CN112904142B - 一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法 - Google Patents

一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法，主要包括以下步骤：首先通过直流配电网的正、负极对地电压的变化来判断是否发生单极接地故障；当单极接地故障发生时，同步采集该配电网所有出线端的充放电电流信号；根据各线路充放电电流的采样数据，利用采样点平均值互差和法计算各线路单极接地故障的故障判据。各线路故障判据中故障判据绝对值最大、极性与其它线路异号的线路即为故障线路。本发明实现了一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法，能克服经箝位电阻接地故障特征不明显的影响，提高保护准确性高，可有效提高运维效率、减少停电范围，提高直流配电网运行的可靠性。

Description

一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，尤其涉及一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法。
背景技术
直流配电网直流侧采样经箝位电阻接地方式时，具有发生单极接地故障时故障电流小、极间电压基本维持不变的特点，因此，在直流配电网中应用较为广泛。直流配电网尤其是经箝位电阻直流配电网，当发生单极接地故障时，故障特征不明显，且故障点电阻变化范围较大，使得单极接地故障保护一直是继电保护的一个难点。由于直流配电网发生单极接地故障时故障特征比较复杂，故障类型多，其故障分量相对而言又非常小，因此严重影响了单极接地故障保护的准确性。
但目前直流配电网保护仍处于理论研究阶段，直流保护设备的不完善等因素都对直流配电网保护造成了巨大的制约与挑战。所以研究满足准确性的直流配电网单极接地保护方法是构建直流配电网亟需解决的技术难题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法。能够根据经箝位电阻接地直流配电网发生单极接地故障时的故障特征准确选择出直流配电网中的故障线路，并根据要求进行报警或跳闸。
本发明采用的技术方案是：一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：根据母线与线路的流向规定电流方向；
S2：通过监测直流配电网正常运行时各线路电流的方向，判断互感器的安装方向是否正确；
S3：确定各线路电流互感器的变比，同步采集直流配电网母线处正、负极对地电压和各线路始端正、负极的电流值；
S4：通过测量计算母线处正、负极对地电压的大小、变化率、极间电压值，综合判断是否发生单极接地故障；
S5：当发生单极接地故障时，通过正、负极对地电压的大小判断出故障极；
S6：通过故障极电压的变化特性，确定电流判据的计算起始时刻和数据长度；
S7:通过采样点平均值互差和法计算各线路的故障判据；
S8：各线路故障判据中绝对值最大、极性与其它线路相反的线路即为故障线路。
本发明的有益效果：(1)本发明是一种利用直流配电网直流侧采样经箝位电阻接地方式时发生单极接地故障时线路电流的充放电特性而实现故障选线的新方法。(2)本发明可有效解决经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护的问题。并且本发明具有计算简单，不需确定充放电信号频率等特点。(3)本发明适用广泛，经验证改变故障点的位置、电网参数、平行线回路数量、故障点的阻抗等不会影响到本发明选线的准确性。(4)本发明能够准确选择出故障线路，有效减少停电范围，提高直流配电网运行的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是经箝位电阻接地直流配电网结构示意图；
图3是本发明实施例中线路L2上发生正极接地故障示意图；
图4是经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法实现图；
图5是本发明实施例中线路L2上发生正极接地故障时各线路的电流波形图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明技术方案的细节及其优点，现结合附图作进一步说明。
如图1所示，本发明提出了一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法，包括以下步骤：
S1：根据母线与线路的流向规定电流方向；
S2：通过监测直流配电网正常运行时各线路电流的方向，判断互感器的安装方向是否正确；
S3：确定各线路电流互感器的变比，同步采集直流配电网母线处正、负极对地电压和各线路始端正、负极的电流值；
S4：通过测量计算母线处正、负极对地电压的大小、变化率、极间电压值，综合判断是否发生单极接地故障；
S5：当发生单极接地故障时，通过正、负极对地电压的大小判断出故障极；
S6：通过故障极电压的变化特性，确定电流判据的计算起始时刻和数据长度；
S7:通过采样点平均值互差和法计算各线路的故障判据；
S8：各线路故障判据中绝对值最大、极性与其它线路相反的线路即为故障线路。
在本实施例中，规定电流方向由母线流向线路为正，由线路流向母线为负。
步骤S4中，测量计算母线处正、负极对地电压的大小、变化率、极间电压值，根据是否满足式(1)来判断是否发生单极接地故障，以及哪一极发生接地故障
Figure GDA0004194222740000031
式中：
Figure GDA0004194222740000032
UP：正极对地电压；UN：负极对地电压；UPN：极间电压；UPN·e:极间额定电压；uP(i)：正极对地电压第i个采样点的值；uN(i)：负极对地电压第i个的采样点的值；
当发生单极接地故障时，通过正、负极对地电压的大小判断出故障极；
当UP＞|UN|时为负极故障；当UP＜|UN|时为正极故障。
步骤S6中，通过故障极电压的变化特性，确定电流判据的计算起始时刻和数据长度的方法为：
按照式(2)计算正、负极暂态电压变化：
Figure GDA0004194222740000041
其中：N为采样点的数量；
比较ΔUP和ΔUN，选取大者为数据窗长度计算的信号源，以提高准确性，如果ΔUP≥ΔUN，则设:
从T＝1开始按照式(3)进行累加计算，当满足ΔUP·T≥0.8ΔUP条件时停止计算，此时T的值即为数据窗的长度；
Figure GDA0004194222740000042
如果ΔUP＜ΔUN，则设:
从T＝1开始按照式(4)进行累加计算，当满足ΔUN·T≥0.8ΔUN条件时停止计算，此时T的值即为数据窗的长度。
Figure GDA0004194222740000043
步骤S7中，通过采样点平均值互差和法计算各线路的故障判据的方法为：
通过式(5)所示的采样点平均值互差和法计算各线路的电流故障判据：
Figure GDA0004194222740000044
其中：M为直配网线路数；Ik：第k条线路电流故障判据；nk：第k条线路CT变比；
iPk(i)：第K条线路正极电流第i个采样点的值；iNk(i)：第K条线路负极电流第i个采样点的值。
具体案例：
如图2所示的基于MMC换流器的经箝位电阻接地直流配电网结构图，电压为±10kV；该电网共有4条线路L1～L4，长度分别为6km、10km、12km、15km、即M＝4；其电流互感器变比分别为100/5、100/5、200/5、300/5。采样频率为24kHZ，N＝120。交流侧采用中性点不接地方式。设极间电压变化±20％额定电压之内(区别极间短路)，正极或负极对地电压下降超过20％时，认为发生了单极接地故障。
线路L2上正极发生单极接地故障，各线路电流如图5所示：
根据母线上所测正、负极对地电压采样值，可以计算出式(1)结果如下所示：
Figure GDA0004194222740000051
由上计算数据可准确判断出发生了单极接地故障，且为正极接地故障；
按照式(3)计算正、负极暂态电压变化可计算出：
Figure GDA0004194222740000052
比较ΔUP和ΔUN，如果ΔUP＜ΔUN，从T＝1开始按照式(4)进行累加计算，T＝26时，满足ΔUN·T＝0.81ΔUN满足数据窗要求，即T＝26。
通过公式(4)分别计算出4条线路的电流故障判据分别为：I1＝32.12、I2＝-232.94、I3＝44.17、I4＝56.36，由这4条线路的故障判据的大小和符号可由准确的确定L2为故障线路。
当改变各线路的长度、故障极、故障位置、故障点的接地电阻等因素，该方法都可以选择准确出故障线路。

Claims (3)

1.一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：根据母线与线路的流向规定电流方向；
S2：通过监测直流配电网正常运行时各线路电流的方向，判断互感器的安装方向是否正确；
S3：确定各线路电流互感器的变比，同步采集直流配电网母线处正、负极对地电压和各线路始端正、负极的电流值；
S4：通过测量计算母线处正、负极对地电压的大小、变化率、极间电压值，综合判断是否发生单极接地故障；
S5：当发生单极接地故障时，通过正、负极对地电压的大小判断出故障极；
S6：通过故障极电压的变化特性，确定电流判据的计算起始时刻和数据长度；
S7:通过采样点平均值互差和法计算各线路的故障判据；
S8：各线路故障判据中绝对值最大、极性与其它线路相反的线路即为故障线路；
其中步骤S6中：通过故障极电压的变化特性，确定电流判据的计算起始时刻和数据长度的方法为：
按照式(2)计算正、负极暂态电压变化：
Figure FDA0004194222730000011
其中：N为采样点的数量；
Figure FDA0004194222730000012
UP：正极对地电压；UN：负极对地电压；uP(i)：正极对地电压第i个采样点的值；uN(i)：负极对地电压第i个的采样点的值；
比较ΔUP和ΔUN，选取大者为数据窗长度计算的信号源，如果ΔUP≥ΔUN，则设:
从T＝1开始按照式(3)进行累加计算，当满足ΔUP·T≥0.8ΔUP条件时停止计算，此时T的值即为数据窗的长度；
Figure FDA0004194222730000021
如果ΔUP＜ΔUN，则设:
从T＝1开始按照式(4)进行累加计算，当满足ΔUN·T≥0.8ΔUN条件时停止计算，此时T的值即为数据窗的长度，
Figure FDA0004194222730000022
其中在步骤S7中，通过采样点平均值互差和法计算各线路的故障判据的方法为：
通过式(5)所示的采样点平均值互差和法计算各线路的电流故障判据：
Figure FDA0004194222730000023
其中：M为直配网线路数；Ik：第k条线路电流故障判据；nk：第k条线路CT变比；
iPk(i)：第K条线路正极电流第i个采样点的值；iNk(i)：第K条线路负极电流第i个采样点的值。
2.根据权利要求1所述的一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法，其特征在于：规定电流方向由母线流向线路为正，由线路流向母线为负。
3.根据权利要求1所述的一种经箝位电阻接地直流配电网单极接地故障保护方法，其特征在于：步骤S4中，测量计算母线处正、负极对地电压的大小、变化率、极间电压值，根据是否满足式(1)来判断是否发生单极接地故障，以及哪一极发生接地故障，
Figure FDA0004194222730000031
式中：
Figure FDA0004194222730000032
UP：正极对地电压；UN：负极对地电压；UPN：极间电压；UPN·e:极间额定电压；uP(i)：正极对地电压第i个采样点的值；uN(i)：负极对地电压第i个的采样点的值；
当发生单极接地故障时，通过正、负极对地电压的大小判断出故障极；
当UP＞|UN|时为负极故障；当UP＜|UN|时为正极故障。
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