CN112240966A - 一种故障电流接地判断方法 - Google Patents

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陈�光
许云龙
游建军
王源涛
候伟宏
席颖颖
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XJ Electric Co Ltd
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    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Abstract

一种故障电流接地判断方法，该方法包括通过零序电流故障分量判别故障起始时刻；以当前相和滞后相电流故障分量的差作为该相差动电流，当前相和滞后相电流故障分量的和作为该相的制动电流，计算故障起始时刻半周后差动电流和制动电流的相关系数；并通过比较三相差动电流和制动电流相关系数的绝对值和定值的关系，确定本线路是否为故障线路。该电路故障接地判断方法不受过渡电阻、故障位置的影响，数据窗短，计算量小，动作速度快。

Description

一种故障电流接地判断方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种故障电流接地判断方法。
背景技术
我国配电网广泛采用中性点非有效接地方式，这种运行方式下发生单相接地故障时，其故障电流很小，对电力设备、通信和人身危害小，并且三相之间的线电压基本保持不变，不影响对负载的供电，因此可以电网在单相接地的情况下继续运行一段时间，以避免供电中断对用户的影响。小电流接地故障尽管不会影响电网正常运行，但是由此引起的过电压会危害电网绝缘，可能导致短路故障的扩大，因此，发生了小电流接地故障后应尽快判断出故障线路，以便运行人员及时采取措施加以处理。但由于故障电流特征微弱，电弧不稳定等原因，小电流接地系统的判断问题一直是困扰电力工作者的难题。
因此，为提高小电流接地系统选线的准确率和速度，本发明提出了一种基于故障量差动和制动电流相关系数的故障电流接地判断方法。该判断方法不受中性点接地方式、过渡电阻、故障位置的影响，选线准确率高；数据窗短，计算量小，选线速度快。
发明内容
本发明的目的在于提供一种故障电流接地判断方法，以提高故障电流接地系统判断的准确率和速度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种故障电流接地判断方法，包括如下步骤：
根据零序电流的变化量确定故障起始点；
从故障起始点开始，计算相电流故障分量；
根据相电流故障分量，计算三相差动电流和三相制动电流；
根据所述三相差动电流和三相制动电流，计算两者的相关系数；
根据所述相关系数进行故障电流接地判断。
进一步的，所述根据零序电流的变化量确定故障起始点的步骤包括：
判断是否满足：
|i0(k)-i0(k-N)|＞1.25×|i0(k-N)-i0(k-2N)|+Iset
其中：i0(k)为当前点的零序电流瞬时值，i0(k-N)为一周期前零序电流瞬时值，i0(k-2N)为两周期前零序电流瞬时值，Iset为零序启动电流定值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数；
连续三个点满足以上条件，则启动元件动作，开始进行故障电流接地判断，满足条件的第一个点认为是故障起始点。
进一步的，所述的从故障起始点开始，计算相电流故障分量的步骤包括：
从故障起始时刻开始，以当前采样点瞬时值减去两周期前采样点瞬时值，为相电流故障分量
Figure BDA0002621668570000021
Figure BDA0002621668570000022
其中，
Figure BDA0002621668570000023
为相别，分别为a、b、c相，
Figure BDA0002621668570000024
为相电流的当前采样点的瞬时值，
Figure BDA0002621668570000025
为相电流两周期前采样点的瞬时值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
进一步的，所述根据相电流故障分量，计算三相差动电流和三相制动电流的步骤包括：
三相的差动电流分别按照下式计算：
Figure BDA0002621668570000031
三相制动电流分别按照下式计算：
Figure BDA0002621668570000032
其中：Δia(k)、Δib(k)、Δic(k)分别为三相电流的故障分量，k为采样序号。
进一步的，所述根据所述三相差动电流和三相制动电流，计算两者的相关系数的步骤包括：
从故障起始时刻一定时间后，逐个采样点计算差动电流和制动电流的相关系数
Figure BDA0002621668570000033
计算公式如下：
Figure BDA0002621668570000034
式中，
Figure BDA0002621668570000035
为差动电流的瞬时值，
Figure BDA0002621668570000036
为制动电流的瞬时值，StrNum为故障起始时刻对应的采样序号，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
每个采样点的相关系数由当前点及之前的半个工频周期的差动电流和制动电流计算得到，因此该算法的数据窗为半个工频周期。
进一步的，所述一定时间为10ms。
进一步的，所述根据所述相关系数进行故障电流接地判断的步骤包括：
对于某一采样点，将该点的相关系数的绝对值和一定值进行比较，若该点对应的三相的相关系数中，有两相满足相关系数的绝对值大于定值，则该点为故障点，否则为非故障点，再进行下一个采样点判别。
进一步的，所述相关系数的定值为0.9。
进一步的，若连续2.5ms的采样点均为故障点，则该线路为故障线路。
综上所述，本发明提供了一种故障电流接地判断方法，该方法包括通过零序电流故障分量判别故障起始时刻；以当前相和滞后相电流故障分量的差作为该相差动电流，当前相和滞后相电流故障分量的和作为该相的制动电流，计算故障起始时刻半周后差动电流和制动电流的相关系数；并通过比较三相差动电流和制动电流相关系数的绝对值和定值的关系，确定本线路是否为故障线路。该电路故障接地判断方法不受过渡电阻、故障位置的影响，数据窗短，计算量小，动作速度快。
本发明的有益效果是：本发明基于故障暂态信号，不受小电流接地系统是否安装消弧线圈、是否经过渡电阻故障以及故障位置的影响，适应性强；算法在故障起始时刻后的半周到两周时间内进行计算，计算量小；判据基于采样点，数据窗短，可实现快速选线。
附图说明
图1是本发明的故障电流接地判断方法的流程示意图；
图2是本发明一具体实施例的故障电流接地判断方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明针对小电流接地系统由于故障电流特征微弱，电弧不稳定等原因导致选线困难的问题，提供了一种基于故障分量差动和制动电流相关系数的故障电流接地判断方法。该方法以当前相和滞后相电流故障分量的差作为该相差动电流，当前相和滞后相电流故障分量的和为该相的制动电流，通过比较差动电流和制动电流的相关系数和定值的关系，对故障电流接地系统中的故障电流进行判断。该方法的计算基于采样点，数据窗短，计算速度快，准确性高。
本发明提供一种基于故障分量差动和制动电流相关系数的故障电流接地判断方法，流程如图1所示，具体实施步骤如下：
步骤S100，基于零序电流变化量判别电流故障的启动和计算故障起始点。
本发明提出的种基于故障分量差动和制动电流相关系数的故障电流接地判断方法首先对故障情况进行识别，启动元件动作则认为系统发生故障或者扰动。启动元件选用零序电流变化量计算，判据如下：
|i0(k)-i0(k-N)|＞1.25×|i0(k-N)-i0(k-2N)|+Iset
其中：i0(k)为当前点的零序电流瞬时值，i0(k-N)为一周前零序电流瞬时值，i0(k-2N)为两周前零序电流瞬时值，Iset为零序启动电流定值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
连续三个点满足以上条件，则启动元件动作，满足条件的第一个点认为是故障起始点。计算出故障起始点后再进行后续的选线逻辑。
步骤S200，从故障起始点开始，计算相电流故障分量。
从故障起始时刻开始，以当前采样点瞬时值减去两周前采样点瞬时值，为相电流故障分量。
Figure BDA0002621668570000051
Figure BDA0002621668570000052
为相别，可以为a、b、c相，
Figure BDA0002621668570000053
为相电流的当前采样点的瞬时值，
Figure BDA0002621668570000054
为相电流两周前采样点的瞬时值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
步骤S300，根据相电流故障分量，计算三相差动电流和制动电流。
以当前相和滞后相电流故障分量的差作为该相差动电流，当前相和滞后相电流故障分量的和为该相的制动电流。具体为：
三相的差动电流分别为：
Figure BDA0002621668570000055
三相制动电流分别为：
Figure BDA0002621668570000061
其中：Δia(k)、Δib(k)、Δic(k)分别为三相电流的故障分量，k为采样序号。
步骤S400，根据上述的三相差动电流和三相制动电流，计算差动电流和制动电流的相关系数。
从故障起始时刻10ms后，逐个采样点计算差动电流和制动电流的相关系数，计算公式如下。
Figure BDA0002621668570000062
式中，
Figure BDA0002621668570000063
为差动电流的瞬时值，
Figure BDA0002621668570000064
为制动电流的瞬时值，StrNum为故障起始时刻对应的采样序号，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
每个采样点的相关系数由当前点及之前的半个工频周期的差动电流和制动电流计算得到，因此该算法的数据窗为半个工频周期。
步骤S500，基于故障分量差动电流和制动电流相关系数进行故障电流接地判断。
基于故障分量差动电流和制动电流相关系数的选故障线判别采用逐点判别的方式。从故障起始时刻后半个工频周期开始进行判别。具体的，如图2所示，对于某一采样点，将该点的相关系数的绝对值和一定值进行比较，若该点对应的三相的相关系数中，有两相满足相关系数的绝对值大于定值，则该点为故障点，否则为非故障点，再进行下一个采样点判别。本发明一种基于故障分量差动和制动电流相关系数的故障电流接地判断方法中相关系数的定值为0.9。若连续2.5ms的采样点均为故障点，则该线路为故障线路。
综上所述，本发明提供了一种故障电流接地判断方法，该方法包括通过零序电流故障分量判别故障起始时刻；以当前相和滞后相电流故障分量的差作为该相差动电流，当前相和滞后相电流故障分量的和作为该相的制动电流，计算故障起始时刻半周后差动电流和制动电流的相关系数；并通过比较三相差动电流和制动电流相关系数的绝对值和定值的关系，确定本线路是否为故障线路。该电路故障接地判断方法不受过渡电阻、故障位置的影响，数据窗短，计算量小，动作速度快。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种故障电流接地判断方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据零序电流的变化量确定故障起始点；
从故障起始点开始，计算相电流故障分量；
根据相电流故障分量，计算三相差动电流和三相制动电流；
根据所述三相差动电流和三相制动电流，计算两者的相关系数；
根据所述相关系数进行故障电流接地判断。
2.如权利要求1所述的故障电流接地判断方法，其特征在于，所述根据零序电流的变化量确定故障起始点的步骤包括：
判断是否满足：
|i0(k)-i0(k-N)|＞1.25×|i0(k-N)-i0(k-2N)|+Iset
其中：i0(k)为当前点的零序电流瞬时值，i0(k-N)为一周期前零序电流瞬时值，i0(k-2N)为两周期前零序电流瞬时值，Iset为零序启动电流定值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数；
连续三个点满足以上条件，则启动元件动作，开始进行故障电流接地判断，满足条件的第一个点认为是故障起始点。
3.如权利要求1或2所述的故障电流接地判断方法，其特征在于，所述的从故障起始点开始，计算相电流故障分量的步骤包括：
从故障起始时刻开始，以当前采样点瞬时值减去两周期前采样点瞬时值，为相电流故障分量
Figure FDA0002621668560000011
Figure FDA0002621668560000012
其中，
Figure FDA0002621668560000013
为相别，分别为a、b、c相，
Figure FDA0002621668560000014
为相电流的当前采样点的瞬时值，
Figure FDA0002621668560000015
为相电流两周期前采样点的瞬时值，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
4.根据权利要求1或2或3所述的故障电流接地判断方法，其特征在于，所述根据相电流故障分量，计算三相差动电流和三相制动电流的步骤包括：
三相的差动电流分别按照下式计算：
Figure FDA0002621668560000021
三相制动电流分别按照下式计算：
Figure FDA0002621668560000022
其中：Δia(k)、Δib(k)、Δic(k)分别为三相电流的故障分量，k为采样序号。
5.根据权利要求4所述的故障电流接地判断方法，其特征在于，所述根据所述三相差动电流和三相制动电流，计算两者的相关系数的步骤包括：
从故障起始时刻一定时间后，逐个采样点计算差动电流和制动电流的相关系数
Figure FDA0002621668560000023
计算公式如下：
Figure FDA0002621668560000024
式中，
Figure FDA0002621668560000025
为差动电流的瞬时值，
Figure FDA0002621668560000026
为制动电流的瞬时值，StrNum为故障起始时刻对应的采样序号，k为采样序号，N为每个工频周期的采样点数。
每个采样点的相关系数由当前点及之前的半个工频周期的差动电流和制动电流计算得到，因此该算法的数据窗为半个工频周期。
6.如权利要求5所述的故障电流接地判断方法，其特征在于，所述一定时间为10ms。
7.如权利要求1-5任一项所述的故障电流接地判断方法，其特征在于，所述根据所述相关系数进行故障电流接地判断的步骤包括：
对于某一采样点，将该点的相关系数的绝对值和一定值进行比较，若该点对应的三相的相关系数中，有两相满足相关系数的绝对值大于定值，则该点为故障点，否则为非故障点，再进行下一个采样点判别。
8.如权利要求7所述的故障电流接地判断方法，其特征在于，所述相关系数的定值为0.9。
9.根据权利要求7或8所述的故障电流接地判断方法，其特征在于，若连续2.5ms的采样点均为故障点，则该线路为故障线路。
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