CN110601157A - 一种间歇性单相接地故障保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间歇性单相接地故障保护方法及装置，适用于配电网线路间歇性单相接地故障的检测和保护，方法包括：实时获取线路零序电流，当零序电流大于间歇性过流保护动作定值时，则保护启动；保护启动后，在保护动作延时时间内，对零序电流脉冲分别进行时间累积判据和次数统计判据的计算，并进行保护启动返回的判断；不满足启动返回条件，且延时时间到达时，若任一判据满足，则进行故障电流检测，一定时间内若检测到故障电流则判定该线路发生了单相接地故障，同时输出告警信号或跳闸动作。采用本发明可以准确识别并切除配电网线路的间歇性单相接地故障，有效解决目前传统零序过流保护无法及时切除间歇性接地故障而导致事故扩大的缺陷。

Description

一种间歇性单相接地故障保护方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统配电网继电保护技术领域，特别是一种间歇性单相接地故障保护方法及装置。

背景技术

目前，中低压配电网中性点经小电阻的接地方式已经在部分地区中得到了广泛应用。但是在实际应用过程中，也发生了间歇性单相接地故障导致中性点接地电阻烧毁的事故。原因主要在于，当线路发生间歇性单相接地故障时，故障是瞬时的且接地电流通常不大，传统的继电保护装置针对出线配置的零序过流保护不动作，故障不能及时被切除，进而导致故障的发展和扩大。

针对上述间歇性单相接地故障引发的问题，学者们也进行了一些相关理论和实践的研究工作，其中，比较有意义的是对接地脉宽进行展宽，从而将间歇性接地故障人为的扩展成连续性接地故障，使得现有的零序过流保护得以满足延时条件而动作。现有技术是对接地脉冲固定进行1s的展宽延时，即两个间歇性接地脉冲之间的延时只要小于1s，就会被当成一个连续性接地脉冲进行处理；如果两个间歇性接地脉冲之间间隔大于1s，则接地脉冲期间启动返回并以后一个接地脉冲产生时重新进行判断。

现有技术确实解决了部分间歇性接地故障带来的问题，但是由于采用了固定展宽时间，导致整个保护动作的时间必然比较长，对于短时间内间歇性接地故障脉冲较多或脉宽持续时间较长的故障，可能会因为故障不能被快速切除而扩展成相间接地故障等，造成故障的扩大。

发明内容

本发明的目的是提供一种间歇性单相接地故障保护方法及装置，适用于配电网线路间歇性单相接地故障的监测和保护，提高保护动作的精准性，使得故障能够被尽快切除。

本发明采取的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种间歇性单相接地故障保护方法，包括：

实时获取线路零序电流数据；

响应于线路零序电流大于间歇性过流保护定值，启动间歇性过流保护，在间歇性过流保护动作时间定值内执行：

a.对间歇性接地故障进行时间累积判据计算；

b.对间歇性接地故障进行次数统计判据计算；

c.计算相邻间歇性接地故障脉冲之间的时间间隔，并响应于所述时间间隔大于设定的时间间隔阈值，结束时间累积判据计算和次数统计判据计算，并执行间歇性过流保护启动返回；

响应于间歇性过流保护启动后的延时时间已达到间歇性过流保护动作时间定值，且间歇性过流保护未启动返回，判断时间累积判据以及次数统计判据是否满足：若满足其一，则获取间歇性过流保护动作时间定值结束后预设时段的线路零序电流数据；否则执行间歇性过流保护启动返回；

响应于所述预设时段内出现故障电流，判定线路发生间歇性单相接地故障，输出故障告警信号或保护动作控制信号。

在对线路零序电流进行实时采集监测的过程中，线路零序电流的计算为现有技术，间歇性接地故障脉冲即零序电流值大于间歇性过流保护定值的零序电流脉冲。在间歇性过流保护动作时间定值内执行的a、b、c操作无先后顺序限制。

可选的，所述时间累积判据计算为，对间歇性过流保护动作时间定值内的间歇性接地故障脉冲的脉宽进行累加；

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值时，若满足下式，视为时间累积判据满足：

其中，Δt_i为间歇性过流保护动作时间定值t_set内第i个接地故障脉冲的脉宽，n为接地故障脉冲的个数，λ为时间比例系数，可取20％左右。

可选的，所述次数统计判据为，对间歇性过流保护动作时间定值t_set内的间歇性接地故障脉冲出现的次数进行累加；

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值时，若满足下式，视为次数统计判据满足：

n≥n_set

其中，n为间歇性过流保护动作时间定值内间歇性接地故障脉冲出现的次数，n_set为预设的次数门槛值，如按照每秒5次脉冲计算，可得次。

可选的，所述相邻间歇性接地故障脉冲之间的时间间隔阈值为1s。

可选的，间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值后，若时间累积判据或次数统计判据满足，则持续预设时段t_set1获取间歇性过流保护动作时间定值结束后的线路零序电流数据；预设时段t_set1满足：

t_set1＝2*Δt_max，且t_set1∈[0.2，1]s

其中，Δt_max为间歇性过流保护动作时间定值t_set内相邻两个间歇性接地故障脉冲间隔时间的最大值。

可选的，本发明方法中，间歇性过流保护动作时间定值t_set大于线路零序过流II段保护或零序过流III段保护的时间定值。可实现间歇性过流保护定值设定与零序过流保护配合，从而可实现当线路发生的是连续性单相接地故障时，由零序过流II段保护或零序过流III段保护动作跳开故障线路。

另一方面，本发明还公开一种间歇性单相接地故障保护装置，包括：

零序电流实时获取模块，用于实时获取线路零序电流数据；

保护动作时间定值内故障判别模块，用于响应于线路零序电流大于间歇性过流保护定值，启动间歇性过流保护，在间歇性过流保护动作时间定值内执行：

a.对间歇性接地故障进行时间累积判据计算；

b.对间歇性接地故障进行次数统计判据计算；

c.计算相邻间歇性接地故障脉冲之间的时间间隔，并响应于所述时间间隔大于设定的时间间隔阈值，结束时间累积判据计算和次数统计判据计算，并执行间歇性过流保护启动返回；

保护动作时间定值外故障判别模块，响应于间歇性过流保护启动后的延时时间已达到间歇性过流保护动作时间定值，且间歇性过流保护未启动返回，判断时间累积判据以及次数统计判据是否满足：若满足其一，则获取间歇性过流保护动作时间定值结束后预设时段的线路零序电流数据，判断是否出现故障电流；否则执行间歇性过流保护启动返回；

以及故障判别结果输出模块，用于响应于所述预设时段内出现故障电流，判定线路发生间歇性单相接地故障，输出故障告警信号或保护动作控制信号。

在对线路零序电流进行实时采集监测的过程中，线路零序电流的计算为现有技术，间歇性接地故障脉冲即零序电流值大于间歇性过流保护定值的零序电流脉冲。

可选的，所述时间累积判据计算为，对间歇性过流保护动作时间定值内的间歇性接地故障脉冲的脉宽进行累加；

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值时，若满足下式，视为时间累积判据满足：

其中，Δt_i为间歇性过流保护动作时间定值t_set内第i个接地故障脉冲的脉宽，n为接地故障脉冲的个数，λ为时间比例系数，可取20％左右。

可选的，所述次数统计判据为，对间歇性过流保护动作时间定值t_set内的间歇性接地故障脉冲出现的次数进行累加；

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值时，若满足下式，视为次数统计判据满足：

n≥n_set

其中，n为间歇性过流保护动作时间定值内间歇性接地故障脉冲出现的次数，n_set为预设的次数门槛值，如按照每秒5次脉冲计算，可得次。

可选的，间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值后，若时间累积判据或次数统计判据满足，则持续预设时段t_set1获取间歇性过流保护动作时间定值结束后的线路零序电流数据；预设时段t_set1满足：

t_set1＝2*Δt_max，且t_set1∈[0.2，1]s

其中，Δt_max为间歇性过流保护动作时间定值t_set内相邻两个间歇性接地故障脉冲间隔时间的最大值。

有益效果

本发明通过在相邻间歇性接地故障脉动间隔判据的基础上，增加故障脉冲时间累积判据和次数统计判据，并在保护动作时间定值结束后继续较短时间对故障电流进行监测，更全面的考虑了线路出现间歇性单相接地故障的特性，从而可以更加准确及时地识别出配电网系统中是否发生了间歇性单相接地故障，为定位故障线路和进一步实现故障的消除或隔离提供准确依据，可有效解决目前传统零序过流保护无法及时切除间歇性接地故障导致事故扩大的缺陷。

附图说明

图1所示为本发明方法的一种实施例流程示意图；

图2所示为时间累积判据计算方法的示意图；

图3所示为次数统计判据计算方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

实施例1

本实施例为一种间歇性单相接地故障保护方法，包括：

实时获取线路零序电流数据；

响应于线路零序电流大于间歇性过流保护定值，启动间歇性过流保护，在间歇性过流保护动作时间定值内执行：

a.对间歇性接地故障进行时间累积判据计算；

b.对间歇性接地故障进行次数统计判据计算；

c.计算相邻间歇性接地故障脉冲之间的时间间隔，并响应于所述时间间隔大于设定的时间间隔阈值，结束时间累积判据计算和次数统计判据计算，并执行间歇性过流保护启动返回；

响应于间歇性过流保护启动后的延时时间已达到间歇性过流保护动作时间定值，且间歇性过流保护未启动返回，判断时间累积判据以及次数统计判据是否满足：若满足其一，则获取间歇性过流保护动作时间定值结束后预设时段的线路零序电流数据，判断是否出现故障电流；

响应于所述预设时段内出现故障电流，判定线路发生间歇性单相接地故障，输出故障告警信号或保护动作控制信号。

参考图1所示，在间歇性过流保护动作时间定值内若不满足保护启动返回条件则持续进行时间累积判据和次数统计判据的计算，直至保护启动延时到达保护动作时间定值，此时若时间累积判据和次数统计判据两者仍不满足则结束当前轮保护判别，继续实时监测线路零序电流，至下一次出现间歇性接地故障脉冲，启动新一轮保护判别。

同样的，若在间歇性过流保护动作时间定值结束后预设时段内，未出现间歇性接地故障脉冲，即所述故障电流，亦结束当前轮保护判别，继续实时监测线路零序电流，至下一次出现间歇性接地故障脉冲，启动新一轮保护判别。

实施例1-1

基于实施例1，结合图1所示，本实施例在进行间歇性单相接地故障判别实现间歇性单相接地故障保护具体包括以下步骤：

步骤S1：实时采集并计算线路的零序电流，当零序电流大于间歇性过流保护定值I_set时，将相应的零序电流脉冲视作间歇性接地故障脉冲，保护启动并转入步骤S2；其中在对线路零序电流进行实时采集监测的过程中，线路零序电流的计算为现有技术。

步骤S2：在预设的间歇性过流保护动作时间定值t_set内，对零序电流脉冲分别进行时间累积判据和次数统计判据的计算，并判断是否满足启动返回条件，若满足启动返回条件，则保护启动返回并结束本次故障判别；若t_set时间内均不满足启动返回条件，则转入步骤S3；

参考图2所示，上述时间累积判据是指在间歇性过流保护动作时间定值t_set内，对每个间歇性接地脉冲的脉宽进行累加，计时结束时根据累加结果是否大于门槛来决定判据条件是否满足，满足下式时视为时间累积判据满足：

其中，Δt_i为第i个间歇性接地故障脉冲的脉宽，n为t_set内间歇性接地故障脉冲的个数，时间比例参数λ取20％，可上下略浮动。

参考图3所示，上述次数统计判据是指在间歇性过流保护动作时间定值t_set内，对每个间歇性接地故障脉冲进行累加，计时结束时根据累加结果是否大于门槛来决定判据条件是否满足，满足下式时视为次数统计判据满足：

n≥n_set

其中，n为统计的接地脉冲总次数，n_set为设定的动作次数门槛，如按照每秒5次脉冲计算，可得次。

保护启动返回条件为在间歇性过流保护动作时间定值t_set内，检测到两个接地故障脉冲之间的间隔时间大于1s，满足保护启动返回条件时则间歇性过流保护启动返回。若直至间歇性过流保护动作时间定值t_set结束时，仍未启动返回，则转入步骤S3。

步骤S3：判断间歇性过流保护动作时间定值t_set达到时计算的时间累积判据和次数统计判据是否满足，若两个判据均不满足则保护启动返回并结束本次故障判别；否则转入步骤S4。

步骤S4：在间歇性过流保护动作时间定值t_set后一个较短时间t_set1内，检测是否出现故障电流，即单相接地故障脉冲，若未检测到故障电流存在，则保护启动返回并结束本次故障判别；否则，检测到故障电流时立即转入步骤S5。

步骤S5：确认线路发生单相接地故障，输出接地告警信号或跳开线路开关控制信号，同时结束本次故障判别，转至步骤S1，并重复步骤S1至S5，实现对线路间歇性单相接地故障的实时监测。

本实施例间歇性过流保护方法还可通过定值设定与零序过流保护配合，从而保证当线路发生的是连续性单相接地故障时，由零序过流II段保护或零序过流III段保护动作跳开故障线路。

与零序过流保护配合时，间歇性过流保护动作时间定值t_set需大于零序过流II段保护或零序过流III段保护的时间定值，以保证系统发生连续性接地故障时由零序过流保护动作进行故障隔离。

本实施例的工作原理如下：

正常运行的配电网系统中，线路偶尔会发生间歇性单相接地故障，每次间歇性单相接地故障发生时，该线路中会产生一定的零序电流，当零序电流大于间歇性保护电流定值时，保护启动并开始进行下述故障条件判别。

如图2所示，为一种间歇性单相接地故障保护方法所用时间累积判据的示意图，对于间歇性接地故障脉冲较少且每个间歇性故障脉冲持续时间较长的情况下，通过时间累积判据将分段的延时时间进行累加并与设定值进行比较判别，可有效避免现有零序过流保护在脉冲间隙返回的情况。

如图3所示，为一种间歇性单相接地故障保护方法所用次数统计判据的示意图，对于间歇性接地故障脉冲连续次数较多且每个间歇性故障脉冲持续时间较短的情况下，通过次数统计判据对间歇性接地故障脉冲的次数进行统计并与设定值进行比较判别，除可有效避免现有零序过流保护在脉冲间隙返回的情况外，还可弥补上述时间累计判据的不足，即对接地故障脉冲频次高而脉宽时间短的情况也可以进行有效识别。

经过上述判据的判别后，若任一判据满足，并且在动作时间到达后的一段时间内检测到故障电流存在，则确认线路发生了间歇性单相接地故障，输出故障指示信号或跳开线路两端开关。

综上所述，本发明可以准确识别出配电网系统中是否发生了间歇性单相接地故障，为定位故障线路和进一步实现故障的消除或隔离提供准确依据，可有效解决目前传统零序过流保护无法及时切除间歇性接地故障导致事故扩大的缺陷。

实施例2

本实施例为一种间歇性单相接地故障保护装置，包括：

零序电流实时获取模块，用于实时获取线路零序电流数据；

保护动作时间定值内故障判别模块，用于响应于线路零序电流大于间歇性过流保护定值，启动间歇性过流保护，在间歇性过流保护动作时间定值内执行：

a.对间歇性接地故障进行时间累积判据计算；

b.对间歇性接地故障进行次数统计判据计算；

c.计算相邻间歇性接地故障脉冲之间的时间间隔，并响应于所述时间间隔大于设定的时间间隔阈值，结束时间累积判据计算和次数统计判据计算，并执行间歇性过流保护启动返回；

保护动作时间定值外故障判别模块，响应于间歇性过流保护启动后的延时时间已达到间歇性过流保护动作时间定值，且间歇性过流保护未启动返回，判断时间累积判据以及次数统计判据是否满足：若满足其一，则获取间歇性过流保护动作时间定值结束后预设时段的线路零序电流数据；否则执行间歇性过流保护启动返回；

以及故障判别结果输出模块，用于响应于所述预设时段内出现故障电流，判定线路发生间歇性单相接地故障，输出故障告警信号或保护动作控制信号。

本实施例中，时间累积判据、次数统计判据皆可采用实施例1-1的实施方式。

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值后，若时间累积判据或次数统计判据满足，则持续预设时段t_set1获取间歇性过流保护动作时间定值结束后的线路零序电流数据；预设时段t_set1满足：

t_set1＝2*Δt_max，且t_set1∈[0.2，1]s

其中，Δt_max为间歇性过流保护动作时间定值t_set内相邻两个间歇性接地故障脉冲间隔时间的最大值。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种间歇性单相接地故障保护方法，其特征是，包括：

实时获取线路零序电流数据；

响应于线路零序电流大于间歇性过流保护定值，启动间歇性过流保护，在间歇性过流保护动作时间定值内执行：

a.对间歇性接地故障进行时间累积判据计算；

b.对间歇性接地故障进行次数统计判据计算；

c.计算相邻间歇性接地故障脉冲之间的时间间隔，并响应于所述时间间隔大于设定的时间间隔阈值，结束时间累积判据计算和次数统计判据计算，并执行间歇性过流保护启动返回；

响应于间歇性过流保护启动后的延时时间已达到间歇性过流保护动作时间定值，且间歇性过流保护未启动返回，判断时间累积判据以及次数统计判据是否满足：若满足其一，则获取间歇性过流保护动作时间定值结束后预设时段的线路零序电流数据；否则执行间歇性过流保护启动返回；

响应于所述预设时段内出现故障电流，判定线路发生间歇性单相接地故障，输出故障告警信号或保护动作控制信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述时间累积判据计算为，对间歇性过流保护动作时间定值内的间歇性接地故障脉冲的脉宽进行累加；

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值时，若满足下式，视为时间累积判据满足：

其中，Δt_i为间歇性过流保护动作时间定值t_set内第i个接地故障脉冲的脉宽，n为接地故障脉冲的个数，λ为时间比例系数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述次数统计判据为，对间歇性过流保护动作时间定值t_set内的间歇性接地故障脉冲出现的次数进行累加；

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值时，若满足下式，视为次数统计判据满足：

n≥n_set

其中，n为间歇性过流保护动作时间定值内间歇性接地故障脉冲出现的次数，n_set为预设的次数门槛值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述相邻间歇性接地故障脉冲之间的时间间隔阈值为1s。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值后，若时间累积判据或次数统计判据满足，则持续预设时段t_set1获取间歇性过流保护动作时间定值结束后的线路零序电流数据；预设时段t_set1满足：

t_set1＝2*Δt_max，且t_set1∈[0.2，1]s

其中，Δt_max为间歇性过流保护动作时间定值t_set内相邻两个间歇性接地故障脉冲间隔时间的最大值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，间歇性过流保护动作时间定值t_set大于线路零序过流II段保护或零序过流III段保护的时间定值。

7.一种间歇性单相接地故障保护装置，其特征是，包括：

零序电流实时获取模块，用于实时获取线路零序电流数据；

保护动作时间定值内故障判别模块，用于响应于线路零序电流大于间歇性过流保护定值，启动间歇性过流保护，在间歇性过流保护动作时间定值内执行：

a.对间歇性接地故障进行时间累积判据计算；

b.对间歇性接地故障进行次数统计判据计算；

c.计算相邻间歇性接地故障脉冲之间的时间间隔，并响应于所述时间间隔大于设定的时间间隔阈值，结束时间累积判据计算和次数统计判据计算，并执行间歇性过流保护启动返回；

保护动作时间定值外故障判别模块，响应于间歇性过流保护启动后的延时时间已达到间歇性过流保护动作时间定值，且间歇性过流保护未启动返回，判断时间累积判据以及次数统计判据是否满足：若满足其一，则获取间歇性过流保护动作时间定值结束后预设时段的线路零序电流数据；否则执行间歇性过流保护启动返回；

以及故障判别结果输出模块，用于响应于所述预设时段内出现故障电流，判定线路发生间歇性单相接地故障，输出故障告警信号或保护动作控制信号。

8.根据权利要求7所述的间歇性单相接地故障保护装置，其特征是，所述时间累积判据计算为，对间歇性过流保护动作时间定值内的间歇性接地故障脉冲的脉宽进行累加；

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值时，若满足下式，视为时间累积判据满足：

其中，Δt_i为间歇性过流保护动作时间定值t_set内第i个接地故障脉冲的脉宽，n为接地故障脉冲的个数，λ为时间比例系数。

9.根据权利要求7所述的间歇性单相接地故障保护装置，其特征是，所述次数统计判据为，对间歇性过流保护动作时间定值t_set内的间歇性接地故障脉冲出现的次数进行累加；

间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值时，若满足下式，视为次数统计判据满足：

n≥n_set

其中，n为间歇性过流保护动作时间定值内间歇性接地故障脉冲出现的次数，n_set为预设的次数门槛值。

10.根据权利要求7所述的间歇性单相接地故障保护装置，其特征是，间歇性过流保护启动后的延时时间达到间歇性过流保护动作时间定值后，若时间累积判据或次数统计判据满足，则持续预设时段t_set1获取间歇性过流保护动作时间定值结束后的线路零序电流数据；预设时段t_set1满足：

t_set1＝2*Δt_max，且t_set1∈[0.2，1]s

其中，Δt_max为间歇性过流保护动作时间定值t_set内相邻两个间歇性接地故障脉冲间隔时间的最大值。