CN109444644A - 基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，适用于一条母线带多条进、出线的配电网系统，具体为，计算系统零序电压，当大于设定启动定值时启动接地故障判别；计算零序差动电流、零序制动电流以及二者的比值；判别并确认为母线接地故障，输出母线接地告警信号并结束本次选线判别；对于线路接地故障，确定线路暂态零序电流能量最大的为接地线路。采用本发明可以准确区分出配电网系统中发生的母线接地故障和线路接地故障，对于线路接地故障可以准确识别出接地线路，可以有效避免系统中某条线路CT极性接反导致误选的情况，并且适用于中性点采用不同接地方式的配电网系统，具有广泛的应用范围和应用前景。

Description

基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法

技术领域

本发明涉及一种基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，属于电力系统配电网继电保护技术领域。

背景技术

我国中低压配电网系统普遍采用中性点不直接接地(小电流接地)的运行方式，其发生单相接地故障时，由于不构成低阻抗的短路回路，接地故障稳态电流较小，多数情况下可以自动熄弧，但由于配电网与人们的生产生活联系密切，发生接地短路故障时存在一定的安全隐患，为防止绝缘破坏引发的相间短路及防止事故的扩大，系统在发生单相接地故障时，要求能够准确地选出故障线路，并予于快速切除。

很多学者对于配电网发生单相接地故障后的选线问题进行过详细的理论研究，并且也提出过很多不同的理论，基于相应理论生产的接地选线装置试验中的选线准确率达到了90％以上。然而，大部分接地选线装置在变电站现场使用过程中，受现场条件或真实运行环境的影响，实际选线准确率不到50％。

对于中性点经消弧线圈接地的配电网系统，由于消弧线圈的接入，系统发生单相接地故障并进入稳态后，系统的零序电流会受到消弧线圈补偿电流的影响，这对基于零序电流进行选线的装置选线准确率产生了不利影响。此外，系统中某条线路CT极性接反时也会对现有的部分选线方法产生一定的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，用于一条母线带多条进、出线路的配电网系统中发生单相接地故障时进行故障的准确识别，为进一步处理接地故障提供准确的依据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，适用于一条母线带多条进、出线的配电网系统，包括以下步骤：

1)实时计算系统零序电压并与设定的零序电压启动定值比较，当系统零序电压大于设定的零序电压启动定值时启动接地故障判别并转入步骤2)；

2)利用启动接地故障判别后各条线路的暂态零序电流采样值，计算系统的零序差动电流、零序制动电流以及二者的比值，然后转入步骤3)；

3)判断所述步骤2)计算的零序制动电流是否满足启动条件，若满足则转入步骤4)，否则结束本次选线判别；

4)将所述步骤2)计算的零序差动电流与零序制动电流的比值与设定的比率制动系数进行比较，若判别并确认为母线接地故障则转入步骤5)，否则转入步骤6)；

5)输出母线接地告警信号并结束本次选线判别；

6)计算每条线路的暂态零序电流能量，然后转入步骤7)；

7)根据暂态零序电流能量的大小确定接地线路、输出选线结果并结束本次选线判别。

前述的步骤2)中，系统的零序差动电流为系统中母线上所有进、出线路暂态零序电流采样值之和；系统的零序制动电流为系统中母线上所有进、出线路暂态零序电流采样值的绝对值之和，计算如下：

I_0cd＝i_0c1+i_0c2+…+i_0ck

I_0zd＝|i_0c1|+|i_0c2|+…+|i_0ck|

其中，I_0cd为零序差动电流，I_0zd为零序制动电流，i_0c1、i_0c2、…、i_0ck分别为线路1、线路2、…、线路k的暂态零序电流采样值。

前述的步骤3)中，启动条件为，零序制动电流大于零序制动电流门槛值，如下式：

I_0zd>I_{0zd_set}

其中，I_{0zd_set}为零序制动电流门槛值。

前述的零序制动电流门槛值满足下式：

I_{0zd_set}>I_{0zd_max}·k_rel

其中，I_{0zd_max}为配电网系统正常运行时零序制动电流能达到的最大值，k_rel为可靠系数。

前述的步骤4)中，判别为母线接地故障的方式如下：

当满足下式时，初步判断系统发生了母线接地故障，否则判定为系统发生了线路接地故障：

其中，K为计算的比率制动系数，K_set为比率制动系数的设定值；

在初步判断为母线接地故障的基础上，如果满足下式，则确认为系统发生了母线接地故障，否则判定为线路接地故障且判定为发生接地故障的线路零序CT接反：

其中，k_r为返回系数。

前述的步骤6)中，线路暂态零序电流能量计算如下：

其中，E_0k为第k条线路的暂态零序电流能量，I_{0k_0}、I_{0k_1}、…、为零序电压启动后第k条线路半个周期内的暂态零序电流采样值，N为每个采样周期内的采样点个数。

前述的步骤7)中，接地线路的确定方法为：暂态零序电流能量值最大的线路判定为接地线路。

本发明所达到的有益效果是：

本发明可以准确区分出配电网系统中发生的母线接地故障和线路单相接地故障，对于线路单相接地故障可以准确识别出接地线路，从而为进一步对接地故障进行有效处理提供依据；本发明还可以有效避免系统中某条线路CT极性接反导致误选的情况，并且适用于中性点采用不同接地方式的配电网系统，具有广泛的应用范围和应用前景。

附图说明

图1是本发明基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种适用于配电网的单相断线故障检测方法，适用于一条母线带多条进、出线的配电网系统，具体包括以下步骤：

步骤1：实时计算系统零序电压，并与设定的零序电压启动定值比较，当系统零序电压大于设定的零序电压启动定值时，启动接地故障判别并执行步骤2；

步骤2：利用启动接地故障判别后各条线路的暂态零序电流采样值，计算系统的零序差动电流、零序制动电流以及二者的比值，然后进入步骤3；

系统的零序差动电流为系统中母线上所有进、出线路暂态零序电流采样值之和；系统的零序制动电流为系统中母线上所有进、出线路暂态零序电流采样值的绝对值之和，零序差动电流和零序制动电流的计算如下：

I_0cd＝i_0c1+i_0c2+…+i_0ck

I_0zd＝|i_0c1|+|i_0c2|+…+|i_0ck|

式中：I_0cd为零序差动电流，I_0zd为零序制动电流，i_0c1、i_0c2、…、i_0ck分别为线路1、线路2、…、线路k的暂态零序电流采样值。

步骤3：判断计算出的零序制动电流是否满足大于零序制动电流门槛值的启动条件，若满足条件则执行步骤4，否则结束本次选线判别；

零序制动电流大于零序制动电流门槛值判别如下式：

I_0zd>I_{0zd_set}

式中：I_{0zd_set}为零序制动电流门槛值。

零序制动电流门槛值I_{0zd_set}的整定以躲过配电网正常运行时系统零序制动电流能达到的最大值为标准，即满足下式：

I_{0zd_set}>I_{0zd_max}·k_rel

式中：I_{0zd_max}为配电网系统正常运行时零序制动电流能达到的最大值，k_rel为可靠系数。

步骤4：将计算出的零序差动电流与零序制动电流的比值与设定的比率制动系数进行比较，若判别并确认为母线接地故障则执行步骤5，否则执行步骤6；

当系统零序差动电流与零序制动电流的比值大于设定的比率制动系数时，初步判断系统发生了母线接地故障，否则判定为系统发生了线路接地故障。母线接地故障初步判别条件如下式：

式中：K为计算出的比率制动系数，K_set为比率制动系数的设定值。

在初步判断为母线接地故障的基础上，如果暂态零序电流绝对值的最大值小于暂态零序制动电流的一半，则确认为母线接地故障，否则判定为线路接地故障且发生接地故障的线路零序CT接反了。

母线接地故障确认判据如下式：

式中：k_r为返回系数。

步骤5：输出母线接地告警信号并结束本次选线判别。

步骤6：计算每条线路的暂态零序电流能量，然后执行步骤7；

线路暂态零序电流能量包括但不限于半周期零序电流平方积，即零序电压启动后半周期内零序电流采样值的平方和，计算如下：

式中：E_0k为第k条线路的暂态零序电流能量，I_{0k_0}、I_{0k_1}、…、为零序电压启动后第k条线路半个周期内的暂态零序电流采样值，N为每个采样周期内的采样点个数。

步骤7：根据暂态零序电流能量的大小确定接地线路，输出选线结果并结束本次选线判别。

接地线路的确定方法为：暂态零序电流能量值最大的线路判定为接地线路。

本发明的工作原理如下：

正常运行的配电网系统发生单相接地故障时，系统的零序电压升高，当零序电压上升至超过设定的启动电压时，启动接地故障判别。此外，系统发生单相接地故障的暂态过程中，系统中各条线路上均会产生一定的零序电流，如果是母线接地故障，所有线路中的零序电流同方向；如果是线路接地故障，故障线路和非故障线路的零序电流反向。启动接地故障判别后，计算出暂态零序差动电流(母线上所有进、出线路暂态零序电流采样值之和)和暂态零序制动电流(母线上所有进、出线路暂态零序电流采样值的绝对值之和)，通过计算二者的比值并与设定的比率制动系数进行比较可以实现母线接地故障和线路接地故障的区分。为防止系统零序制动电流很小时出现误判，在进行接地故障判别前需对零序制动电流的大小进行判别，只有当零序制动电流大于门槛值时才进行接地故障判别。

当系统中存在某一条线路零序CT极性接反的情况时，假设系统发生的是母线接地故障，计算出的零序差动电流比真实值偏小，偏小的部分即为零序CT反接线路中零序电流的2倍，而计算出的零序制动电流不变，偏小的部分不会对比率制动系数的计算产生很大的影响，因而不会影响到母线接地故障的判别；假设系统发生的是线路接地故障，当零序CT反接的线路为非故障线路时，由于非故障线路上的零序电流较小，因而并不会影响到线路接地故障的判别以及选线的结果；当零序CT反接的线路刚好为发生接地故障的线路时，此时根据比率制动系数的计算会初步判别为母线接地故障，由于故障线路暂态零序电流的绝对值约为非故障线路暂态零序电流绝对值之和，根据母线接地故障的确认判据可以有效避免出现误判的情况，继续判定为线路接地故障，同时可以推断出接地线路的零序CT接反了。

确认为母线接地故障时，可通过母线接地告警信号提示系统进行对应的处理。如果判别为线路接地故障，可以通过暂态能量法进行接地线路的判别，如采用半周期电流平方积进行接地线路判别，具体为半周期内电流采样值的平方和最大的线路被认为是发生接地故障的线路。

此外，对于中性点经消弧线圈接地的配电网系统，为了提取明显的故障特征，采用暂态量零序电流采样值进行差动电流、制动电流和线路能量的计算，可以躲过稳态情况下消弧线圈补偿作用的不利影响，提高选线准确率的同时也提高了选线方法的适用范围。

综上所述，本发明基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，可以准确区分出配电网系统中发生的母线接地故障和线路接地故障，对于线路接地故障可以准确识别出接地线路；本发明还可以有效避免系统中某条线路CT极性接反导致误选的情况，并且适用于中性点采用不同接地方式的配电网系统，具有广泛的应用范围和应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，适用于一条母线带多条进、出线的配电网系统，其特征在于，包括以下步骤：

1)实时计算系统零序电压并与设定的零序电压启动定值比较，当系统零序电压大于设定的零序电压启动定值时启动接地故障判别并转入步骤2)；

2)利用启动接地故障判别后各条线路的暂态零序电流采样值，计算系统的零序差动电流、零序制动电流以及二者的比值，然后转入步骤3)；

3)判断所述步骤2)计算的零序制动电流是否满足启动条件，若满足则转入步骤4)，否则结束本次选线判别；

4)将所述步骤2)计算的零序差动电流与零序制动电流的比值与设定的比率制动系数进行比较，若判别并确认为母线接地故障则转入步骤5)，否则转入步骤6)；

5)输出母线接地告警信号并结束本次选线判别；

6)计算每条线路的暂态零序电流能量，然后转入步骤7)；

7)根据暂态零序电流能量的大小确定接地线路、输出选线结果并结束本次选线判别。

2.根据权利要求1所述的基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤2)中，系统的零序差动电流为系统中母线上所有进、出线路暂态零序电流采样值之和；系统的零序制动电流为系统中母线上所有进、出线路暂态零序电流采样值的绝对值之和，计算如下：

I_0cd＝i_0c1+i_0c2+…+i_0ck

I_0zd＝|i_0c1|+|i_0c2|+…+|i_0ck|

其中，I_0cd为零序差动电流，I_0zd为零序制动电流，i_0c1、i_0c2、…、i_0ck分别为线路1、线路2、…、线路k的暂态零序电流采样值。

3.根据权利要求1所述的基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤3)中，启动条件为，零序制动电流大于零序制动电流门槛值，如下式：

I_0zd>I_{0zd_set}

其中，I_{0zd_set}为零序制动电流门槛值。

4.根据权利要求3所述的基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述零序制动电流门槛值满足下式：

I_{0zd_set}>I_{0zd_max}·k_rel

其中，I_{0zd_max}为配电网系统正常运行时零序制动电流能达到的最大值，k_rel为可靠系数。

5.根据权利要求2所述的基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤4)中，判别为母线接地故障的方式如下：

当满足下式时，初步判断系统发生了母线接地故障，否则判定为系统发生了线路接地故障：

其中，K为计算的比率制动系数，K_set为比率制动系数的设定值；

在初步判断为母线接地故障的基础上，如果满足下式，则确认为系统发生了母线接地故障，否则判定为线路接地故障且判定为发生接地故障的线路零序CT接反：

其中，k_r为返回系数。

6.根据权利要求1所述的基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤6)中，线路暂态零序电流能量计算如下：

其中，E_0k为第k条线路的暂态零序电流能量，为零序电压启动后第k条线路半个周期内的暂态零序电流采样值，N为每个采样周期内的采样点个数。

7.根据权利要求1所述的基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤7)中，接地线路的确定方法为：暂态零序电流能量值最大的线路判定为接地线路。