CN111426908B - 小电流接地系统单相接地故障保护方法、装置及系统 - Google Patents

小电流接地系统单相接地故障保护方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小电流接地系统单相接地故障保护方法、装置及系统，所述方法包括响应发生接地故障的信号；对获取到的母线零模电压进行90°的前移相；对获取到的线路零模电流以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，得到暂态零模电流和暂态零模电压；基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量；基于所述零模电流、零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障。本发明采用了暂态、稳态多信息综合判断方法，克服了分散式单间隔保护、保测装置接地故障误判率高的问题。

Description

小电流接地系统单相接地故障保护方法、装置及系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种小电流接地系统单相接地故障保护方法及装置，尤其涉及一种涵盖CT极性判别的小电流接地系统单相接地故障保护方法、装置及系统。
背景技术
电力系统中性点接地方式主要分为两大类：中性点直接接地(大电流接地系统)和中性点不直接接地(小电流接地系统)。中性点不直接接地包括中性点不接地与中性点经消弧线圈(谐振接地)接地，系统发生单相接地故障时，流过故障点的故障电流很小，因此，也称为小电流接地方式。我国中压配电网多采用小电流接地方式，但因其故障量存在不突出性(接地电流很小，一般仅为数安培)、不确定性(谐振接地系统中消弧线圈补偿电流对工频电流影响)和不稳定性(间歇性接地与弧光接地发生率高)，使得小电流接地故障定位问题至今未得到彻底有效解决。
目前，针对小电流接地系统故障选线这一难题，多采用集中式选线方式，即在变电站，将不接地或经消弧线圈接地侧的所有间隔的零序电流和母线零序电压接入独立的集中选线装置，进行接地故障的检测和定位，集中方式在现有间隔配置保护或保测装置必配的情况下新增设备，给现场的二次回路接线和运维带来不便；按间隔配置的保护或保护测控装置，通过接入各自间隔的零序电流和母线电压进行单相接地故障判断，量测的信息有限，采用的零序有功功率、无功功率以及五次谐波零序功率方向等判断方法受暂态、稳态信息混叠影响等，接地故障定位误判率高；通过各间隔单元保护在接地故障情况下，通过接地故障时保护试跳再重合的模式进行故障线路判断，效率低下，且存在非故障线路短时停电、故障线路不能及时隔离可能带来设备损坏等问题；另外现有的接地故障选线模式对于CT极性均未进行在线检测，进一步加剧了单相接地故障定位不准确的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种小电流接地系统单相接地故障保护方法、装置及系统，采用了暂态、稳态多信息综合判断方法，克服了分散式单间隔保护、保测装置接地故障误判率高的问题。
第一方面，本发明提供了一种小电流接地系统单相接地故障保护方法，包括：
响应发生接地故障的信号；
对获取到的母线零模电压进行90°的前移相；
对获取到的线路零模电流以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量；
基于所述线路零模电流、母线零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障。
可选地，所述接地故障通过以下步骤获得：
当母线零模电压幅值、母线零模电压变化量、线路零模电流幅值、线路零模电流变化量满足下述公式，则认为发生接地故障：
(U0＞U0set或者ΔU0＞ΔU0set)||(I0＞I0set或者ΔI0＞ΔI0set)
其中，U0为母线零模电压幅值；ΔU0为母线零模电压变化量，U0set为母线零模电压定值；ΔU0set为母线零模电压变化量定值；I0为线路零模电流幅值；ΔI0为线路零模电流变化量，I0set为线路零模电流幅值定值；ΔI0set为线路零模电流变化量定值。
可选地，所述对获取到的母线零模电压进行90°的前移相，包括：
基于下述公式对获取到的母线零模电压进行前移相处理：
u0_90(t)＝shift(u0(t))
式中，u0(t)为母线零模电压采样点；u0_90(t)为90°前移相后的零模电压；shift为90°数字移相器。
可选地，所述对获取到的线路零模电流，以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，包括：
采用下述公式对零模电流和移相后的零模电压进行带通滤波，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
i0_filter(t)＝filter(i0(t))
u0_filter(t)＝filter(u0_90(t))
其中，i0_filter(t)为暂态零模电流；i0(t)为零模电流采样点；u0_filter(t)为暂态零模电压；u0_90(t)为移相后的零模电压采样点；filter为滤波处理函数。
可选地，所述暂态过程零模电流偏移直流分量的计算步骤包括：
采用下述公式基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量：
Figure BDA0002433024810000021
式中，IDCoffset(t)为线路零模电流直流量；T为工频周期时间；i0(t)为零模电流采样点。
可选地，所述基于所述零模电流、零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障，包括：
当所述暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量满足下述公式，则判断本线路发生单相接地故障：
"IDCoffset＞IDCoffsetThr"或者"IDir_S与IDir_T方向不一致"
其中，IDCoffset(t)为线路零模电流直流量；IDCoffsetThr为线路零模电流直流量定值；IDir_S为由暂态零模电流、暂态零模电压构成的方向；IDir_T为由线路零模电流、母线零模电压构成的方向。
可选地，所述方法还包括：
若暂态零模电压与暂态零模电流的采样值符号一致，且母线零模电压超前线路零模电流90°，则判该本线路的零序CT“极性接反”，并发出告警信息。
可选地，所述方法还包括：
若暂态零模电压与暂态零模电流的采样值符号相反，则判本线路发生接地故障。
第二方面，本发明提供了一种小电流接地系统单相接地故障保护装置，包括：
响应单元，用于响应发生接地故障的信号；
移相单元，用于对获取到的母线零模电压进行90°的前移相；
特征提取单元，用于对获取到的线路零模电流以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
计算单元，用于基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量；
判断单元，用于基于所述零模电流、零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障。
第三方面，本发明提供了一种小电流接地系统单相接地故障保护系统，包括：存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明采用了线路零模电流及移相后的母线零模电压进行特征频带内的暂态量提取方法，克服经消弧线圈接地系统工频量影响接地故障定位准确性问题；在启动环节采用了母线零模电压和线路零模电流的或门启动，可靠性、灵敏性高；在具体判断过程中采用了暂态、稳态多信息综合判断方法，克服了分散式单间隔保护、保测装置接地故障误判率高的问题。
本发明方法无需添加额外一次设备、也无需其他一次设备动作配合，原理上不受消弧线圈接地系统的影响，方法上自适应于中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统、经高阻接地系统，应用范围广泛，且不存在判断盲区。
本发明提出了母线零模电压进行90°的前移相算法，以克服差分算法仅能对某一特定频率进行90°移相的不足。
本发明在故障过程中即实现对本线路的零序CT极性进行校核，无需故障后提取现场故障录波数据以综合分析支路CT极性正确性，无需对开关柜停电校验互感器及二次回路，降低运维成本。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例小电流接地系统单相接地故障保护方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
如图1所示，本发明实施例中提供了一种小电流接地系统单相接地故障保护方法，包括：
响应发生接地故障的信号；
对获取到的母线零模电压进行90°的前移相；
对获取到的线路零模电流以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量；
基于所述线路零模电流、母线零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述接地故障通过以下步骤获得：
当母线零模电压幅值、母线零模电压变化量、线路零模电流幅值、线路零模电流变化量满足下述公式，则认为发生接地故障：
(U0＞U0set或者ΔU0＞ΔU0set)||(I0＞I0set或者ΔI0＞ΔI0set)
其中，U0为母线零模电压幅值；ΔU0为母线零模电压变化量，U0set为母线零模电压定值；ΔU0set为母线零模电压变化量定值；I0为线路零模电流幅值；ΔI0为线路零模电流变化量，I0set为线路零模电流幅值定值；ΔI0set为线路零模电流变化量定值。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述对获取到的母线零模电压进行90°的前移相，包括：
基于下述公式对获取到的母线零模电压进行前移相处理：
u0_90(t)＝shift(u0(t))
式中，u0(t)为母线零模电压采样点；u0_90(t)为90°前移相后的零模电压；shift为90°数字移相器。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述对获取到的线路零模电流，以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，包括：
采用下述公式对零模电流和移相后的零模电压进行带通滤波，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
i0_filter(t)＝filter(i0(t))
u0_filter(t)＝filter(u0_90(t))
其中，i0_filter(t)为暂态零模电流；i0(t)为零模电流采样点；u0_filter(t)为暂态零模电压；u0_90(t)为移相后的零模电压采样点；filter为滤波处理函数。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述暂态过程零模电流偏移直流分量的计算步骤包括：
采用下述公式基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量：
Figure BDA0002433024810000051
式中，IDCoffset(t)为线路零模电流直流量；T为工频周期时间；i0(t)为零模电流采样点。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述基于所述零模电流、零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障，包括：
当所述暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量满足下述公式，则判断本线路发生单相接地故障：
"IDCoffset＞IDCoffsetThr"或者"IDir_S与IDir_T方向不一致"
其中，IDCoffset(t)为线路零模电流直流量；IDCoffsetThr为线路零模电流直流量定值；IDir_S为由暂态零模电流、暂态零模电压构成的方向，即暂态量的方向；IDir_T为由线路零模电流、母线零模电压构成的方向，即稳态量的方向。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述方法还包括：
若暂态零模电压与暂态零模电流的方向一致，且母线零模电压超前线路零模电流90°，则判该本线路的零序CT“极性接反”，并发出告警信息。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述方法还包括：
若暂态零模电压与暂态零模电流的方向相反，则判本线路发生接地故障。
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种小电流接地系统单相接地故障保护装置，包括：
响应单元，用于响应发生接地故障的信号；
移相单元，用于对获取到的母线零模电压进行90°的前移相；
特征提取单元，用于对获取到的线路零模电流以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
计算单元，用于基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量；
判断单元，用于基于所述零模电流、零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障。
其余部分均与实施例1相同。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种小电流接地系统单相接地故障保护系统，包括：存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述方法的步骤。
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。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种小电流接地系统单相接地故障保护方法，其特征在于，包括：
响应发生接地故障的信号；
对获取到的母线零模电压进行90°的前移相；
对获取到的线路零模电流以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量；
基于所述线路零模电流、母线零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障；
所述接地故障通过以下步骤获得：
当母线零模电压幅值、母线零模电压变化量、线路零模电流幅值、线路零模电流变化量满足下述公式，则认为发生接地故障：
(U0>U0set或者ΔU0>ΔU0set)||(I0>I0set或者ΔI0>ΔI0set)
其中，U0为母线零模电压幅值；ΔU0为母线零模电压变化量，U0set为母线零模电压定值；ΔU0set为母线零模电压变化量定值；I0为线路零模电流幅值；ΔI0为线路零模电流变化量，I0set为线路零模电流幅值定值；ΔI0set为线路零模电流变化量定值；
所述基于所述线路零模电流、母线零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障，包括：
当所述暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量满足下述公式，则判断本线路发生单相接地故障：
"IDCoffset>IDCoffsetThr"或者"IDir_S与IDir_T方向不一致"
其中，IDCoffset(t)为线路零模电流直流量；IDCoffsetThr为线路零模电流直流量定值；IDir_S为由暂态零模电流、暂态零模电压构成的方向；IDir_T为由线路零模电流、母线零模电压构成的方向；
若暂态零模电压与暂态零模电流的采样值符号一致，且母线零模电压超前线路零模电流90°，则判该本线路的零序CT“极性接反”，并发出告警信息；
若暂态零模电压与暂态零模电流的采样值符号相反，则判本线路发生接地故障。
2.根据权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地故障保护方法，其特征在于：所述对获取到的母线零模电压进行90°的前移相，包括：
基于下述公式对获取到的母线零模电压进行前移相处理：
u0_90(t)＝shift(u0(t))
式中，u0(t)为母线零模电压采样点；u0_90(t)为90°前移相后的零模电压；shift为90°数字移相器。
3.根据权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地故障保护方法，其特征在于：所述对获取到的线路零模电流，以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，包括：
采用下述公式对零模电流和移相后的零模电压进行带通滤波，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
i0_filter(t)＝filter(i0(t))
u0_filter(t)＝filter(u0_90(t))
其中，i0_filter(t)为暂态零模电流；i0(t)为零模电流采样点；u0_filter(t)为暂态零模电压；u0_90(t)为移相后的零模电压采样点；filter为滤波处理函数。
4.根据权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地故障保护方法，其特征在于：所述暂态过程零模电流偏移直流分量的计算步骤包括：
采用下述公式基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量：
Figure FDA0003579001190000021
式中，IDCoffset(t)为线路零模电流直流量；T为工频周期时间；i0(t)为零模电流采样点。
5.一种小电流接地系统单相接地故障保护装置，其特征在于，包括：
响应单元，用于响应发生接地故障的信号；
移相单元，用于对获取到的母线零模电压进行90°的前移相；
特征提取单元，用于对获取到的线路零模电流以及移相后的母线零模电压，进行特征频带内的暂态量提取，得到暂态零模电流和暂态零模电压；
计算单元，用于基于获取到的线路零模电流，计算出暂态过程零模电流偏移直流分量；
判断单元，用于基于所述零模电流、零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障；
所述接地故障通过以下步骤获得：
当母线零模电压幅值、母线零模电压变化量、线路零模电流幅值、线路零模电流变化量满足下述公式，则认为发生接地故障：
(U0>U0set或者ΔU0>ΔU0set)||(I0>I0set或者ΔI0>ΔI0set)
其中，U0为母线零模电压幅值；ΔU0为母线零模电压变化量，U0set为母线零模电压定值；ΔU0set为母线零模电压变化量定值；I0为线路零模电流幅值；ΔI0为线路零模电流变化量，I0set为线路零模电流幅值定值；ΔI0set为线路零模电流变化量定值；
所述基于所述线路零模电流、母线零模电压、暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量，综合判断确定本线路是否发生单相接地故障，包括：
当所述暂态零模电流、暂态零模电压和暂态过程零模电流偏移直流分量满足下述公式，则判断本线路发生单相接地故障：
"IDCoffset>IDCoffsetThr"或者"IDir_S与IDir_T方向不一致"
其中，IDCoffset(t)为线路零模电流直流量；IDCoffsetThr为线路零模电流直流量定值；IDir_S为由暂态零模电流、暂态零模电压构成的方向；IDir_T为由线路零模电流、母线零模电压构成的方向；
若暂态零模电压与暂态零模电流的采样值符号一致，且母线零模电压超前线路零模电流90°，则判该本线路的零序CT“极性接反”，并发出告警信息；
若暂态零模电压与暂态零模电流的采样值符号相反，则判本线路发生接地故障。
6.一种小电流接地系统单相接地故障保护系统，其特征在于，包括：存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～4中任一项所述方法的步骤。
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