CN111537838A - 一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法 - Google Patents

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Abstract

一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法，利用检测点处并联电阻投入前的零序测量导纳模值与并联电阻投入后的零序测量导纳模值之比判断检测点相对于接地故障点的方向。该方法利用了并联电阻投入前后全过程的故障信息，在过渡电阻较高时，采用给定零序电压大小的方法，提高了高阻接地时判别结果的可靠性。该方法具有自具性，装置仅利用自身位置的信息即可判别故障方向，对于具备配电自动化系统的线路，终端仅需上传故障方向信息，通信压力小，配合方便，且终端之间不需要精确的同步对时；对于不具备通信条件的配电线路，可通过多级保护延时配合的方式切除故障或装设故障指示器提高巡线效率。

Description

一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法
技术领域
本发明属于配电网故障检测与保护领域，具体为一种灵活接地方式配电网接地故障方向 算法。
背景技术
为了使多数接地故障自动熄弧并可靠切除永久故障，减小接地故障对配电网的影响，南 方电网公司提出可采用消弧线圈并联小电阻接地的灵活接地方式，简称灵活接地方式，同时 依照相关规程出台了《消弧线圈并联小电阻接地装置技术规范(征求意见稿)》，国家电网 公司也正在进行相关论证。灵活接地方式的基本思想是在接地故障初期依赖消弧线圈补偿故 障电流，熄灭瞬时性故障；当故障持续一定时间，判定为永久性故障时，通过投切装置投入 小电阻，以起动线路零序保护切除故障线路或故障区段。
然而，关于灵活接地配电网的接地故障保护与处理，仅有相关规程给出的基本流程，尚 缺乏必要的理论分析，现场保护多直接沿用小电阻接地配电网中传统零序过电流保护，同样 面临高阻接地时保护拒动的问题，且仅利用了小电阻投入后的故障信息，对小电阻投入前消 弧线圈接地方式的故障特征利用不足。消弧线圈并联中电阻法的控制方式和灵活接地方式类 似，其利用中电阻投入前后零序电流幅值或有功分量的差异检测故障线路，但故障特征与并 联小电阻时存在较大差异，保护方法并不适用于灵活接地方式。因此，亟需分析灵活接地方 式下的故障特征，研究新的保护方法，提高高阻接地时保护的灵敏度。
发明内容
本发明提出一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法，根据检测点处并联电阻投入后 零序测量导纳模值|YK|与并联电阻投入前零序测量导纳模值|YN|之比判断检测点相当于故障点 的方向，具体地：
a.若检测点处并联电阻投入后与投入前零序测量导纳的模值比大于整定值Tset，则该检 测点位于故障线路故障点上游；
b.若检测点处并联电阻投入后与投入前零序测量导纳的模值比小于等于整定值Tset或者 检测点处零序电流小于返回值Iset，则该检测点位于故障线路故障点下游或健全线路；
c.设定两种并联电阻投入后零序测量导纳|YK|的计算方法，具体地：
1)若并联电阻投入后零序电压大于门槛值Uset，并联电阻并联电阻投入后零序测量导纳 的计算方法为：|YK|＝IK/UK，其中，IK为并联电阻投入后检测点处流过的零序电流有效值，UK为并联电阻投入后检测点处的零序电压有效值；
2)若并联电阻投入后零序电压小于等于门槛值Uset，并联电阻并联电阻投入后零序测量 导纳的计算方法为：|YK|＝IK/Uset。
上述方案中，零序电流返回值Iset、零序电压门槛值Uset、整定值Tset、
a.零序电流返回值Iset根据零序电流互感器的测量精度进行整定，一般设定为额定电流 的5％。
b.零序电压门槛值Uset根据零序电压互感器或零序电压传感器的测量精度进行整定，一 般设定为额定电压2％；
c.整定值
Figure BDA0002529249570000021
其中，Um为额定相电压，IC为系统电容电流。
本发明的有益效果为：
本发明提出一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法，该方法利用了并联电阻投入前 后全过程的故障信息，且在过渡电阻较高、零序电压较小时，采用给定零序电压大小的方法， 有效避免了高阻接地时零序电压互感器精度问题导致的误判断，提高了判别结果的可靠性， 相比于传统零序过电流保护方法，其耐受过渡电阻能力更高。此外，该方法无需附加一次设 备，具有自具性，即装置仅利用自身位置的信息即可判别故障方向，对于具备配电自动化系 统的线路，终端仅需上传故障方向信息，通信压力小，配合方便，且终端之间不需要精确的 同步对时；对于不具备通信条件的配电线路，可通过多级保护延时配合的方式切除故障或装 设故障指示器提高巡线效率。
附图说明
图1为灵活接地配电网故障方向判别流程图；
图2为Matlab/Simulink仿真模型；
图3为故障点金属性接地仿真波形；
图4为故障点经1000Ω电阻接地仿真波形；
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细说明。
一种灵活接地方式配电网接地方向算法，其故障方向判别流程如图1所示，具体如下：
步骤1：装置启动，测量当前周期的零序电压有效值、零序电流有效值，并计算零序测量 导纳模值，存入Y1；
步骤2：测量下一周期零序电压有效值、零序电流有效值，若零序电压有效值不小于Uset (本实施例取120V)，进一步计算零序测量导纳，存入Y2，进入步骤4；否则，进入步骤3；
步骤3：若零序电流有效值不小于Iset(本实施例取2A)，则给定零序电压有效值为Uset (此处取120V)，并计算零序测量导纳，存入Y2，进入步骤4；否则，判断故障方向为负，流程结束；
步骤4：计算Y2/Y1，若Y2/Y1大于Tset(本实施例取5)，判别故障方向为正，流程结束；否则，判断故障方向为负，并将Y2中的值存入Y1中，进入步骤2。
利用Matlab/Simulink搭建仿真模型，具体如图2所示。该系统为架空-电缆混合线路，共 有5条线路(L1至L5)，其中，线路L5设置3个检测点(Q1至Q3)，将L5分成3个区段，各区段长度均为5km。K1至K3为不同故障点，分别位于各区段中间位置。系统电容电流为 73A，过补偿方式运行，失谐度为-10％，消弧线圈电感为0.229H，各条线路末端统一采用 1MW恒阻抗负载。
电缆线路参数：正/负序参数R＝0.27Ω/km，L＝2.55×10-4H/km，C＝3.76×10-7F/km；零 序参数R＝2.7Ω/km，L＝1.109×10-3H/km，C＝2.76×10-7F/km。架空线路参数：正/负序参数 R＝0.17Ω/km，L＝1.017×10-3H/km，C＝1.15×10-7F/km；零序参数R＝0.32Ω/km，L＝3.56×10-3 H/km，C＝6.2×10-9F/km。
表1为仿真得到的部分不同故障位置、过渡电阻下，各检测点的零序测量导纳特征量及 故障方向判别结果，括号内的值为零序电压小于120V，则给定零序电压值为120V，可见本 文方法能够正确判别故障方向。其中，定义检测点位于故障线路故障点上游时故障方向为正； 检测点位于故障线路故障点下游或健全线路时故障方向为负。
表1不同情况下各检测点的零序导纳特征及故障方向判别结果
Figure BDA0002529249570000031
Figure BDA0002529249570000041
图3、图4分别为K2点发生金属性接地和经1000Ω电阻接地时Q2、Q3处K闭合前后的零序电压、零序电流波形。可见，金属性接地时的零序电压及故障点下游的零序电流变化不大，但故障点上游的零序电流增幅较大；而1000Ω接地时，故障点上、下游的零序电压、零序电流均减小，但故障点上游的零序电流远大于故障点下游，这也从侧面证明了利用零序 电压、零序电流求零序测量导纳作为故障方向判据的有效性。

Claims (4)

1.一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法，其特征在于：根据检测点处并联电阻投入后零序测量导纳模值|YK|与并联电阻投入前零序测量导纳模值|YN|之比作为判断检测点相对于接地故障点方向的判据，具体地：
a.若检测点处并联电阻投入后与投入前零序测量导纳的模值比大于整定值Tset，则该检测点位于故障线路故障点上游；
b.若检测点处并联电阻投入后与投入前零序测量导纳的模值比小于等于整定值Tset或者检测点处零序电流小于返回值Iset，则该检测点位于故障线路故障点下游或健全线路。
c.设定两种并联电阻投入后零序测量导纳|YK|的计算方法，具体地：
1)若并联电阻投入后零序电压大于门槛值Uset，并联电阻投入后零序测量导纳的计算方法为：|YK|＝IK/UK，其中，IK为并联电阻投入后检测点处流过的零序电流有效值，UK为并联电阻投入后检测点处的零序电压有效值；
2)若并联电阻投入后零序电压小于等于门槛值Uset，并联电阻并联电阻投入后零序测量导纳的计算方法为：|YK|＝IK/Uset。
2.如权利要求1所述的一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法，其特征在于：Iset根据零序电流互感器的测量精度进行整定，一般设定为额定电流的5％。
3.如权利要求1所述的一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法，其特征在于：Uset根据零序电压互感器或零序电压传感器的测量精度进行整定，一般设定为额定电压2％。
4.如权利要求1所述的一种灵活接地方式配电网接地故障方向算法，其特征在于：
Figure FDA0002529249560000011
其中，Um为额定相电压，IC为系统电容电流。
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