CN112649694B - 一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法 - Google Patents

一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法；该方法需要接入母线零序电压，本间隔三相电流及零序电流，根据零序电压判断是否存在接地故障，当发生接地故障后，取接地发生时刻前一个周波、故障后半个周波的数据窗长度的暂态三相电流、暂态零序电流和暂态零序电压进行小波包变换。通过变换后获取的特征频段的零序电流与相电流的方向以及特征频段的零序电流与零序电压的方向进行综合比较，识别接地故障。此种方法可应用于中性点不接地和经消弧线圈接地的系统中。

Description

一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法
技术领域
本发明涉及电力系统的继电保护领域，具体地,涉及一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法。
背景技术
我国3～66kV供、配电网中，大部分均采用小电流接地系统，在这样的系统中，当任意一点发生单相接地故障时，整个系统都会感应到零序电流及零序电压，进入故障状态。目前常用的接地故障判定方法大多是利用故障后的零序稳态电气量，由于单相接地时零序稳态电气量幅值较小，难以准确测量，故难以实际应用。注入法受电压互感器容量限制，注入信号较小，在有过渡电阻接地发生时，故障判定容易出错。暂态法对设备采样率要求较高，且容易受零序CT极性的影响。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法，对现有的方法进行改进，通过暂态三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向综合判定接地故障结果，可以不用增设信号注入源设备，无需校验零序CT极性，不受负荷电流的影响，提高在小电流接地系统中发生单相接地故障时装置动作的可靠性和快速性，解决目前小电流接地系统发生单相接地故障时误判率偏高的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法，包括：采集母线上的零序电压、本间隔的三相电流、零序电流，比较接地瞬间的暂态三相电流和暂态零序电流的方向以及暂态零序电压与暂态零序电流的方向，当三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向均为正方向或者均为反方向时，判定本间隔发生接地故障。
进一步地，上述方案具体包含如下步骤：
步骤(1)采集母线的零序电压，本间隔的三相电流及零序电流，实时计算零序电压幅值；
步骤(2)将零序电压幅值与零序启动电压进行比较，当零序电压幅值超过零序启动电压时启动接地故障判定程序进入步骤(3)，否则返回步骤(1)；
步骤(3)截取启动前一个周波，起动后半个周波的三相电流、零序电流及零序电压的数据，对数据进行小波包变换，选取能量最大的频段作为特征频段，获取特征频段的三相电流、零序电流、零序电压；
步骤(4)比较小波包变换后的特征频段的三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向；
步骤(5)综合分析步骤(4)的方向比较结果，当三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向均为正方向或者均为反方向时，判定本间隔发生接地故障。
进一步地，上述方案中所述步骤(3)中小波包变换采用紧支集正交小波基DB10小波。
进一步地，上述方案中所述步骤(4)具体包括：
步骤(41)采用点乘法比较小波包变换后的特征频段的三相电流和零序电流的方向，如下式所示：
式1是相电流与零序电流的点乘公式；其中IA、IB、IC为小波变换后特征频段A、B、C三相电流的采样值，I0为小波包变换后特征频段零序电流的采样值，N为启动一个周波，起动后半个周波的采样点数，JA、JB、JC为A、B、C特征频段各相电流与零序电流向量点乘的结果；
当JA、JB、JC均大于0或JA、JB、JC均小于0，判定为闭锁状态；
当JA>0、JB>0、JC<0或JA>0、JB<0、JC>0或JA<0、JB>0、JC>0，判定三相电流和零序电流的方向为正方向状态；
当JA<0、JB<0、JC>0或JA<0、JB>0、JC<0或JA>0、JB<0、JC<0，判定三相电流和零序电流的方向为反方向状态；
步骤(42)采用点乘法比较特征频段的零序电压与零序电流的方向，如下式所示：
式2是零序电压与零序电流的点乘公式；其中U0为小波变换后特征频段零序电压的瞬时值，J0为特征频段零序电压与零序电流向量点乘的结果；
当J0大于0时，判定特征频段的零序电压和零序电流的方向为正方向状态，否则判定特征频段的零序电压和零序电流的方向为反方向状态。
采用本接地故障的判定方法，具有以下有益效果：
(1)仅采用本线路的暂态数据量判断是否存在接地故障故障，无需其他间隔的数据，因此本方法可以用于单间隔的保护装置中；
(2)利用小波包变换后特征频段的电气量进行方向比较，比较结果不受负荷电流的影响，解决利用稳态电流判定不准确的问题。
(3)通过暂态三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向综合判定接地故障结果，无需校验零序CT极性，解决了现场零序CT极性校验困难导致的接地故障误判率偏高的问题。
附图说明
图1是一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法实施例一流程图。
图2是一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法实施例二流程图。
图3是一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法的逻辑框图。
图4是本发明在保护装置中实现的接线示意图
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细说明。
本发明提供小电流接地系统单相接地故障的判定方法，其针对的对象为3kV-66kV小电流接地系统。下面结合附图，介绍具体的实施方式。
实施例一：
一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法实施例一，如图1所示，包括：
采集母线上的零序电压、本间隔的三相电流、零序电流；
比较接地瞬间的暂态三相电流和暂态零序电流的方向以及暂态零序电压与暂态零序电流的方向；
当三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向均为正方向或者均为反方向时，判定本间隔发生接地故障。
实施例二：
一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法实施例二，如图2所示包括如下步骤：
步骤(1)：采集母线的零序电压，本间隔的三相电流及零序电流，实时计算零序电压幅值；
步骤(2)：将零序电压幅值与零序启动电压进行比较，当零序电压幅值超过零序启动电压时启动接地故障判定程序进入步骤(3)，否则返回步骤(1)；
步骤(3)：截取启动前一个周波，起动后半个周波的三相电流、零序电流及零序电压的数据，对数据进行小波包变换，选取能量最大的频段作为特征频段，获取特征频段的三相电流、零序电流、零序电压；其中，小波包变换采用紧支集正交小波基DB10小波。
步骤(4)：比较小波包变换后的特征频段的三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向；
步骤(5)：综合分析步骤(4)的方向比较结果，当三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向均为正方向或者均为反方向时，判定本间隔发生接地故障。
实施例三：
一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法实施例三，包括如下步骤：
步骤(1)：采集母线的零序电压，本间隔的三相电流及零序电流，实时计算零序电压幅值；
步骤(2)：将零序电压幅值与零序启动电压进行比较，当零序电压幅值超过零序启动电压时启动接地故障判定程序进入步骤(3)，否则返回步骤(1)；
步骤(3)：截取启动前一个周波，起动后半个周波的三相电流、零序电流及零序电压的数据，对数据进行小波包变换，选取能量最大的频段作为特征频段，获取特征频段的三相电流、零序电流、零序电压；其中，小波包变换采用紧支集正交小波基DB10小波。
步骤(4)：比较小波包变换后的特征频段的三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向。
本实施例中采用点乘法比较小波包变换后的特征频段的三相电流和零序电流的方向，如下式所示：
式1是相电流与零序电流的点乘公式；其中IA、IB、IC为小波变换后特征频段A、B、C三相电流的采样值，I0为小波包变换后特征频段零序电流的采样值，N为启动一个周波，起动后半个周波的采样点数，JA、JB、JC为A、B、C特征频段各相电流与零序电流向量点乘的结果；
当JA、JB、JC均大于0或JA、JB、JC均小于0，判定为闭锁状态；
当JA>0、JB>0、JC<0或JA>0、JB<0、JC>0或JA<0、JB>0、JC>0，判定三相电流和零序电流的方向为正方向状态；
当JA<0、JB<0、JC>0或JA<0、JB>0、JC<0或JA>0、JB<0、JC<0，判定三相电流和零序电流的方向为反方向状态；
本实施例中采用点乘法比较特征频段的零序电压与零序电流的方向，如下式所示：
式2是零序电压与零序电流的点乘公式；其中U0为小波变换后特征频段零序电压的瞬时值，J0为特征频段零序电压与零序电流向量点乘的结果；
当J0大于0时，判定特征频段的零序电压和零序电流的方向为正方向状态，否则判定特征频段的零序电压和零序电流的方向为反方向状态。
步骤(5)：综合分析步骤(4)的方向比较结果，当三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向均为正方向或者均为反方向时，判定本间隔发生接地故障。
实施例四：
小电流接地系统单相接地故障的判定方法流程图如图3所示，具体实施步骤如下：
步骤一，实时采集母线的零序电压，本间隔的三相电流及零序电流，计算零序电压幅值。如附图4所示，使用一台保护装置安装在本间隔开关柜内，零序电压取自PT柜电压互感器，三相电流及零序电流取自本间隔开关柜电流互感器。保护装置实时采集母线零序电压U0"(n)并计算母线零序电压幅值U0f，实时采集三相电流数据I"A(n)、I"B(n)、I"C(n)以及零序电流数据I0"(n)。
步骤二，当零序电压幅值U0f超过接地故障启动电压时启动接地故障判定程序；接地故障启动电压可取0.08倍的电压互感器二次额定值。
步骤三，截取启动前一个周波，起动后半个周波的三相电流、零序电流及零序电压的数据，对数据进行小波包变换；本发明中小波包变换所采用的是紧支集正交小波基DB10小波也就是L＝10时的DB小波，即10阶DB小波；通过小波包分解与重构后，选取能量最大的频段作为特征频段，获取特征频段的三相电流IA(n)、IB(n)、IC(n)，零序电流I0(n)及零序电压U0(n)的数据。
步骤四，采用点乘法比较小波包变换后的特征频段的三相电流和零序电流的方向：
式1是相电流与零序电流的点乘公式；其中IA、IB、IC为小波变换后特征频段A、B、C三相电流的采样值，I0为小波包变换后特征频段零序电流的采样值，N为启动一个周波，起动后半个周波的采样点数，JA、JB、JC为A、B、C特征频段各相电流与零序电流向量点乘的结果，JA、JB、JC的值与故障判定表中的对应关系如下所示：
闭锁：JA、JB、JC均大于0或JA、JB、JC均小于0；
正方向：JA>0,JB>0,JC<0或JA>0,JB<0,JC>0或JA<0,JB>0,JC>0
反方向：JA<0,JB<0,JC>0或JA<0,JB>0,JC<0或JA>0,JB<0,JC<0
步骤五，采用点乘法比较特征频段的零序电压与零序电流的方向：
式2是零序电压与零序电流的点乘公式；其中U0为小波变换后特征频段零序电压的瞬时值，I0为小波包变换后特征频段零序电流的采样值，J0为特征频段零序电压与零序电流向量点乘的结果。
当J0大于0时，判定特征频段的零序电压和零序电流的方向为正方向，否则判定特征频段的零序电压和零序电流的方向为反方向。
步骤六，根据步骤四、五的方向比较结果查询故障判定表，确定是否为本间隔发生接地故障。
故障判定表
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法，其特征在于：采集母线上的零序电压、本间隔的三相电流、零序电流，比较接地瞬间的暂态三相电流和暂态零序电流的方向以及暂态零序电压与暂态零序电流的方向，当三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向均为正方向或者均为反方向时，判定本间隔发生接地故障；具体包含如下步骤：
步骤(1)采集母线的零序电压，本间隔的三相电流及零序电流，实时计算零序电压幅值；
步骤(2)将零序电压幅值与零序启动电压进行比较，当零序电压幅值超过零序启动电压时启动接地故障判定程序进入步骤(3)，否则返回步骤(1)；
步骤(3)截取启动前一个周波，启动后半个周波的三相电流、零序电流及零序电压的数据，对数据进行小波包变换，选取能量最大的频段作为特征频段，获取特征频段的三相电流、零序电流、零序电压；
步骤(4)比较小波包变换后的特征频段的三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向；具体包括：
步骤(41)采用点乘法比较小波包变换后的特征频段的三相电流和零序电流的方向，如下式所示：
式1是相电流与零序电流的点乘公式；其中IA、IB、IC为小波变换后特征频段A、B、C三相电流的采样值，I0为小波包变换后特征频段零序电流的采样值，N为启动一个周波，启动后半个周波的采样点数，JA、JB、JC为A、B、C特征频段各相电流与零序电流向量点乘的结果；
当JA、JB、JC均大于0或JA、JB、JC均小于0，判定为闭锁状态；
当JA>0、JB>0、JC<0或JA>0、JB<0、JC>0或JA<0、JB>0、JC>0，判定三相电流和零序电流的方向为正方向状态；
当JA<0、JB<0、JC>0或JA<0、JB>0、JC<0或JA>0、JB<0、JC<0，判定三相电流和零序电流的方向为反方向状态；
步骤(42)采用点乘法比较特征频段的零序电压与零序电流的方向，如下式所示：
式2是零序电压与零序电流的点乘公式；其中U0为小波变换后特征频段零序电压的瞬时值，J0为特征频段零序电压与零序电流向量点乘的结果；
当J0大于0时，判定特征频段的零序电压和零序电流的方向为正方向状态，否则判定特征频段的零序电压和零序电流的方向为反方向状态
步骤(5)综合分析步骤(4)的方向比较结果，当三相电流和零序电流的方向以及零序电压与零序电流的方向均为正方向或者均为反方向时，判定本间隔发生接地故障。
2.如权利要求1所述的小电流接地系统单相接地故障的判定方法，其特征在于，所述步骤(3)中小波包变换采用紧支集正交小波基DB10小波。
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