CN109283428A - 一种基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法 - Google Patents

一种基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当配电网异常运行时，利用零序电压的电压变化梯度及梯度和确定是否发生单相接地故障。若发生故障，采集馈线的零序电流及母线的零序电压，在短时窗内对零序分量采用小波变换，提取零序分量低频带的小波系数并利作SOD变换，分别获取零序电流低频带小波系数的SOD变换及零序电压低频带小波系数的的SOD变换，将二者相乘，构成保护判别式，根据判别式首个非零值的正负判断馈线是否发生单相接地故障。本发明利用母线零序电压梯度和作为单相接地故障暂态量保护的启动，极大的提高了保护的速动性及灵敏性。

Description

一种基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态 量保护方法
技术领域
本发明涉及一种基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
谐振接地配电网发生单相接地故障后仍可继续运行2h，也并未要求配置单相接地保护，但随着配电网中电缆线路占比的增加，单相接地故障电容电流随之增大，非故障相对地电压升高会引起弧光过电压，易发展为相间短路。如果配置单相接地保护，无疑对提高配网运行安全性和可靠性是有益的。单相接地故障暂态量保护仅根据本馈出线路的暂态电气信息来判别该条馈线是否发生了单相接地故障，即把馈出线路分为单相接地故障和未故障两个模态，若判断发生单相接地故障，则及时切除故障线路，满足保护独立配置，独立运行的要求。谐振接地系统发生单相接地故障后，虽然检测到的故障稳态电流很小，但可利用短时窗内零序分量的暂态量构建馈线单相接地故障暂态量保护，并与重合闸配合建立单相接地故障自动重合闸技术。因此快速可靠的跳开故障馈线，有利于配电网的运行安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对配电网馈线发生单相接地故障保护现有的技术问题，提供一种原理简单、各种故障情况下均能正确保护动作的基于零序分量SOD(SequentialOverlapping Derivative)变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法。
本发明的技术方案是：一种基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法，当配电网异常运行时，利用零序电压的电压梯度变化及梯度和确定是否发生单相接地故障；若发生单相接地故障，采集馈线的零序电流及母线零序电压，在短时窗内分别对零序电压及零序电流作小波变换，提取零序电压及零序电流低频带的小波系数并作SOD变换，分别获取零序电流低频带小波系数的SOD变换及零序电压低频带小波系数的SOD变换，将二者相乘，构成保护判别式；当继电保护检测到判别式首个非零值小于0，判断馈线发生单相接地故障，否则判断馈线未发生故障。
具体步骤为：
(1)利用母线零序电压相邻两个采样值之差构造电压变化梯度cdif(k)，则零序电压的电压变化梯度为：
cdif(n)＝[u0(n)-u0(n-1)]/Δt (1)
式(1)中，u0(k)为母线零序电压，n为瞬时采样数，Δt表示采样间隔，以ms为单位；
(2)当零序电压梯度和E(k)大于设定的阈值，则判定系统发生单相接地故障，即零序电压梯度和为：
式(2)中，K表示时窗内的采样点数，即为定值6；k表示采样数，大于K；
(3)当判定系统发生单相接地故障时，采集馈线的零序分量，因缆线混合的谐振接地系统其自由振荡频率在300～3000Hz，故利用db4小波对零序分量作2层分解，提取零序分量0～2.5kHz频带下的小波系数；
(4)对零序分量0～2.5kHz频带下的小波系数作4阶SOD变换，零序电流低频带小波系数的SOD变换Si(n)及零序电压低频带小波系数的SOD变换Su(n)分别为：
Si(n)＝i0a2(n)-4×i0a2(n-1)+6×i0a2(n-2)-4×i0a2(n-3)+i0a2(n-4) (3)
Su(n)＝u0a2(n)-4×u0a2(n-1)+6×u0a2(n-2)-4×u0a2(n-3)+u0a2(n-4) (4)
式(3)中，i0a2表示馈线零序电流0～2.5kHz频带下的小波系数；式(4)中，u0a2表示馈线零序电压0～2.5kHz频带下的小波系数；
(5)根据零序电流低频带小波系数的SOD变换Si(n)及零序电压低频带小波系数的SOD变换Su(n)，形成保护判别式SP(n)：
SP(n)＝Su(n)×Si(n) (5)
(6)利用保护判别式SP(n)形成线路单相接地保护判据：
即SP(n)的第一个非零值为小于0时，判断该馈线发生单相接地故障；
当SP(n)的第一个非零值大于0时，该馈线未发生单相接地故障。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用母线零序电压梯度和作为单相接地故障暂态量保护的启动，极大的提高了保护的速动性及灵敏性；
2、本发明利用了故障后的暂态信息，此时消弧线圈还未对系统进行补偿，因此该方法避免了消弧线圈补偿作用的影响；
3、本发明使用的保护判据是基于SP(n)第一个非零值的正负来确定馈线是否发生单相接地故障，无需设定阈值，保证了继电保护的选择性及可靠性。
附图说明
图1是本发明用于仿真的小电流接地系统结构图；其中，G为无限大电源，T为主变压器，Tz为Z字型变压器，L为消弧线圈，R为消弧线圈的阻尼电阻；
图2是本发明实施例2母线零序电压梯度和图；
图3是本发明实施例2判别式SP(n)的波形图；
图4是本发明实施例3母线零序电压梯度和图；
图5是本发明实施例3判别式SP(n)的波形图；
图6是本发明实施例4母线零序电压梯度和图；
图7是本发明实施例4判别式SP(n)的波形图。
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。
实施例1：、一种基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法，当配电网异常运行时，利用零序电压的电压梯度变化及梯度和确定是否发生单相接地故障；若发生单相接地故障，采集馈线的零序电流及母线零序电压，在短时窗内分别对零序电压及零序电流作小波变换，提取零序电压及零序电流低频带的小波系数并作SOD变换，分别获取零序电流低频带小波系数的SOD变换及零序电压低频带小波系数的SOD变换，将二者相乘，构成保护判别式；当继电保护检测到判别式首个非零值小于0，判断馈线发生单相接地故障，否则判断馈线未发生故障。
具体步骤为：
(1)利用母线零序电压相邻两个采样值之差构造电压变化梯度cdif(k)，则零序电压的电压变化梯度为：
cdif(n)＝[u0(n)-u0(n-1)]/Δt (1)
式(1)中，u0(k)为母线零序电压，n为瞬时采样数，Δt表示采样间隔，以ms为单位；
(2)当零序电压梯度和E(k)大于设定的阈值，则判定系统发生单相接地故障，即零序电压梯度和为：
式(2)中，K表示时窗内的采样点数，k表示采样数，大于K；
(3)当判定系统发生单相接地故障时，采集馈线的零序分量，利用db4小波对零序分量作2层分解，提取零序分量0～2.5kHz频带下的小波系数；
(4)对零序分量0～2.5kHz频带下的小波系数作4阶SOD变换，零序电流低频带小波系数的SOD变换Si(n)及零序电压低频带小波系数的SOD变换Su(n)分别为：
Si(n)＝i0a2(n)-4×i0a2(n-1)+6×i0a2(n-2)-4×i0a2(n-3)+i0a2(n-4) (3)
Su(n)＝u0a2(n)-4×u0a2(n-1)+6×u0a2(n-2)-4×u0a2(n-3)+u0a2(n-4) (4)
式(3)中，i0a2表示馈线零序电流0～2.5kHz频带下的小波系数；式(4)中，u0a2表示馈线零序电压0～2.5kHz频带下的小波系数；
(5)根据零序电流低频带小波系数的SOD变换Si(n)及零序电压低频带小波系数的SOD变换Su(n)，形成保护判别式SP(n)：
SP(n)＝Su(n)×Si(n) (5)
(6)利用保护判别式SP(n)形成线路单相接地保护判据：
即SP(n)的第一个非零值为小于0时，判断该馈线发生单相接地故障；
当SP(n)的第一个非零值大于0时，该馈线未发生单相接地故障。
实施例2：如图1所示110kV/35kV缆线混合配电网单相接地故障仿真模型，含有3条纯架空线路，2条纯电缆线路及1条缆线混合线路。Z字型变压器中性点通过消弧线圈串联电阻接地，继电保护的采样率为10kHz。设置馈线L1距离母线7公里处发生单相接地故障，接地电阻为100Ω，故障初相角为90°，本例的基于零序分量SOD变换的馈线出口处单相接地保护方法的具体步骤如下：
按照步骤(1)及步骤(2)，计算电压变换梯度及零序电压梯度和，零序电压梯度和如图2所示，零序电压梯度和大于设定的阈值时，判定发生单相接地故障。
确定谐振接地系统发生单相接地故障后，对馈线故障后1.5ms时窗内的零序电流及母线零序电压采用小波变换，提取零序电压及零序电流0～2.5kHz频带的小波系数并作4阶SOD变换，继电保护R1～R6的波形如图3所示。
根据暂态量保护判据，SP(n)的第一个非零值为小于0时，判断该馈线发生单相接地故障；当SP(n)的第一个非零值大于0时，该馈线未发生单相接地故障。继电保护R1～R6的首个非零值分别为：-0.1724，0.0466，0.0043，0.0351，0.0071，0.0802，则判定线路L1发生故障，线路L2未发生故障，线路L3未发生故障，线路L4未发生故障，线路L5未发生故障，线路L6未发生故障。
实施例3：110kV/35kV谐振接地系统配电网单相接地故障仿真模型与例1相同，馈线L6在距离母线4km处单相接地故障，接地电阻200Ω，故障初相角角60°。
按例1相同的方法，零序电压梯度和如图4所示，对馈线故障后1.5ms时窗内的零序电流及母线零序电压采用小波变换，提取零序电压及零序电流0～2.5kHz频带的小波系数并作4阶SOD变换，继电保护R1～R6的波形如图5所示。
根据暂态量保护判据，SP(n)的第一个非零值为小于0时，判断该馈线发生单相接地故障；当SP(n)的第一个非零值大于0时，该馈线未发生单相接地故障。继电保护R1～R6的首个非零值分别为：0.0020，0.0274，0.0036，0.0335，0.0049，-0.0711，则判定线路L1未发生故障，线路L2未发生故障，线路L3未发生故障，线路L4未发生故障，线路L5未发生故障，线路L6发生故障。
实施例4：110kV/35kV谐振接地系统配电网单相接地故障仿真模型与例1相同，馈线L4距离母线16km处发生单相接地故障，接地电阻1200Ω，故障角-30°。
按例1相同的方法，零序电压梯度和如图6所示，对馈线故障后1.5ms时窗内的零序电流及母线零序电压采用小波变换，提取零序电压及零序电流0～2.5kHz频带的小波系数并作4阶SOD变换，继电保护R1～R6的波形如图7所示。
根据暂态量保护判据，SP(n)的第一个非零值为小于0时，判断该馈线发生单相接地故障；当SP(n)的第一个非零值大于0时，该馈线未发生单相接地故障。继电保护R1～R6的首个非零值分别为：0.0012，0.0278，0.0017，-0.0530，0.0022，0.0208，则判定线路L1未发生故障，线路L2未发生故障，线路L3发生故障，线路L4未发生故障，线路L5未发生故障，线路L6未发生故障。
以上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)

1.一种基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法，其特征在于：当配电网异常运行时，利用零序电压的电压梯度变化及梯度和确定是否发生单相接地故障；若发生单相接地故障，采集馈线的零序电流及母线零序电压，在短时窗内分别对零序电压及零序电流作小波变换，提取零序电压及零序电流低频带的小波系数并作SOD变换，分别获取零序电流低频带小波系数的SOD变换及零序电压低频带小波系数的SOD变换，将二者相乘，构成保护判别式；当继电保护检测到判别式首个非零值小于0，判断馈线发生单相接地故障，否则判断馈线未发生故障。
2.根据权利要求1所述的基于零序分量高阶差分变换的馈线出口处单相接地暂态量保护方法，其特征在于具体步骤为：
(1)利用母线零序电压相邻两个采样值之差构造电压变化梯度cdif(k)，则零序电压的电压变化梯度为：
cdif(n)＝[u0(n)-u0(n-1)]/Δt (1)
式(1)中，u0(k)为母线零序电压，n为瞬时采样数，Δt表示采样间隔，以ms为单位；
(2)当零序电压梯度和E(k)大于设定的阈值，则判定系统发生单相接地故障，即零序电压梯度和为：
式(2)中，K表示时窗内的采样点数，k表示采样数，大于K；
(3)当判定系统发生单相接地故障时，采集馈线的零序分量，利用db4小波对零序分量作2层分解，提取零序分量0～2.5kHz频带下的小波系数；
(4)对零序分量0～2.5kHz频带下的小波系数作4阶SOD变换，零序电流低频带小波系数的SOD变换Si(n)及零序电压低频带小波系数的SOD变换Su(n)分别为：
Si(n)＝i0a2(n)-4×i0a2(n-1)+6×i0a2(n-2)-4×i0a2(n-3)+i0a2(n-4) (3)
Su(n)＝u0a2(n)-4×u0a2(n-1)+6×u0a2(n-2)-4×u0a2(n-3)+u0a2(n-4) (4)
式(3)中，i0a2表示馈线零序电流0～2.5kHz频带下的小波系数；式(4)中，u0a2表示馈线零序电压0～2.5kHz频带下的小波系数；
(5)根据零序电流低频带小波系数的SOD变换Si(n)及零序电压低频带小波系数的SOD变换Su(n)，形成保护判别式SP(n)：
SP(n)＝Su(n)×Si(n) (5)
(6)利用保护判别式SP(n)形成线路单相接地保护判据：
即SP(n)的第一个非零值为小于0时，判断该馈线发生单相接地故障；
当SP(n)的第一个非零值大于0时，该馈线未发生单相接地故障。
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