CN107623314A - 一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法及系统，零序电流有功分量保护根据故障线路的零序电流有功分量的反方向等于中性点接地电阻的电流的有功分量的特征构成零序电流有功分量保护动作判据，提高零序电流有功分量保护灵敏度，且有很高可靠性，同时利用中性点接地电阻两端电压与母线电压互感器输出的零序电压的相位和幅值均接近的特点，母线电压互感器输出的零序电压与中性点接地电阻两端电压可以相互替代；可简化计算过程，可简便保护装置的连线。

Description

一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，特别涉及一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法及系统。

背景技术

中性点电阻接地系统采用零序电流保护，具有保护结构简单，可靠性高的优点。但是，中性点电阻接地电力系统发生高阻接地，现有的零序电流保护灵敏度不高，不能正确跳闸，造成事故扩大。

在中性点电阻接地系统，利用零序电流有功分量作为判据，可提高零序电流保护灵敏度，在许多专利和文献中有描述。但是，以往的零序电流有功分量保护动作判据的整定值(或称为：阈值)被人工设置以后就固定不变了，没有自动调节功能。因此，以往的零序电流有功分量保护的灵敏度虽然比反应零序电流幅值大小的零序电流保护有一定的提高，但仍然很低。提高零序电流有功分量保护灵敏度的研究在不断进行。

CN101719663A提出一种基于零序电流有功分量的接地选线方法、装置及其应用系统，根据系统具体状态，自动补偿零序电流有功分量，可提高零序电流有功分量保护灵敏度。该方法提出的补偿公式是“I'_0Rj＝I_0Rj+I_0Bj”，补偿电流中的关键是补偿量补偿电流I_0Bj1是“在设备现场投运前，在被保护的所有线路外部做一次单相接地实验”获得的。其目的是要克服各条线路对地分布电阻R_0j对零序电流有功分量灵敏度的不利影响。因为，各条线路对地分布电阻R_0j对零序电流有功分量灵敏度的不利影响较小，其他大部分文献都对该影响忽略不计。所以，该方法可提高零序电流有功分量灵敏度，但作用较小。

CN103390888A提出一种零序电流有功分量保护判据。判据是通过零序电流有功分量的计算中加入电压量，来提高零序电流有功分量保护的灵敏度。该方法的整定值是固定不变的，一旦人工整定完成，不能再随着电力系统工作方式的改变而自动调节。所以，该方法可提高零序电流有功分量灵敏度，但作用较小。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法及系统，本发明有较高灵敏度的零序电流保护。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法，利用故障线路的零序电流有功分量的反方向等于中性点接地电阻的电流的有功分量作为动作判据，控制中性点电阻接地系统零序电流保护装置动作，从而提高零序电流有功分量保护灵敏度及可靠性。

进一步的，当被保护线路零序电流的有功分量的绝对值大于等于制动量时，被保护线路的零序电流有功分量保护动作；否则，不动作，其中制动量为预设阈值和调整项之和，且调整项与被保护线路零序电流的有功分量绝对值和中性点接地电阻的电流的有功分量绝对值的差值的绝对值成比例。

优选的，所述比例取值范围：1～20。

集中式零序电流保护系统把所有信息都集中到一个装置里，建立了所有线路零序电流信息的相互沟通，因此，对于集中式零序电流保护系统，零序电流有功分量保护方法更多样，还包括以下几种方式。

方式一：当有被保护线路同时满足以下两条判据时，确定该被保护线路为故障线路：

(1)零序电流有功分量最大；

(2)被保护线路零序电流的有功分量的绝对值大于等于制动量，其中制动量为预设阈值和调整项之和，且调整项与被保护线路零序电流的有功分量绝对值和中性点接地电阻的电流的有功分量绝对值的差值的绝对值成比例。

方式二：当有被保护线路同时满足以下两条判据时，确定该被保护线路为故障线路：

(1)线路零序电流有功分量绝对值与中性点接地电阻电流的有功分量的绝对值之差的绝对值最小；

(2)被保护线路零序电流的有功分量的绝对值大于等于制动量，所述制动量为预设阈值和调整项之和，且调整项与被保护线路零序电流的有功分量绝对值和中性点接地电阻的电流的有功分量绝对值的差值的绝对值成比例。

进一步的，母线零序电压与中性点接地电阻两端电压相互替代；或母线零序电压被中性点接地电阻的电流乘以中性点接地电阻的电阻值的积替代，或中性点接地电阻的电流被母线零序电压除以中性点接地电阻的电阻值的商替代。

当中性点接地电阻等于零时，动作判据是：当被保护线路的零序电流大于等于制动值，所述制动值为被保护线路的零序电流与中性点接地电流差值绝对值的比例值与预设阈值之和。

一种分布式零序电流保护系统，适用于中性点经电阻接地电力系统，各个供电线路均配置有零序电流保护装置，保护装置采集对应线路的电流互感器的零序电流，中性点经电阻接地回路串联的电流互感器的零序电流以及母线电压互感器的零序电压依次输入至每个零序电流保护装置，所述零序电流保护装置采用如上所述的保护方法。

一种集中式零序电流保护系统，适用于中性点经电阻接地电力系统，各个供电线路电流互感器的零序电流、中性点经电阻接地回路串联的电流互感器的零序电流以及母线电压互感器的零序电压均输入至同一零序电流保护装置，所述零序电流保护装置采用如上所述的保护方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提出的零序电流有功分量保护，应用了“故障线路的零序电流有功分量的反方向等于中性点接地电阻的电流的有功分量”的特征，应用零序电流有功分量的绝对值与中性点接地电阻的电流的有功分量的绝对值之差的绝对值作为动作判据的制动量，极大提高了零序电流有功分量保护灵敏度，且有很高可靠性。

(2)本发明利用中性点接地电阻两端电压与母线电压互感器输出的零序电压的相位和幅值均接近的特点，母线电压互感器输出的零序电压与中性点接地电阻两端电压可以相互替代；可简化计算过程，可简便保护装置的连线。

(3)本发明可用现有技术设计制造，完全可以实现，有广阔应用前景。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1表示一种分布式零序电流保护系统结构示意图；

图2表示一种集中式零序电流保护系统结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在零序电流保护灵敏度不高，不能正确跳闸，造成事故扩大的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种应用于中性点电阻接地系统、有较高灵敏度的零序电流保护，该保护应用“故障线路的零序电流有功分量的反方向等于中性点接地电阻的电流的有功分量”的特征来提高零序电流保护灵敏度和可靠性。

一种典型实施方式，如图1所示，中性点经电阻接地系统的分布式零序电流保护系统，电源E给变压器T送电，变压器T给母线M送电，变压器T中性点经电阻R接地。假设母线M连接有N条供电线路，N＝6。六条线路分别是L1、L2、L3、L4、L5、L6。每条线路各自设置一套零序电流保护装置，分别是BH1、BH2、BH3、BH4、BH5、BH6。母线电压互感器TV的零序电压分别输入零序电流保护装置BH1、BH2、BH3、BH4、BH5、BH6。六条供电线路的电流互感器TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6的零序电流(i＝1，2，3，4，5，6)分别输入零序电流保护装置BH1、BH2、BH3、BH4、BH5、BH6。中性点电阻接地回路的电流互感器TA0输出的零序电流依次输入零序电流保护装置BH1、BH2、BH3、BH4、BH5、BH6。各条线路所属的零序电流保护装置没有获得其他线路的零序电流。

零序电流保护装置可以含有常规的零序电流保护，常规的零序电流保护反应零序电流幅值大小。线路零序电流的幅值大于整定值时，保护作；否则，不动作。常规的零序电流保护应用于电力系统发生接地短路，且零序电流幅值比较大的场合。

如果电力系统发生高阻接地短路，零序电流幅值比较小，小于常规的零序电流保护的整定值，常规零序电流保护不动作。如果电力系统母线零序电压大于整定值，说明电力系统有接地故障，装置自动投入零序电流有功分量保护。

零序电流有功分量保护方法1：当|I₀cosθ|≥(I_set+k||I₀cosθ|-|I_0,R cosθ_R||)，被保护线路零序电流有功分量保护动作；否则，不动作。其中：I_set是预设阈值，根据运行经验确定；k是比例系数，建议取值范围：1～20。被保护线路的零序电流与零序电压之间的夹角是θ，I₀cosθ则是被保护线路零序电流有功分量。中性点接地电阻的电流与零序电压之间的夹角θ_R。，I_0,R cosθ_R则是中性点接地电阻的电流的有功分量。

下面分析零序电流有功分量保护方法1的动作行为。

电力系统发生故障前，各条线路的零序电流有功分量等于零。由于存在三相不平衡，实际计算出的线路零序电流有功分量不等于零，该不等于零的量称之为不平衡零序电流有功分量。只要设置比例系数k大于1，不论不平衡零序电流有功分量有多大，都可保证零序电流有功分量保护方法1的动作判据可靠不动作。

如果线路L1发生接地故障。线路L1为故障线路，经中性点接地电阻R流入大地的零序电流基本上是有功分量。该有功分量在大地中不会储存，只能从接地点、故障线路L1流向母线。线路L1发生接地故障，母线就有零序电压，该零序电压会在非故障线路L2、L3、L4、L5、L6产生流入大地的容性零序电流，非故障线路零序电流有功分量的绝对值接近零。非故障线路流入大地的容性零序电流不会在大地中储存，所有非故障线路流入大地的容性电流，都从接地点、故障线路，流向母线。故障线路的零序电流包含有功分量和容性分量。故障线路的零序电流有功分量的反方向等于中性点接地电阻电流的有功分量，故障线路的零序电流有功分量的绝对值等于中性点接地电阻电流的有功分量的绝对值，即|I₀cosθ|＝|I_0,Rcosθ_R|，且|I₀cosθ|＝|I_0,R cosθ_R|比较大。

不难分析，非故障线路的零序电流有功分量保护方法1的动作判据中的动作量很小，接近等于零；非故障线路的零序电流有功分量保护方法1的动作判据中的制动量是(I_set+k|I_0,R cosθ_R|)，比较大。非故障线路的零序电流有功分量保护方法1可靠不动作。

不难分析，故障线路的零序电流有功分量保护方法1的动作判据中的动作量|I₀cosθ|＝|I_0,R cosθ_R|，比较大；故障线路的零序电流有功分量保护方法1的动作判据中的制动量是I_set，合理设置I_set，故障线路的零序电流有功分量保护方法1的动作判据灵敏动作。

如果母线发生接地故障，所有线路的零序电流有功分量都具有非故障线路的特点，零序电流有功分量保护方法1不会误动作。

需要说明的是，当线路发生电阻接地短路时，故障点接地电阻只会产生正序有功分量，不会产生负序有功分量，不会产生零序有功分量。故障点接地电阻大小，不会改变上述零序电流有功分量保护方法1的分析结论。故障点接地电阻对中性点接地电阻的电流会产生影响，但是，只要把握住中性点接地电阻电流的有功分量对零序电流有功分量保护的影响这个关键点，就可以说明问题。此类分析涉及较深的理论问题，不再累赘。

由于中性点接地电阻的电阻值一般远大于变压器T的零序电抗值，中性点接地电阻R两端电压与母线零序电压接近，不但相位接近，幅值也接近。母线零序电压与中性点接地电阻两端电压可以相互替代。由于中性点接地电阻的电阻值是已知的，母线零序电压可以被中性点接地电阻的电流乘以中性点接地电阻的电阻值的积替代，即反过来也可，中性点接地电阻的电流可以被母线零序电压除以中性点接地电阻的电阻值的商替代，即可以令上述替代，可简化计算过程，可简便保护装置的连线。

另一种典型实施方式，如图2所示，中性点经电阻接地系统的集中式零序电流保护系统，电源E给变压器T送电，变压器T给母线M送电，变压器T中性点经电阻R接地。假设母线M连接有N条供电线路，N＝6。六条线路分别是L1、L2、L3、L4、L5、L6。母线电压互感器TV的零序电压输入零序电流保护装置GZXX；6条供电线路的电流互感器TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6的零序电流(i＝1，2，3，4，5，6)分别输入零序电流保护装置GZXX。中性点电阻接地回路的电流互感器TA0输出的零序电流输入零序电流保护装置GZXX。

由于集中式零序电流保护系统所获得的信息包含了分布式零序电流保护系统的全部信息，所以，分布式零序电流保护系统的零序电流有功分量保护所有方法都可以移植到集中式零序电流保护系统中。由于集中式零序电流保护系统把所有信息都集中到一个装置里，建立了所有线路零序电流信息的相互沟通，所以，集中式零序电流保护系统的零序电流有功分量保护方法可以比分布式零序电流保护系统的方法更多样。

集中式零序电流保护系统计算各条线路的零序电流有功分量I_0,i cosθ_i，i＝1，2，3、、、N。计算中性点接地电阻的电流的有功分量I_0,R cosθ_R。

零序电流有功分量保护方法2：零序电流有功分量最大的线路是待定故障线路。

零序电流有功分量保护方法3：线路零序电流有功分量绝对值与中性点接地电阻的电流的有功分量的绝对值之差的绝对值最小的线路是待定故障线路。

如果接地故障发生在线路，零序电流有功分量保护方法2和方法3判断的结果就是故障线路。如果接地故障发生在母线，零序电流有功分量保护方法2和方法3判断的结果就是错误的。由于不知道接地故障是否发生在线路，所以，零序电流有功分量保护方法2和方法3判断的结果还不能最后确定，只能待定。零序电流有功分量保护方法2与方法3不能单独应用，必须与零序电流有功分量保护方法1配合应用，用以进一步提高方法1的可靠性。

本发明提出的零序电流有功分量保护，不但适合应用于中性点经小电阻接地系统，也可应用于中性点经中电阻接地系统，以及应用于中性点经高电阻接地系统。中性点接地电阻R取较大值，电力系统接地故障时，母线呈现的零序电压较大，有利于故障报警。中性点接地电阻R取较大值，也有利于零序电流有功分量保护灵敏度。

当中性点接地电阻R取很小值，或等于零时，零序电流有功分量很小，或等于零，这时，零序电流有功分量保护的灵敏度很低，或等于零。由于实际电力系统中性点小电阻接地时，所谓小电阻的电阻值也远大于变压器零序阻抗，所以，中性点小电阻接地系统，零序电流有功分量保护的灵敏度也是很高的，实际电力系统，只要是电阻接地，都可以应用本发明的零序电流有功分量保护。只有中性点接地电阻等于零，即中性点直接接地，才不能应用零序电流有功分量保护。当中性点接地电阻等于零时，零序电流的特征演变为“故障线路的零序电流的反方向等于中性点接地电阻的电流”，零序电流有功分量保护方法1演变为：当I₀≥(I_set+k|I₀-I_0,R|)，被保护线路零序电流保护动作；否则，不动作。其中：I_set是预设阈值，根据运行经验确定；k是比例系数，建议取值范围：1～20。

如果故障后的线路的零序电流用表示，故障前的线路的零序电流用表示，为了进一步提高零序电流有功分量保护灵敏度，可先计算再计算零序电流有功分量|I_0,i cosθ_i|。这样，可消除零序电流中的不平衡分量。这样的将更准确反应实际值，可消除不平衡误差的影响，提高零序电流有功分量保护灵敏度。现在的零序电流保护装置，大部分是微机型零序电流保护装置，微机型零序电流保护计算故障后的零序电流相量减去故障前的零序电流相量，是通用技术。不再累赘。

本发明中性点电阻接地系统的零序电流保护可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。

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

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法，其特征是：利用故障线路的零序电流有功分量的反方向等于中性点接地电阻的电流的有功分量作为动作判据，控制零序电流保护装置的动作，从而提高灵敏度及可靠性。

2.如权利要求1所述的一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法，其特征是：当被保护线路零序电流的有功分量的绝对值大于等于制动量时，被保护线路的零序电流有功分量保护动作；否则，不动作，所述制动量为预设阈值和调整项之和，且调整项与被保护线路零序电流的有功分量绝对值和中性点接地电阻的电流的有功分量绝对值的差值的绝对值成比例。

3.如权利要求1所述的一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法，其特征是：所述比例取值范围：1～20。

4.一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法，其特征是：当有被保护线路同时满足以下两条判据时，确定该被保护线路为故障线路：

(1)零序电流有功分量最大；

(2)被保护线路零序电流的有功分量的绝对值大于等于制动量，所述制动量为预设阈值和调整项之和，且调整项与被保护线路零序电流的有功分量绝对值和中性点接地电阻的电流的有功分量绝对值的差值的绝对值成比例。

5.一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法，其特征是：当有被保护线路同时满足以下两条判据时，确定该被保护线路为故障线路：

(1)线路零序电流有功分量绝对值与中性点接地电阻电流的有功分量的绝对值之差的绝对值最小；

(2)被保护线路零序电流的有功分量的绝对值大于等于制动量，所述制动量为预设阈值和调整项之和，且调整项与被保护线路零序电流的有功分量绝对值和中性点接地电阻的电流的有功分量绝对值的差值的绝对值成比例。

6.如权利要求1所述的一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法，其特征是：母线零序电压与中性点接地电阻两端电压相互替代；或母线零序电压被中性点接地电阻的电流乘以中性点接地电阻的电阻值的积替代，或中性点接地电阻的电流被母线零序电压除以中性点接地电阻的电阻值的商替代。

7.如权利要求1所述的一种中性点电阻接地系统零序电流保护方法，其特征是：当中性点接地电阻等于零时，动作判据是：当被保护线路的零序电流大于等于制动值，所述制动值为被保护线路的零序电流与中性点接地电流差值绝对值的比例值与预设阈值之和。

8.一种分布式零序电流保护系统，适用于中性点经电阻接地电力系统，其特征是：各个供电线路均配置有零序电流保护装置，保护装置采集对应线路的电流互感器的零序电流，中性点经电阻接地回路串联的电流互感器的零序电流以及母线电压互感器的零序电压依次输入至每个零序电流保护装置，所述零序电流保护装置采用如权利要求1或2所述的保护方法。

9.一种集中式零序电流保护系统，适用于中性点经电阻接地电力系统，其特征是：各个供电线路电流互感器的零序电流、中性点经电阻接地回路串联的电流互感器的零序电流以及母线电压互感器的零序电压均输入至同一零序电流保护装置，所述零序电流保护装置采用如权利要求1或2或4或5所述的保护方法。