CN102928729B - 基于零序电流过零点间断判别的高阻接地故障检测方法 - Google Patents
基于零序电流过零点间断判别的高阻接地故障检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于零序电流过零点间断判别的高阻接地故障检测方法，属于电力系统保护和控制领域；本方法包括采集变电站被监测馈线的零序电流瞬时值，并计算该零序电流过零后小于设定定值的时间，如果时间超过阈值，则判断为过零点间断，并认定为疑似高阻接地故障；如果疑似高阻接地故障持续时间超过阈值，则判断为发生了稳态高阻接地故障。该方法适用于中性点经电阻接地的三相中压配电系统，只利用零序电流信号；与现有的高阻接地故障检测方法相比，有更高的灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于电力系统保护和控制领域，特别涉及中性点经电阻接地的辐射状连接中压(6kV~66kV)配电线路发生高阻接地故障的检测。
技术背景
单相接地故障是配电系统中最常见的故障现象，大约占全部故障发生总数的70~80%左右。为了提高供电可靠性，传统上国内6kV~66kV的配电网一般采用中性点非有效接地，包括：不接地、经消弧线圈或高阻接地等方式。中性点非有效接地系统配电线路发生单相接地故障时，线电压三角形对称性保持不变，不影响负荷的持续供电；但是非故障相电压会升高到接近线电压，特别是暂态过电压能达到额定相电压值的5~6倍，严重威胁线路的绝缘水平，而且非常容易击穿线路上的薄弱点而发展为相间故障，同时单相接地故障后的故障选线存在困难。
近年来，部分大中型城市和大型企业用户逐渐采用了中性点经小电阻接地的方式，此时单相接地故障后，故障电流增大，依靠继电保护的动作隔离故障；但是这种接地方式下，也存在经树枝、沙石等高阻接地故障的情况，短路电流较小，传统的过流保护难以切除。高阻接地故障长时间存在会带来电气设备损坏、火灾和触电等危害，亟待解决。
针对高阻接地故障通常伴随电弧放电，同时接地电阻的非线性将导致故障点电流非线性畸变等特征，先后有多种故障检测方法被提出，包括：A.E.Emanuel等提出的基于二次和三次谐波相位的方法，Texas A&M University以D.B.Russell为代表等提出的基于频谱分析的方法（专利号US.5578931）、基于谐波电流和基波电压比较的方法（专利号US.5659453），D.I.Jeerings在1990年提出了采用三次谐波相对系统电压的相位变化作为故障检测的判据。清华大学董新洲、崔韬等提出了基于剩余电流谐波分量的单相接地故障检测方法（专利公开号CN101387682A），该方法仅利用了零序电流信息，适用于没有电压互感器的场合。
但是，以上方法都是利用频域信息检测高阻接地故障，其局限性在于完全忽略了电气量的时域特征，而且不同故障条件下谐波含量以及相位都会发生变化，难以选取固定的幅值和相位阈值。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提出一种基于零序电流过零点间断判别的高阻接地故障检测方法，通过零序电流过零点之后其采样值小于阈值的时间来判断高阻接地故障的发生，该方法灵敏度高、简便易行。
本发明提出的基于零序电流过零点间断判别的高阻接地故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对馈线的零序电流进行采样，获得一个工频周波的采样值序列f(n),n=1,2,……N，N为整数，取值范围为60~240，对采样值序列进行有限冲击响应（FIR）数字低通滤波，滤波器的截止频率设为1/10到1/2倍的采样频率；得到滤波后的N个点的序列值F(n)；
2）用傅里叶变换求得F(n)的基波幅值，记为I；
3）判断F(n)的正向过零时刻tpzero，具体判断方法为：如果F(n-1)<0且F(n)＞0则tpzero=n，n=1,2,……N，且令F(0)=F(N)；
4）设定角度δ，比较F(n)和I×sinδ的大小，n=1,2,……N，从tpzero时刻开始统计F(n)连续小于I×sinδ的点的个数，记为n1，用以计算间断角；
5）判断疑似高阻接地故障，具体判断方法为：定义间断角δi=n1/N×360°，如果δi/δ>Kset，则认为发生疑似高阻接地故障，Kset为一整定常数；
6）每0.02秒重复一次步骤1~5），得到每个工频周波是否发生疑似高阻接地故障的结果；如果疑似高阻接地故障持续时间超过阈值Tset，确定故障为稳态高阻接地故障；Tset取值为1~10秒。
本发明的特点及效果：
本发明的检测对象为零序电流过零点间断判别，与现有的高阻接地故障检测方法相比有如下优点：该方法属于基于时频联合分析的高阻接地故障检测算法，关注零序电流的局部特征，比基于谐波的检测的方法灵敏度更高；只用到零序电流作为输入量，简便易行。本发明为切除发生高阻接地故障的线路提供了可靠依据，减小了高阻接地故障的危害。
附图说明
图1为经低通滤波后的高阻接地故障典型零序电流及其基波波形，以及本发明所述间断角的计算示意图。
具体实施方式
本发明提出的基于零序电流过零点间断判别的高阻接地故障检测方法结合附图及实施例详细说明如下：
本发明提出的基于零序电流过零点间断判别的高阻接地故障检测方法，如图1所示，其特征在于，包括以下步骤：
1）对馈线的零序电流进行采样，获得一个工频周波的采样值序列f（n),n=1,2,……N，N为整数，取值范围为60~240，对采样值序列进行有限冲击响应（FIR）数字低通滤波，滤波器的截止频率设为1/10到1/2倍的采样频率；得到滤波后的N个点的序列值F(n)；
2）用傅里叶变换求得F(n)的基波幅值，记为I（见图1中的I）；
3）判断F(n)的正向过零时刻tpzero（见图1中的tpzero），具体判断方法为：如果F(n-1)<0且F(n)＞0则tpzero=n，n=1,2,……N，且令F(0)=F（N）；
4）设定角度δ（见图1中的δ），比较F(n)和I×sinδ（见图1中的I×sinδ）的大小，n=1,2,……N，从tpzero时刻开始统计F(n)连续小于I×sinδ的点的个数，记为n1，用以计算间断角；
5）判断疑似高阻接地故障，具体判断方法为：定义间断角δi=n1/N×360°（见图1中的δi），如果δi/δ>Kset，则认为发生疑似高阻接地故障；Kset为一整定常数，一般取1.2~1.5（Kset越小检测故障的灵敏度越高）；
6）每0.02秒重复一次步骤1~5），得到每个工频周波是否发生疑似高阻接地故障的结果；如果疑似高阻接地故障持续时间超过阈值Tset，确定故障为稳态高阻接地故障；Tset取值为1~10秒。
实施例
本实施例包括以下步骤：
1）对馈线的零序电流进行采样，采样频率9kHz，获得一周波的采样值序列f（n)共180点，对采样值序列用FIR滤波器低通滤波，滤波器截止频率为900Hz，得到滤波后的180点序列F(n)，n=1,2,……180；
f（n)=
[23.05,22.34,21.64,20.94,20.17,19.33,18.50,17.67,16.82,15.92,14.97,14.03,13.09,12.14,11.12,10.09,9.085,8.087,7.066,6.024,5.003,4.030,3.110,2.221,1.392,0.6728,0.089,-0.3828,-0.7697,-1.066,-1.270,-1.395,-1.486,-1.563,-1.620,-1.641,-1.646,-1.666,-1.701,-1.739,-1.771,-1.821,-1.909,-2.047,-2.231,-2.492,-2.910,-3.623,-4.899,-7.307,-11.51,-16.33,-19.47,-21.04,-21.97,-22.94,-23.96,-25.02,-25.87,-26.40,-26.92,-27.30,-27.61,-28.05,-28.51,-28.81,-28.96,-29.08,-29.24,-29.43,-29.55,-29.55,-29.45,-29.44,-29.44,-29.30,-29.09,-28.87,-28.66,-28.43,-28.12,-27.72,-27.31,-26.95,-26.53,-26.00,-25.44,-24.90,-24.35,-23.74,-23.06,-22.34,-21.65,-20.95,-20.18,-19.34,-18.51,-17.68,-16.83,-15.93,-14.98,-14.03,-13.10,-12.15,-11.13,-10.10,-9.094,-8.096,-7.075,-6.033,-5.012,-4.038,-3.118,-2.229,-1.399,-0.6786,-0.093,0.3790,0.7666,1.064,1.269,1.394,1.485,1.562,1.619,1.641,1.646,1.665,1.701,1.739,1.771,1.820,1.908,2.045,2.229,2.489,2.906,3.614,4.883,7.278,11.47,16.29,19.45,21.03,21.96,22.93,23.95,25.01,25.86,26.40,26.91,27.29,27.61,28.04,28.50,28.81,28.96,29.07,29.24,29.43,29.55,29.55,29.45,29.44,29.44,29.30,29.09,28.87,28.67,28.43,28.12,27.72,27.32,26.96,26.53,26.01,25.45,24.90,24.35,23.74]
滤波器系数：
h(n)=[0,0.0399,0.08608,0.1291,0.1596,0.1706,0.1596,0.1291,0.08608,0.0399]
F(n)=
[20.09,19.29,18.47,17.62,16.75,15.86,14.94,14.01,13.05,12.08,11.09,10.09,9.085,8.071,7.060,6.060,5.077,4.124,3.216,2.368,1.595,0.9082,0.3146,-0.1813,-0.5810,-0.8928,-1.129,-1.304,-1.428,-1.514,-1.574,-1.618,-1.652,-1.682,-1.714,-1.754,-1.811,-1.891,-2.008,-2.184,-2.462,-2.928,-3.734,-5.046,-6.928,-9.307,-12.00,-14.76,-17.36,-19.62,-21.43,-22.80,-23.85,-24.73,-25.49,-26.16,-26.73,-27.22,-27.64,-28.01,-28.34,-28.62,-28.87,-29.07,-29.22,-29.33,-29.40,-29.44,-29.44,-29.39,-29.31,-29.18,-29.03,-28.83,-28.59,-28.32,-28.01,-27.67,-27.29,-26.87,-26.41,-25.93,-25.41,-24.85,-24.26,-23.64,-22.99,-22.31,-21.60,-20.86,-20.09,-19.30,-18.48,-17.63,-16.76,-15.87,-14.95,-14.02,-13.06,-12.09,-11.10,-10.10,-9.094,-8.081,-7.069,-6.068,-5.086,-4.133,-3.224,-2.375,-1.602,-0.9140,-0.3195,0.1773,0.5778,0.8903,1.127,1.302,1.427,1.514,1.574,1.617,1.651,1.681,1.713,1.754,1.810,1.890,2.007,2.182,2.459,2.923,3.724,5.031,6.909,9.284,11.97,14.74,17.34,19.60,21.41,22.79,23.85,24.72,25.49,26.15,26.72,27.21,27.64,28.01,28.33,28.62,28.86,29.06,29.22,29.32,29.40,29.44,29.44,29.39,29.31,29.18,29.03,28.83,28.60,28.32,28.01,27.67,27.29,26.87,26.42,25.93,25.41,24.86,24.27,23.65,23.00,22.32,21.61,20.87]
2）用傅里叶变换求得F(n)的基波幅值，I＝26.55；
3）判断F(n)的正向过零时刻tpzero，以上数据F(n)中，F(113)<0且F(114)＞0则判断tpzero=114；
4）设定角度δ=15°，比较F(n)和I×sin15°=6.87的大小，从tpzero开始统计F(n)连续小于6.87的点的个数，发现存在F(114)～F(134)<6.87且F(135)>6.87；因此得到n1=21，计算得到间断角δi＝21/180×360°=42°；
5）判断疑似高阻接地故障是否发生，设置Kset=1.5，计算δi/δ=42/15=2.8>1.5，因此认为发生疑似高阻接地故障；
6）每0.02秒重复一次步骤1~5），设置稳态高阻接地故障时间阈值Tstable=1秒，如果疑似高阻接地故障持续时间超过1秒，则判断发生了稳态高阻接地故障。
Claims (1)
1.一种基于零序电流过零点间断判别的高阻接地故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对馈线的零序电流进行采样，获得一个工频周波的采样值序列f(n),n＝1,2,……N，N为整数，取值范围为60～240，对采样值序列进行有限冲击响应(FIR)数字低通滤波，滤波器的截止频率设为1/10到1/2倍的采样频率；得到滤波后的N个点的序列值F(n)；
2)用傅里叶变换求得F(n)的基波幅值，记为I；
3)判断F(n)的正向过零时刻tpzero，具体判断方法为：如果F(n-1)<0且F(n)>0则tpzero＝n，n＝1,2,……N,且令F(0)＝F(N)；
4)设定角度δ，比较F(n)和I×sinδ的大小，n＝1,2,……N，从tpzero时刻开始统计F(n)连续小于I×sinδ的点的个数，记为n1，用以计算间断角，角度δ取值范围为9°～18°；
5)判断疑似高阻接地故障，具体判断方法为：定义间断角δi＝n1/N×360°，如果δi/δ>Kset，则认为发生疑似高阻接地故障，Kset为一整定常数，取值范围为1.2～1.5；
6)每0.02秒重复一次步骤1～5)，得到每个工频周波是否发生疑似高阻接地故障的结果；如果疑似高阻接地故障持续时间超过阈值Tset，确定故障为稳态高阻接地故障；Tset取值为1～10秒。
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