CN108776284B - 一种小电阻接地系统单相接地故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统配电线路继电保护的技术领域，更具体地，涉及一种基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法。现有小电阻接地系统接地故障保护灵敏度较低，尤其在发生高阻接地故障时零序过电流保护定值过高，易拒动。本发明根据小电阻接地系统中各出线及中性点接地电阻零序电流幅值关系，通过采集流经中性点接地电阻及各出线零序电流后将零序电流信息送至集中式保护装置，在集中式保护装置进行比较，若某条出线零序电流幅值比流经中性点接地电阻零序电流幅值大则判定发生了单相接地故障，若不存在，则认定为母线接地故障，本发明原理简单，可作为现有接地故障的后备保护，并可有效提高小电阻接地系统接地故障保护灵敏度。

Description

一种小电阻接地系统单相接地故障保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统配电线路继电保护的技术领域，更具体地，涉及一种小电阻接地系统单相接地故障保护方法。

背景技术

继电保护是配电网的基础支撑技术，对供电质量有着根本性的影响。国内对于小电阻接地系统故障保护的研究起步较晚，目前，小电阻接地系统主要应用于部分沿海发达城市。

国内关于小电阻接地系统接地故障保护使用故障指示器判定逻辑、小波系数、卡尔曼滤波、零序电压比率制动、基于零序电流波形畸变凹凸性的小电阻接地系统高阻故障检测方法等方法来进行接地故障的识别，实现保护；国外有学者利用信号的多分辨率分析所产生的一系列小波系数的绝对值，人工智能算法，随机性检测系统等方法用于高阻故障检测。但目前小电阻接地系统故障保护的研究仍然存在不足，尤其在系统发生高阻接地故障时现有保护灵敏性较低。

针对此种现状研究一种能够较为快速可靠地实现线路保护的保护方法成为一种趋势，本发明针对小电阻接地系统单相接地故障，尤其是系统发生高阻接地故障时易拒动的问题，分析了中性点及各出线零序电流的幅值特征，提出了一种依据各出线零序电流幅值信息比较的保护方法。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种小电阻接地系统单相接地故障保护方法，基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法。适用于集中式保护装置参与控制，断路器参与动作，特别针对小电阻接地系统发生高阻接地故障时保护易拒动的问题。各出线及中性点接地电阻采集零序电流信息，保护启动后各出线及中性点将零序电流信息发送至集中式保护装置，集中式保护装置比较各出线及中性点接地电阻的零序电流幅值信息识别出故障线路，实现故障保护。

本发明的技术方案是：一种基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法，包括以下步骤：

A.中性点接地电阻及各出线感应零序电流；

B.存在中性点接地电阻或出线零序电流幅值超过I_set保护启动；

C.各出线及中性点接地电阻将零序电流信息发送至集中式保护装置，集中式保护装置比较中性点及各出线零序电流幅值确定故障出线，并控制相应断路器跳闸；

保护判据为：

D.存在中性点接地电阻零序电流大于所有出线中其中一条出线零序电流幅值的十倍以上时，判定系统发生了接地故障；

E.比较各出线与中性点接地电阻的零序电流幅值，若存在某条出线零序电流幅值大于中性点接地电阻零序电流幅值则判定发生单相接地故障；

若不存在零序电流幅值大于中性点接地电阻零序电流幅值的出线，则认定系统发生母线接地故障。

过去在小电阻接地系统中利用保护安装点本身信息进行故障识别，在低阻故障时可以有效保护，但在系统发生高阻接地故障时保护灵敏度不足，针对此种问题本发明提出一种利用比较中性点及各出线零序电流幅值大小实现故障识别的保护方法，有效地解决了高阻接地故障时灵敏度不足的问题，具有很高的工程应用价值。具体方法为：

中性点接地电阻及各出线感应零序电流，存在中性点接地电阻或出线零序电流幅值超过I_set(随实际现场情况不同可设置为1A-2A之间)保护启动，中性点接地电阻及各出线将零序电流信息发送至集中式保护装置，集中式保护装置对中性点接地电阻与各出线零序电流的幅值进行比较，若存在中性点接地电阻零序电流幅值大于所有出线中其中一条出线零序电流的十倍以上，则判定系统发生了接地故障，比较各出线与中性点接地电阻的零序电流，若某条出线零序电流幅值大于中性点接地电阻零序电流幅值则认为系统发生单相接地故障且该条出线为故障线路，集中式保护装置控制该条出线断路器进行动作，切除线路故障，实现保护；若不存在零序电流幅值超过中性点接地电阻零序电流幅值的线路，则认定系统发生母线接地故障，集中式保护装置控制母线进线断路器动作，切除故障，实现故障保护。具体过程为：

1、各出线及中性点接地电阻采集零序电流信息。

小电阻接地系统各出线及中性点接地电阻感应零序电流，零序电流幅值超过I_set保护启动。

2、集中式保护装置收集各出线发送的零序电流信息。

保护启动后，各出线及中性点接地电阻将零序电流信号发送至集中式保护装置，集中式保护装置对各出线与中性点接地电阻的零序电流幅值信息进行比较。

3、集中式保护装置通过比较各出线及中性点接地电阻的零序电流幅值信息，识别故障线路，控制故障线路断路器动作实现故障保护。

集中式保护装置比较各出线与中性点接地电阻的零序电流，当存在中性点接地电阻零序电流幅值大于所有出线中其中一条出线零序电流幅值的十倍时，则判定系统发生了故障，比较各出线与中性点接地电阻的零序电流幅值，零序电流幅值大于中性点接地零序电流的线路认为其是故障线路，集中式保护装置控制该条出线断路器动作，切除线路故障，实现保护；若不存在零序电流幅值大于中性点接地电阻零序电流的线路，则判定系统发生母线接地故障，集中式保护装置控制母线进线断路器动作，切除故障，实现故障保护。

与现有技术相比，有益效果是：本发明基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法，针对小电阻接地系统发生单相接地故障特别是高阻接地故障，该保护方法在金属性接地故障以及非金属性接地故障中均可使用，有效解决了现有保护高阻接地故障易拒动的问题，有效地提高了接地故障保护的灵敏度及可靠性。

附图说明

图1为基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法流程图。

图2为基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法小电阻接地系统单相接地故障零序等效网络。

图3为基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法小电阻接地系统母线接地故障零序等效网络。

图4为基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法单相接地故障各出线及中性点接地电阻零序电流波形图及仿真数据。

图5为基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法母线接地故障各出线及中性点接地电阻零序电流波形图及仿真数据。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如附图1所示是小电阻接地系统单相接地故障保护方法流程图。该系统具体工作流程如下：

各出线及中性点接地电阻一直处于对零序电流信号采样的状态，存在出线或中性点接地电阻零序电流幅值超过I_set保护启动，各出线及中性点接地电阻将零序电流信息发送至集中式保护装置，集中式保护装置接收各出线及中性点接地电阻发送的零序电流信息后对各出线及中性点接地电阻零序电流幅值信息进行比较，当存在中性点接地电阻零序电流大于所有出线中其中一条出线零序电流幅值的十倍以上，判定系统发生了接地故障，再次比较各出线与中性点接地电阻的零序电流，若某条出线零序电流幅值大于中性点接地电阻零序电流则认为其是故障线路，集中式保护装置控制该条线路的断路器进行动作，切除线路故障；若不存在该条出线，则认定系统发生母线接地故障，集中式保护装置控制母线进线断路器动作，切除故障，实现故障保护。

附图2为基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法小电阻接地系统零序等效网络。结合附图2及附图4对此方法进行分析。其中

为故障点虚拟电源的电压，

为故障点故障前相电压，R_f为故障点过渡电阻，R为中性点接地电阻，C_i(i＝0,1,2,...,n)为各出线对地零序电容，

为故障线路的零序电流，

为中性点接地电阻的零序电流，

为各健全线路的零序电流，

为母线零序电压。

系统零序阻抗Z₀等于所有出线对地零序电容与中性点接地零序电阻并联阻抗：

母线处零序电压为：

健全线路零序电流为：

中性点接地电阻零序电流为：

以国内10kV系统的常用参数为例，即中性点接地电阻为10Ω，单条健全电缆线路最大零序电流幅值22.5A，可知系统中性点零序电流与任一健全线路零序电流之比满足：

由此可知流经中性点接地电阻的零序电流为所有出线中其中一条健全线路的零序电流的10倍以上，

故障线路零序电流为

由于健全线路零序电流与中性点接地电阻零序电流相位相差为90°，其合成矢量大于任意一个分量。由此可知故障线路的零序电流幅值大于中性点接地电阻零序电流幅值，则可以证实故障线路零序电流幅值为健全线路的零序电流的10倍以上。

附图3为基于零序电流比较的小电阻接地系统接地故障保护方法小电阻接地系统母线接地故障零序等效网络。结合附图3及附图5对此方法进行分析。

故障点处零序电流为：

中性点接地电阻处零序电流为：

R'_f为母线接地故障过渡电阻，

为健全线路零序电流，

健全线路零序电流表达式为：

系统发生母线接地故障时，零序电流主要集中在母线接地故障点处，各出线均为健全线路，由此可知发生母线接地故障时，过渡电阻改变会对各条出线零序电流幅值变化产生较大影响，但各条出线零序电流幅值之比不变，等于各出线对地电容之比，相位近似相等。

附图4为基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法单相接地故障时各出线与中性点零序电流波形图及仿真数据。设立配电系统电压等级为10kV，取n＝2，即存在两条健全线路，设置电缆线路模型长度为7.5km、10km，设置一条长为10km，建立故障线路过渡电阻为10Ω、150Ω、1000Ω的故障线路，中性点接地电阻为10Ω，取对地电容参数为280×10^-9F/km的仿真模型进行仿真验证。在此波形图及仿真数据中可以发现中性点接地电阻零序电流为任意健全线路零序电流的十倍以上，且中性点接地电阻零序电流幅值小于故障线路。

附图5为基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法母线接地故障各出线与中性点零序电流波形图及仿真数据。设置两条健全电缆线路模型长度为7.5km、10km其他条件与附图5相同的仿真模型进行仿真验证，在此波形图中发现系统发生母线接地故障时，各健全线路零序电流幅值远远小于中性点接地电阻零序电流幅值。根据附图4及附图5可以验证根据各出线与中性点接地电阻零序电流幅值识别故障进行保护这一保护方法的正确性。

由上述分析验证可知所提保护方法的准确性，因此可以通过比较中性点接地电阻及各出线零序电流幅值识别故障类型及故障线路，实现对配电系统的保护。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于零序电流比较的小电阻接地系统单相接地故障保护方法，可提高高阻接地故障保护的可靠性,系统的工作基本流程为：

a.中性点接地电阻及各出线感应零序电流；

b.存在中性点接地电阻或出线零序电流幅值超过I_set保护启动；

c.各出线及中性点接地电阻将零序电流信息发送至集中式保护装置，集中式保护装置比较中性点及各出线零序电流幅值确定故障出线，并控制相应断路器跳闸；

其特征在于：保护判据为：

d.存在中性点接地电阻零序电流大于所有出线中其中一条出线零序电流幅值的十倍以上时，判定系统发生了接地故障；

e.比较各出线与中性点接地电阻的零序电流幅值，若存在某条出线零序电流幅值大于中性点接地电阻零序电流幅值则判定发生单相接地故障；

f.若不存在零序电流幅值大于中性点接地电阻零序电流幅值的出线，则认定系统发生母线接地故障。

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