CN107727986B

CN107727986B - 一种具有后备功能的小电流接地故障选线系统及方法

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Publication number: CN107727986B
Application number: CN201710796987.6A
Authority: CN
Inventors: 李晓明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-07-09
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: CN107727986A; WO2019047610A1

Abstract

本发明公开了一种具有后备功能的小电流接地故障选线系统及方法，当主保护误动作、非故障线路断路器跳闸后，后备保护系统计算各条线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分；根据这些积分的特征判断后备保护跳闸线路，实现后备保护灵敏动作。本发明后备保护能很快地跳开故障线路，提高保护的可靠性。

Description

一种具有后备功能的小电流接地故障选线系统及方法

技术领域

本发明涉及一种具有后备功能的小电流接地故障选线系统及方法。

背景技术

小电流接地电力系统发生单相接地故障，接地电流比较小，小电流接地故障选线装置可能误动作。现有的小电流接地故障选线装置，最高正确动作率只有99％。现有的小电流接地故障选线装置的共同缺点是，没有后备功能。小电流接地故障选线装置一旦发生错误选线，只能采用依次手动拉闸停电的方法找出故障线路。由于现有的小电流接地故障选线方法及其装置正确动作率不高，经常造成非故障线路手动拉闸、停电，降低了电力系统供电可靠性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种具有后备功能的小电流接地故障选线系统及方法，本发明在主保护误动作后，后备保护能很快地跳开故障线路，在原有小电流接地故障选线方法正确动作率的基础上，进一步提高动作的准确性，提高保护的灵敏度和可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有后备功能的小电流接地故障选线系统，包括主保护系统和至少一套后备保护系统，当主保护系统故障时，由后备保护系统计算各条线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分，并将该故障量变化作为动作判据，判断跳闸线路，实现灵敏动作。

利用真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化量大于其他非故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化量或/和真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化的反方向等于跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化为动作判据，判断后备保护跳闸线路。

一种具有后备功能的小电流接地故障选线方法，主保护系统执行故障选线任务，如果主保护系统正确选择出故障线路，跳开选择的故障线路，任务完成；

如果主保护系统故障，由后备保护系统计算各条线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分，并将该故障量变化作为动作判据，判断跳闸线路，实现灵敏动作。

计算每条被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分值，积分值大于制动量的对应的线路是故障线路，所述制动量为对应线路的预设整定值和一个与故障特征不平衡量成比例的调整项之和。

调整项是母线零序电压幅值，或被保护线路零序电流幅值，或被保护线路故障量的绝对值的积分。

调整项的值为对应被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分与跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分差值的绝对值。

调整项的值为对应被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化与跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化之和的绝对值的积分。

集中式故障选线系统把所有信息都集中到一个装置里，建立了所有线路故障信息的相互沟通，因此，集中式故障选线系统的选线方法更多样，还包括以下几种方式，能够更好的提高线路保护动作的灵敏度和可靠性。

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)计算被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分值大于制动量，制动量为对应线路的预设整定值和一个与故障特征不平衡量成比例的调整项之和；

(2)除去跳闸线路，被保护线路断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分最大。

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)除去跳闸线路，线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分减去跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分之差的绝对值最小；

(2)被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分值大于制动量，制动量为对应线路的预设整定值和一个与故障特征不平衡量成比例的调整项之和。

进一步的，所述故障量是工频的零序分量，或高次的谐波分量，或含有高频的零模分量，或某一频谱区段的零模分量。

当主保护系统内跳闸后，如果电压故障量没有消失，则说明故障选线错误，后备保护系统即可投入，不必等待误跳闸线路的重合闸完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

在原有小电流接地故障选线方法正确动作率的基础上，本发明提出的具有后备功能的小电流接地故障选线方法进一步提高了正确动作率；

本发明提出的后备保护动作判据应用了“真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化比较大，大于其他非故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化”的特征，还应用了“真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化的反方向等于跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化”的特征。两项特征的应用，使后备保护方法有很高的灵敏度，且有很高的可靠性。

本发明提出的后备保护动作判据可以自动把非故障线路的不平衡电流和干扰信号变为制动量，提高判断结果的可靠性。

本发明提出的具有后备功能的接地故障选线方法，如果主保护误动作，后备保护能很快地跳开故障线路。主保护与后备保护的动作时间之和，再加上两条线路断路器跳闸时间之和，不会超过100毫秒。

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

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

图1为小电流接地电力系统分布式故障选线系统示意图。

图2为小电流接地电力系统集中式故障选线系统示意图。

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，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在小电流接地故障选线判据，最高正确动作率只有99％，且没有后备保护的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种具有后备功能的小电流接地接地故障选线方法，提高小电流接地故障选线装置的正确动作率。

本发明的一种典型实施例，如图1所示，具有后备功能的小电流接地系统分布式故障选线系统，电源E给母线M送电。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小电流接地故障选线装置，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)分别输入装置BH1、BH2、BH3、BH4、BH5、BH6。各条线路所属的装置没有获得其他线路的零序电流。

当小电流接地故障选线装置从电压互感器的输入信息中判断出电力系统发生接地故障时，开始选线过程。习惯上，把分布式小电流接地故障选线装置称为保护装置。

本发明提出的具有后备功能的小电流接地故障选线方法，需要借用原有的某种小电流接地故障选线方法，原有的小电流接地故障选线方法与装置称为主保护。主保护执行第一次故障选线任务。如果主保护已经正确选择出故障线路。故障线路跳闸后，故障量消失，小电流接地故障选线装置整组复归，任务完成。如果主保护选线错误，误跳开非故障线路断路器后，电力系统中的故障量仍然存在。小电流接地故障选线装置自动投入后备功能，执行第二次选线，跳开故障线路。后备功能也可称为后备保护。

主保护的小电流接地故障选线方法，可利用现有的方法。不再累赘。

本发明的后备保护应用“真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化比较大，大于其他非故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化”这一特征，还应用“真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化的反方向等于跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化”这一特征。两项特征的应用，使后备保护方法有很高的灵敏度，且有很高的可靠性。

所述故障量可以是工频的零序分量，可以是高次的谐波分量，可以是含有高频的零模分量，可以是某一频谱区段的零模分量，或其他故障特征量。

例如1：故障量i_CH(t)取工频零序电流表示线路在断路器跳闸前的零序电流相量，表示线路在断路器跳闸后的零序电流相量；则故障量在断路器跳闸前后的变化是第i条线路的断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差i＝1，2，3、、、N。跳闸线路的断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差如果第i条线路是真实故障线路，真实故障线路的断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差的反方向等于跳闸线路的断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差，就是

例如2：故障量i_CH(t)取周期函数信号i_CH(t)，i_CH(t-MT)表示线路在断路器跳闸前的周期函数信号，i_CH(t)表示线路在断路器跳闸后的周期函数信号；其中：断路器在0秒跳闸；M是整定值，取正整数；T是周期函数信号的周期。则故障量在断路器跳闸前后的扰动是Δi_CH(t)＝i_CH(t-MT)-i_CH(t)。第i条线路的断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差Δi_CH,i(t)＝i_CH,i(t-MT)-i_CH,i(t)，i＝1，2，3、、、N。跳闸线路的断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差Δi_CH,g(t)＝i_CH,g(t-MT)-i_CH,g(t)＝i_CH,g(t-MT)。如果第i条线路是真实故障线路，真实故障线路的断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差的反方向等于跳闸线路的断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差，就是-Δi_CH,i(t)＝Δi_CH,g(t)。

说明：本文所述故障量的绝对值的积分，这种量是工频相量时，该相量的绝对值的积分是工频相量的幅值；这种量是周期函数信号时，该函数信号的绝对值的积分是，函数取绝对值后在0至MT秒时间段的积分除以2Mπ。

例如3：第i条线路的断路器跳闸前后的故障量变化是的绝对值的积分是ΔI_0,i。

例如4：第i条线路的断路器跳闸前后的故障量变化是Δi_CH,i(t)，Δi_CH,i(t)的绝对值的积分是

为叙述方便，故障量不论是为工频零序电流，还是周期函数信号，都表示为i_CH(t)。断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差，都表示为Δi_CH(t)。断路器跳闸之前的故障量与断路器跳闸之后的故障量之差的绝对值的积分，简述为断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分，都表示为ΔI_CH。

后备保护方法1：当ΔI_CH≥(I_set,1+k₁A)，则被保护线路是故障线路。其中：I_set,1是被保护线路第一预设阈值；k₁是被保护线路第一比例系数，根据经验设置；A是被保护线路与不平衡ΔI_CH成正比的量；ΔI_CH是被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分。

例如5：可以令

例如6：可以令

例如7：可以令

小电流接地系统某条线路发生单相接地故障，非故障线路的故障量(例如：容性零序电流)从母线流入线路，再流入大地。大地不能储存电流，所有非故障线路流入大地的故障量，都从故障线路的故障点流入故障线路，从故障线路流回母线。如果主保护误跳闸，跳闸线路流入大地的故障量就切断了。跳闸线路故障量的切断，不会影响跳闸线路以外的非故障线路的故障量，这些非故障线路流入大地的故障量在断路器跳闸之前与跳闸之后保持不变。跳闸线路故障量的切断，会影响真实故障线路的故障量，真实故障线路的故障量在断路器跳闸前后将发生变化，真实故障线路的故障量的变化等于跳闸线路的故障量的变化，但变化方向正好相反。跳闸线路切断的故障量越大，真实故障线路故障量的变化越大。主保护的故障选线方法，一般都是选择故障量较大的线路跳闸，所以，如果主保护误动作，线路断路器跳闸后，真实故障线路故障量的变化是比较大的。合理设置第一预设阈值I_set,1，第一比例系数k₁；可以保证ΔI_CH≥(I_set,1+k₁A)。

理论上，在断路器跳闸前后，跳闸线路以外的非故障线路的故障量的变化的绝对值的积分等于零，实践中并不等于零。该不等于零的故障量的变化的绝对值的积分称为不平衡ΔI_CH。不平衡ΔI_CH的大小与某种量成正比，取与不平衡ΔI_CH成正比的某种量乘以第一比例系数k₁后作为制动量，可提高动作判据的灵敏度和可靠性。可以看出，后备保护方法1动作判据的制动量(I_set,1+k₁A)不是固定的，而是具有自适应调节功能。根据电力系统实际工作状态，自动调节动作判据中的制动量，不平衡ΔI_CH大，制动作用大；不平衡ΔI_CH小，制动作用小。这样，故障选线动作判据不但灵敏度高，且有较高可靠性。

因此，本发明提出的后备保护方法的选线灵敏度较高。

如果母线故障而产生的主保护误动作，所有各条线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分都具有非故障线路的特点，所以，母线发生的接地故障，后备保护方法1不会误动作。

本发明的另一种典型实施例，如图2所示，具有后备功能的小电流接地系统集中式故障选线系统，电源E给母线M送电。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的零序电压输入一套小电流接地故障选线装置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)分别输入装置GZXX。

由于集中式故障选线系统所获得的信息包含了分布式故障选线系统的全部信息，所以，分布式故障选线系统所有方法都可以移植到集中式故障选线系统中。由于集中式故障选线系统把所有信息都集中到一个装置里，建立了所有线路故障信息的相互沟通，所以，集中式故障选线系统方法可以比分布式故障选线系统的方法更多样。

后备保护方法2：当ΔI_CH,i＞(I_set,2，_i+k_2,i|ΔI_CH,i-ΔI_CH,g|),则第i条线路是故障线路。其中：I_set,2,i是第i条线路的第二预设阈值；k_2,i是第i条线路的第二比例系数，建议取1～20；ΔI_CH,g是跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分；ΔI_CH，i是第i条线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分。

主保护误跳闸后，非故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分接近零，所以，非故障线路的后备保护方法2的动作判据的动作量ΔI_CH,i接近零。跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分是ΔI_CH,g，所以，非故障线路的后备保护方法2的动作判据的制动量是(I_set,2，i+k_2,i|ΔI_CH,g|)，比较大。非故障线路的后备保护方法2可靠不动作。

主保护误跳闸后，真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分等于跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分ΔI_CH,g，所以，真实故障线路的后备保护方法2的动作判据的动作量ΔI_CH,i＝ΔI_CH,g,比较大。真实故障线路的后备保护方法2的动作判据的制动量是I_set,2，i。合理设置I_set,_2，i，真实故障线路的后备保护方法2灵敏动作。

后备保护方法3：当ΔI_CH,i＞(I_set,2，i+k_2,iΣI_i),则第i条线路是故障线路。其中：I_set,2,i是第i条线路的第二预设阈值；k_2,i是第i条线路的第二比例系数，建议取1～20；ΣI_i是第i条线路的断路器跳闸前后的故障量变化与跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化之和的绝对值的积分，即Σi_i(t)＝Δi_CH,i(t)+Δi_CH,g(t)；ΔI_CH，i是第i条线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分。

可以看出，后备保护方法2应用了“真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值积分等于跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值积分”这条特征，取两个积分相减的差再取绝对值作为制动量，应用了两个函数积分后的特点。后备保护方法3则应用“真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化的反方向等于跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化”这条特征。两个函数没有被积分之前，两个函数方向相反，这样两个函数相加，实际是相减。不但应用了两个函数的积分性质，两个函数波形变化细节也得到应用。后备保护方法3特别适合应用在非故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化不接近零，不平衡电流比较大、干扰信号比较强的场合。后备保护方法3可以自动把非故障线路的不平衡电流和干扰信号变为制动量，提高判断结果的可靠性。

如果母线故障而产生的主保护误动作，所有线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分都具有非故障线路的特点，所以，母线发生的接地故障，后备保护方法2，或方法3不会误动作。

后备保护方法4：除去跳闸线路，断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分ΔI_CH,i最大的线路是待定故障线路。

后备保护方法5：除去跳闸线路，线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分减去跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分之差的绝对值|ΔI_CH,i-ΔI_CH,g|最小的线路是待定故障线路。

如果接地故障发生在某条线路，后备保护方法4和方法5判断的结果就是故障线路。如果接地故障发生在母线，后备保护方法4和方法5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，后备保护方法4和方法5判断的结果不能最后确定，只能待定。后备保护方法4和方法5不能单独应用，必须与后备保护方法1，或方法2，或方法3配合应用，用以进一步提高后备保护方法1，或方法2，或方法3的可靠性。

需要指出，主保护跳闸后，如果电压故障量没有消失，则说明故障选线错误。后备保护可快速投入，不必等待误跳闸线路的重合闸完成以后再投入后备保护。后备保护选出故障线路后，可快速跳闸。这样，即使是主保护误动作，后备保护也能很快地跳开故障线路。主保护与后备保护的动作时间之和，再加上两条线路断路器跳闸时间之和，不会超过100毫秒。

本发明的一种具有后备功能的小电流接地故障选线方法，完全可以实现，有广阔应用前景。

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。

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

1.一种具有后备功能的小电流接地故障选线系统，其特征是：包括主保护系统和至少一套后备保护系统，当主保护系统故障时，由后备保护系统计算各条线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分，积分值大于制动量的对应的线路是故障线路，所述制动量为对应线路的预设整定值和一个与故障特征不平衡量成比例的调整项之和，并将该故障量变化作为动作判据，判断跳闸线路，实现灵敏动作；

在断路器跳闸前后，跳闸线路以外的非故障线路的故障量的变化的绝对值的积分不等于零，该不等于零的故障量的变化的绝对值的积分称为不平衡ΔI_CH，不平衡ΔI_CH的大小与其他形式的故障量成正比，取与不平衡ΔI_CH成正比的其他形式的故障量乘以第一比例系数k₁后作为制动量。

2.如权利要求1所述的一种具有后备功能的小电流接地故障选线系统，其特征是：利用真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化量大于其他非故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化量或/和真实故障线路的断路器跳闸前后的故障量变化的反方向等于跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化为动作判据，判断后备保护跳闸线路。

3.一种具有后备功能的小电流接地故障选线方法，其特征是：主保护系统执行故障选线任务，如果主保护系统正确选择出故障线路，跳开选择的故障线路，任务完成；

当主保护系统故障时，由后备保护系统计算各条线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分，积分值大于制动量的对应的线路是故障线路，所述制动量为对应线路的预设整定值和一个与故障特征不平衡量成比例的调整项之和，并将该故障量变化作为动作判据，判断跳闸线路，实现灵敏动作；

4.如权利要求3所述的一种具有后备功能的小电流接地故障选线方法，其特征是：调整项是母线零序电压幅值，或被保护线路零序电流幅值，或被保护线路故障量的绝对值的积分。

5.如权利要求3所述的一种具有后备功能的小电流接地故障选线方法，其特征是：调整项的值为对应被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分与跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分差值的绝对值。

6.如权利要求3所述的一种具有后备功能的小电流接地故障选线方法，其特征是：调整项的值为对应被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化与跳闸线路的断路器跳闸前后的故障量变化之和的绝对值的积分。

7.一种基于权利要求1-2任一项所述的具有后备功能的小电流接地故障选线系统的选线方法，适用于集中式故障选线系统，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：

(2)除去跳闸线路，被保护线路的断路器跳闸前后的故障量变化的绝对值的积分最大。

8.一种基于权利要求1-2任一项所述的具有后备功能的小电流接地故障选线系统的选线方法，适用于集中式故障选线系统，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：

9.如权利要求3所述的一种具有后备功能的小电流接地故障选线方法，其特征是：当主保护系统内跳闸后，如果电压故障量没有消失，则说明故障选线错误，后备保护系统即可投入，不必等待误跳闸线路的重合闸完成。