CN104391191A - 一种利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法，属于电力系统继电保护技术领域。在采样率20kHz下，首先利用量测端获得的三相电流采样值求线模电流，然后再计算相邻两个线模电流采样值的差分。求出线模电流差分值在当前值之前一个工频周期内的平方和，得到线模电流差分平方和的离散序列S_M(k)。若高阻故障发生时刻后连续计算得到的三个线模电流差分平方和均大于门槛值，则保护启动。理论分析和大量仿真表明本发明能可靠检测到高阻故障，且灵敏度高，不受系统振荡影响。

Description

一种利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法

技术领域

本发明涉及一种利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

我国国土面积广阔，地形地貌复杂，线路由于绝缘子闪络、雷击、山火火焰对线路放电等都可能造成高阻故障。当发生高阻故障时，由于过渡电阻很大，引起的故障电流突变量很小，而且电流波形极不规则，电压降也很小，三相电压几乎对称。

普通短路故障发生时将产生很大的故障相电流和零序电流，相应的传统保护装置能够可靠动作将故障切除。然而，线路发生高阻接地故障时，由于反映高阻故障的故障量不明显，传统的保护方法不足以可靠检测，增加了高阻故障的检测难度，保护不能快速、灵敏动作，影响电力系统的安全稳定运行。因此，需要引入一种更加灵敏的方法来检测高阻故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服传统的高阻故障检测方法存在灵敏度不足的问题，提出一种利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法。

本发明的技术方案是：一种利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法，在采样率20kHz下，首先利用量测端获得的三相电流采样值求线模电流，然后再计算相邻两个线模电流采样值的差分，求出线模电流差分值在当前值之前一个工频周期内的平方和，得到线模电流差分平方和的离散序列S_M(k)；若高阻故障发生时刻后连续计算得到的三个线模电流差分平方和均大于门槛值，则保护启动。

具体步骤为：

(1)在采样率20kHz下，对量测端获得的三相电流进行采样，得到相电流采样值序列i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)，其中k表示采样点，k＝1，2，…；

(2)根据式(1)～(3)求出线模电流的离散序列i_ab(k)、i_bc(k)和i_ca(k)：

i_ab(k)＝i_a(k)-i_b(k)  (1)

i_bc(k)＝i_b(k)-i_c(k)  (2)

i_ca(k)＝i_c(k)-i_a(k)  (3)

(3)根据式(4)～(6)求相邻两个线模电流的差分：

Δi_ab(k)＝i_ab(k)-i_ab(k-1)  (4)

Δi_bc(k)＝i_bc(k)-i_bc(k-1)  (5)

Δi_ca(k)＝i_ca(k)-i_ca(k-1)  (6)

式(4)～(6)中Δi_ab(k)、Δi_bc(k)、Δi_ca(k)表示采样点k对应的线模电流差分值；

(4)根据式(7)求线模电流差分平方和：

$S_M\left(k\right)=\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δi}}_{\mathrm{ab}}^2\left(l\right)+\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δi}}_{\mathrm{bc}}^2\left(l\right)+\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δi}}_{\mathrm{ca}}^2\left(l\right)---\left(7\right)$

式(7)中，N表示一个工频周期的采样点数，此处N＝400，S_M(k)表示采样点k对应的线模电流差分平方和；

(5)高阻故障发生后，连续计算三个线模电流差分平方和若这三个值满足：

$S_M^{\left(1\right)}>S_{\mathrm{Mset}},$ 且 $S_M^{\left(2\right)}>S_{\mathrm{Mset\; t}},$ 且 $S_M^{\left(3\right)}>S_{\mathrm{Mset}}$   (8)

则保护启动；

其中，门槛值S_Mset按照远端小角度高阻故障整定为90。

本发明的有益效果是：利用线模电流差分平方和检测高阻故障，灵敏度高，可靠性强，不受系统振荡影响。

附图说明

图1为实施例1、2、3的仿真系统图；

图2实施例1中A相接地故障时M端的线模电流波形图；

图3实施例1中A相接地故障时M端的线模电流差分平方和S_M(k)波形；

图4实施例1中A相接地故障时M端的线模电流差分平方和S_M(k)波形放大图；

图5实施例2中A相接地故障时M端的线模电流波形图；

图6实施例2中A相接地故障时M端的线模电流差分平方和S_M(k)波形；

图7实施例2中A相接地故障时M端的线模电流差分平方和S_M(k)波形放大图；

图8实施例3中A相接地故障时M端的线模电流波形图；

图9实施例3中A相接地故障时M端的线模电流差分平方和S_M(k)波形；

图10实施例3中A相接地故障时M端的线模电流差分平方和S_M(k)波形放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法，在采样率20kHz下，首先利用量测端获得的三相电流采样值求线模电流，然后再计算相邻两个线模电流采样值的差分，求出线模电流差分值在当前值之前一个工频周期内的平方和，得到线模电流差分平方和的离散序列S_M(k)；若高阻故障发生时刻后连续计算得到的三个线模电流差分平方和均大于门槛值，则保护启动。

具体步骤为：

(1)在采样率20kHz下，对量测端获得的三相电流进行采样，得到相电流采样值序列i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)，其中k表示采样点，k＝1，2，…；

(2)根据式(1)～(3)求出线模电流的离散序列i_ab(k)、i_bc(k)和i_ca(k)：

i_ab(k)＝i_a(k)-i_b(k)  (1)

i_bc(k)＝i_b(k)-i_c(k)  (2)

i_ca(k)＝i_c(k)-i_a(k)  (3)

(3)根据式(4)～(6)求相邻两个线模电流的差分：

Δi_ab(k)＝i_ab(k)-i_ab(k-1)  (4)

Δi_bc(k)＝i_bc(k)-i_bc(k-1)  (5)

Δi_ca(k)＝i_ca(k)-i_ca(k-1)  (6)

式(4)～(6)中Δi_ab(k)、Δi_bc(k)、Δi_ca(k)表示采样点k对应的线模电流差分值；

(4)根据式(7)求线模电流差分平方和：

$S_M\left(k\right)=\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δi}}_{\mathrm{ab}}^2\left(l\right)+\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δi}}_{\mathrm{bc}}^2\left(l\right)+\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δi}}_{\mathrm{ca}}^2\left(l\right)---\left(7\right)$

式(7)中，N表示一个工频周期的采样点数，此处N＝400，S_M(k)表示采样点k对应的线模电流差分平方和；

(5)高阻故障发生后，连续计算三个线模电流差分平方和若这三个值满足：

$S_M^{\left(1\right)}>S_{\mathrm{Mset}},$ 且 $S_M^{\left(2\right)}>S_{\mathrm{Mset\; t}},$ 且 $S_M^{\left(3\right)}>S_{\mathrm{Mset}}$   (8)

则保护启动；

其中，门槛值S_Mset按照远端小角度高阻故障整定为90。

实施例1：

仿真系统图如图1所示，线路长度l_PM＝150km，l_MN＝150km，l_NQ＝220km。采样率为20kHz。假设在线路MN距M侧149km发生A相接地故障，故障初始角为5°，过渡电阻为50Ω，此时M端获得的线模电流波形和线模电流差分平方和S_M(k)波形如图2和图3所示。

如图4所示，本例中三个计算值为均大于90，在0.15ms内即可被检测。

实施例2：

仿真系统图如图1所示，线路长度l_PM＝150km，l_MN＝150km，l_NQ＝220km。采样率为20kHz。假设在线路MN距M侧75km发生A相接地故障，故障初始角为90°，过渡电阻为50Ω，此时M端获得的线模电流波形和线模电流差分平方和S_M(k)波形如图5和图6所示。

如图7所示，本例中三个计算值为均大于90，在0.15ms内即可被检测。

实施例3：

仿真系统图如图1所示，线路长度l_PM＝150km，l_MN＝150km，l_NQ＝220km。采样率为20kHz。假设在线路MN距M侧20km发生A相接地故障，故障初始角为45°，过渡电阻为50Ω，此时M端获得的线模电流波形和线模电流差分平方和S_M(k)波形如图8和图9所示。

如图10所示，本例中三个计算值为均大于90，在0.15ms内即可被检测。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法，其特征在于：在采样率20kHz下，首先利用量测端获得的三相电流采样值求线模电流，然后再计算相邻两个线模电流采样值的差分，求出线模电流差分值在当前值之前一个工频周期内的平方和，得到线模电流差分平方和的离散序列S_M(k)；若高阻故障发生时刻后连续计算得到的三个线模电流差分平方和均大于门槛值，则保护启动。

2.根据权利要求1所述的利用线模电流差分平方和的高阻故障检测方法，其特征在于具体步骤为：

(1)在采样率20kHz下，对量测端获得的三相电流进行采样，得到相电流采样值序列i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)，其中k表示采样点，k＝1，2，…；

(2)根据式(1)～(3)求出线模电流的离散序列i_ab(k)、i_bc(k)和i_ca(k)：

i_ab(k)＝i_a(k)-i_b(k)                        (1)

i_bc(k)＝i_b(k)-i_c(k)                        (2)

i_ca(k)＝i_c(k)-i_a(k)                        (3)

(3)根据式(4)～(6)求相邻两个线模电流的差分：

Δi_ab(k)＝i_ab(k)-i_ab(k-1)                        (4)

Δi_bc(k)＝i_bc(k)-i_bc(k-1)                        (5)

Δi_ca(k)＝i_ca(k)-i_ca(k-1)                        (6)

式(4)～(6)中Δi_ab(k)、Δi_bc(k)、Δi_ca(k)表示采样点k对应的线模电流差分值；

(4)根据式(7)求线模电流差分平方和：

$S_M\left(k\right)=\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{ab}}^2\left(l\right)+\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{bc}}^2\left(l\right)+\underset{l=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{ca}}^2\left(l\right)---\left(7\right)$

式(7)中，N表示一个工频周期的采样点数，此处N＝400，S_M(k)表示采样点k对应的线模电流差分平方和；

(5)高阻故障发生后，连续计算三个线模电流差分平方和若这三个值满足：

$S_M^{\left(1\right)}>S_{\mathrm{Mset}},$ 且 $S_M^{\left(2\right)}>S_{\mathrm{Mset}}t,$ 且 $S_M^{\left(3\right)}>S_{\mathrm{Mset}}---\left(8\right)$

则保护启动；

其中，门槛值S_Mset按照远端小角度高阻故障整定为90。