电流和所述零序电压；

步骤1044，利用傅里叶变换求取所述三相电流和所述零序电压的幅值；

步骤1046，分别将所述三相电流幅值及所述零序电压幅值和人工设定的保护整定值相比较，如果所述零序电压幅值大于第一整定值，同时所述三相电流幅值均小于第二整定值，则保护判为发生单相接地故障，否则保护复归。

2.根据权利要求1所述的配电线路单相接地行波保护方法，其特征在于，步骤102具体包括：

步骤1022，直接获取所保护线路的频率范围为0～100KHz的故障零模初始电流行波，对所述故障零模初始电流行波进行二进小波变换，得到第一小波变换系数，并根据所述第一小波变换系数求取第一小波变换模极大值，利用所述第一小波变换模极大值的正负表示电流行波的极性；

步骤1024，直接获取所保护线路的频率范围为0～100KHz的故障零模初始电压行波，对所述故障零模初始电压行波进行二进小波变换，得到第二小波变换系数，并根据所述第二小波变换系数求取第二小波变换模极大值，利用所述第二小波变换模极大值的正负表示电压行波的极性；

步骤1026，将所述第一小波变换模极大值的正负与所述第二小波变换模极大值的正负进行比较，在两者符号相反的情况下，保护启动；否则保护复归。

3.根据权利要求2所述的配电线路单相接地行波保护方法，其特征在于，经过所述二进小波变换后，将所述故障零模初始电流行波分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}i\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}i(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，i(n)为所述故障零模初始电流行波，为故障零模初始电流行波i(n)的小波逼近系数，为所述第一小波变换系数；

经过所述二进小波变换后，将所述故障零模初始电压行波分解成以下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{h}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\\ W_{2^j}u\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{g}_k{A}_{2^{j-1}}u(n-2^{j-1}k)\end{array}\right.,$

其中，u(n)为所述故障零模初始电压行波，为故障零模初始电压行波u(n)的小波逼近系数，为所述第二小波变换系数；

所述二进小波变换采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列﹛h_k﹜_k∈z，﹛g_k﹜_k∈z为：

﹛h_k﹜_k∈z＝(0.125，0.375，0.375，0.125)(k＝-1，0，1，2)，﹛g_k﹜_k∈z＝(-2，2)(k＝0，1)。