CN112986859A - 一种基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体公开了一种基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，包括：当接地故障判别启动后，确定出母线上的其中一条线路发生了单相接地故障；确定出发生单相接地故障的故障线路，并在一判别时间结束前，判断本次单相接地故障是否为间歇性接地故障，若是，则在判别时间结束时刻开始判断间歇性接地故障保护动作条件是否满足一预设保护动作条件，若是，则输出故障线路接地告警信号或保护动作控制信号。本发明实现间歇性接地故障情况下接地线路可靠动作跳闸，保证故障快速切除，保证配网运行与配网设备安全，同时引入多间隔量值，也可防止单一外部干扰或软硬件缺陷造成保护误动，有效提高保护可靠性。

Description

一种基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，更具体地，涉及一种基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法。

背景技术

对于配电网小电阻接地系统，单相接地故障电流较小，因电缆中间头进水进污等原因造成的间歇性单相接地故障时有发生。当发生间歇性单相接地故障时，现有零序过流保护在故障消失期间便返回，因此无法切除间歇性接地故障，最终会造成故障扩大，可能引发较严重后果。

例如，如图1所示，该配电网小电阻接地系统为一条母线带n条出线和一条进线情况。当配电网小电阻接地系统中某条线路(如线路3)发生单相间歇性接地故障时，如图2所示，线路3发生B相单相接地故障，故障大概每3～4个周波出现一次，故障时间不超过1个周波又消失，零序电流间断出现，这样势必零序电流保护无法跳闸，影响故障切除，最后造成故障扩大。对于电缆线路，在接头处受潮受污就可能出现故障呈现间歇性特征。

通常做法，一是简单的将零序过流保护经延时返回处理，但这样增大了外部干扰或软硬件缺陷造成保护装置误动的概率，势必影响保护的可靠性；二是仅仅依据本间隔的接地故障信息进行判别，虽然某种程度上可以起到故障识别的效果，但是依然无法避免单间隔的干扰信息或装置软硬件缺陷造成的误动。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，实现间歇性接地故障情况下接地线路可靠动作跳闸，保证故障快速切除，严防事故扩大，保证配网运行与配网设备安全，同时该方法由于引入多间隔量值，也可防止单一外部干扰或软硬件缺陷造成保护误动，有效提高保护可靠性。

作为本发明的第一个方面，提供一种基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，包括：

实时采集配电网同一段母线上各条进出线路的零序电流数据，并依据所述零序电流数据判断是否启动接地故障判别；

当判断出接地故障判别启动后，计算启动时刻该段母线上各条进出线路零序电流的差流，若各条进出线路零序电流的差流小于无流定值或者零序电流幅值最大和第二大的两条线路的零序电流满足一定的相关性，则判断出该段母线上的其中一条线路发生了单相接地故障；

根据小电阻接地系统中穿越电流特性，确定出发生单相接地故障的接地故障线路；

确定出所述接地故障线路后，在一间歇性接地故障判别时间结束前，判断本次单相接地故障是否为间歇性接地故障；

当判定本次单相接地故障为间歇性接地故障后，在所述间歇性接地故障判别时间结束时刻开始判断间歇性接地故障保护动作条件是否满足一预设保护动作条件；

当判定出满足所述预设保护动作条件时，输出故障线路接地告警信号或保护动作控制信号。

进一步地，所述实时采集配电网同一段母线上各条进出线路的零序电流数据，并依据所述零序电流数据判断是否启动接地故障判别，还包括：

当任一线路的零序电流采样值超过设定的启动定值时，启动接地故障判别。

进一步地，单相接地故障判别条件如下：

判别条件一：各条进出线路零序电流的差流小于无流定值，具体如下：

i₀₁+i₀₂+i₀₃+…+i_0n≤I_wl

其中，i₀₁至i_0n为接地故障判别启动时刻母线上n条线路零序电流采样值；I_wl为无流定值；

判别条件二：零序电流幅值最大和第二大的两条线路的零序电流满足一定的相关性，具体如下：

其中，ρ为相关性系数，ρ_set为预设相关性系数定值，典型取值为-0.7，i_01max为零序电流最大线路的零序电流采样值，

为零序电流最大线路的一周波内零序电流采样值的平均值，i_02max为零序电流第二大线路的零序电流采样值，

为零序电流第二大线路的一周波内零序电流采样值的平均值；

其中，满足上述二个判别条件中的其中一个，即判断出该段母线上的其中一条线路发生了单相接地故障。

进一步地，所述根据小电阻接地系统中穿越电流特性，确定出发生单相接地故障的接地故障线路，还包括：

当母线上进线确定的情况下，根据母线进线上的零序电流与接地故障线路上的零序电流之间的关系，确定出接地故障线路，其中，零序电流与母线进线上零序电流大小相近且方向相反的线路为接地故障线路；或者

当母线上进线不确定的情况下，选出采集到的多个零序电流数据中最大和第二大的零序电流数据对应的两条线路，其中，两条线路中的其中一条线路为进线，另外一条为接地故障线路；依据单相接地故障时所述接地故障线路零序电流与母线零序电压的关系确定出所述接地故障线路，即发生单相接地故障时，母线零序电压相位超前接地故障线路零序电流相位。

进一步地，所述确定出所述接地故障线路后，在一间歇性接地故障判别时间结束前，判断本次单相接地故障是否为间歇性接地故障，还包括：

若在所述间歇性接地故障判别时间到达前，接地故障线路零序过流保护动作，则认为本次单相接地故障是稳定性接地故障，结束本次接地故障判别；否则认为本次单相接地故障为间歇性接地故障。

进一步地，所述间歇性接地故障判别时间大于线路零序过流II段动作延时时间或零序过流III段动作延时时间。

进一步地，还包括：

确定出所述接地故障线路后，在所述间歇性接地故障判别时间内，计算从单相接地故障时刻起所述接地故障线路的累计接地次数和累计接地时间。

进一步地，所述预设保护动作条件包括以下二个条件：

条件一：所述间歇性接地故障判别时间内,间歇性接地故障脉冲出现的累计次数大于第一设定值，或间歇性接地故障脉冲的脉宽的累计时长大于第二设定值；

条件二：在所述间歇性接地故障判别时间结束后一预设检测故障时间内检测到故障电流信号；

其中，同时满足上述二个条件视为所述间歇性接地故障保护动作条件满足。

进一步地，所述当判定出满足所述预设保护动作条件时，输出故障线路接地告警信号或保护动作控制信号，还包括：

依据所述保护动作控制信号直接跳开所述接地故障线路。

进一步地，还包括：

当判定出所述间歇性接地故障保护动作条件不满足所述预设保护动作条件时，则认为本次间歇性接地故障是干扰信号或是瞬时的接地故障，并结束本次单相接地故障判别。

本发明提供的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法具有以下优点：

(1)该方法基于穿越电流特性，引入多间隔量值比较决策，相比简单将零序过流保护经延时返回处理，在保证配电网小电阻接地方式下间歇性故障快速、准确切除的基础上，有效防止单一外部干扰或软硬件缺陷造成保护误动，提高了保护可靠性；

(2)该方法依然采用基于单间隔故障信息进行间歇性接地故障判别的两类现有典型判据(即时间累积判据和次数统计判据)，区别或优势在于：通过故障识别与故障定位相结合，可准确可靠的识别故障线路，对于仅配置了站域保护装置的变电站或开闭所，有着更高的可靠性和更强的适用性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为现有技术中小电阻接地系统单相接地故障穿越电流特性示意图。

图2为现有技术中配电网小电阻接地系统单相间歇性接地故障电流波形图。

图3为本发明提供的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法的流程图。

图4为本发明提供的间歇性接地故障保护动作条件判别方法的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本实施例中提供了一种基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，结合图3所示，基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法包括：

实时采集配电网同一段母线(母联分段在合位时，两段母线并列运行算作同一母线)上各条进出线路的零序电流数据，并依据所述零序电流数据判断是否启动接地故障判别；

当判断出接地故障判别启动后，计算启动时刻该段母线上各条进出线路零序电流的差流，若各条进出线路零序电流的差流小于无流定值或者零序电流幅值最大和第二大的两条线路的零序电流满足一定的相关性，则判断出该段母线上的其中一条线路发生了单相接地故障；

根据小电阻接地系统中穿越电流特性，确定出发生单相接地故障的接地故障线路；

确定出所述接地故障线路后，在一间歇性接地故障判别时间结束前，判断本次单相接地故障是否为间歇性接地故障；

当判定本次单相接地故障为间歇性接地故障后，在所述间歇性接地故障判别时间t1结束时刻开始判断间歇性接地故障保护动作条件是否满足一预设保护动作条件；

当判定出满足所述预设保护动作条件时，输出故障线路接地告警信号或保护动作控制信号。

本发明提供的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，该方法根据配电网间歇故障下穿越电流的特性，基于站所多间隔故障量集中决策，通过“故障识别+故障定位”方法确定故障线路，进而依据两类现有的典型间歇性单相接地故障判据，实现间歇性接地故障情况下接地线路可靠动作跳闸，保证故障快速切除，严防事故扩大，保证配网运行与配网设备安全；同时该方法由于引入多间隔量值，也可防止单一外部干扰或软硬件缺陷造成保护误动，有效提高保护可靠性；此外，对于仅配置了站域保护装置的变电站或开闭所，该方法相比于依据单间隔信息的判别方法有着更高的可靠性和更强的适用性。

优选地，所述实时采集配电网同一段母线上各条进出线路的零序电流数据，并依据所述零序电流数据判断是否启动接地故障判别，还包括：

当任一线路的零序电流采样值超过设定的启动定值时，启动接地故障判别。

优选地，单相接地故障判别条件如下：

判别条件一：各条进出线路零序电流的差流小于无流定值，具体如下：

i₀₁+i₀₂+i₀₃+…+i_0n≤I_wl

其中，i₀₁至i_0n为接地故障判别启动时刻母线上n条线路零序电流采样值；I_wl为无流定值；

判别条件二：零序电流幅值最大和第二大的两条线路的零序电流满足一定的相关性，具体如下：

其中，ρ为相关性系数，ρ_set为预设相关性系数定值，典型取值为-0.7，i_01max为零序电流最大线路的零序电流采样值，

为零序电流最大线路的一周波内零序电流采样值的平均值，i_02max为零序电流第二大线路的零序电流采样值，

为零序电流第二大线路的一周波内零序电流采样值的平均值；

其中，满足上述二个判别条件中的其中一个，即判断出该段母线上的其中一条线路发生了单相接地故障。

优选地，所述根据小电阻接地系统中穿越电流特性，确定出发生单相接地故障的接地故障线路，还包括：

当母线上进线确定的情况下，根据母线进线上的零序电流与接地故障线路上的零序电流之间的关系，确定出接地故障线路，其中，零序电流与母线进线上零序电流大小相近且方向相反的线路为接地故障线路；或者

当母线上进线不确定的情况下，选出采集到的多个零序电流数据中最大和第二大的零序电流数据对应的两条线路，其中，两条线路中的其中一条线路为进线，另外一条为接地故障线路；依据单相接地故障时所述接地故障线路零序电流与母线零序电压的关系确定出所述接地故障线路，即发生单相接地故障时，母线零序电压相位超前接地故障线路零序电流相位(金属性故障时约为90°)。

应当理解的是，根据小电阻接地系统中穿越电流特性，当母线上的某条出线发生单相接地故障时，该母线进线上的零序电流(不考虑分布式电源接入的情况下)与接地故障线路上的零序电流大小接近且方向相反，接地故障线路的零序电流远大于非故障线路，因而通过上述方法可确定接地故障线路。

优选地，结合图4所示，所述确定出所述接地故障线路后，在一间歇性接地故障判别时间结束前，判断本次单相接地故障是否为间歇性接地故障，还包括：

若在所述间歇性接地故障判别时间t1到达前，接地故障线路零序过流保护动作，则认为本次单相接地故障是稳定性接地故障，结束本次接地故障判别；否则认为本次单相接地故障为间歇性接地故障。

优选地，结合图4所示，所述间歇性接地故障判别时间t1(计时时长)大于线路零序过流II段动作延时时间或零序过流III段动作延时时间；其中，系统仅有2段零序过流保护的情况下取零序过流II段动作延时时间。

优选地，结合图4所示，还包括：

确定出所述接地故障线路后，在所述间歇性接地故障判别时间t1内，计算从单相接地故障时刻起所述接地故障线路的累计接地次数和累计接地时间；其中，图4中，单相接地故障时刻作为计时起点，计时起点也为间歇性接地故障判别时间t1起点，计时时长t2为预设检测故障时间。

优选地，结合图4所示，所述预设保护动作条件包括以下二个条件：

条件一：所述间歇性接地故障判别时间t1内，间歇性接地故障脉冲出现的累计次数大于第一设定值，或间歇性接地故障脉冲的脉宽的累计时长大于第二设定值；

条件二：在所述间歇性接地故障判别时间t1结束后一预设检测故障时间t2内检测到故障电流信号；

其中，同时满足上述二个条件视为所述间歇性接地故障保护动作条件满足。

需要说明的是，间歇性接地故障保护动作条件的判定方法为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述，例如可参考申请号为申请号为“CN201910940928”，名称为“一种间歇性单相接地故障保护方法及装置”的中国专利申请。

优选地，所述当判定出满足所述预设保护动作条件时，输出故障线路接地告警信号或保护动作控制信号，还包括：

依据所述保护动作控制信号直接跳开所述接地故障线路。

优选地，还包括：

当判定出所述间歇性接地故障保护动作条件不满足所述预设保护动作条件时，则认为本次间歇性接地故障是干扰信号或是瞬时的接地故障，并结束本次单相接地故障判别。

本发明利用故障穿越电流特点，采用多间隔信息进行集中判别决策，对于间歇性故障灵敏性与可靠性更高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，包括：

实时采集配电网同一段母线上各条进出线路的零序电流数据，并依据所述零序电流数据判断是否启动接地故障判别；

当判断出接地故障判别启动后，计算启动时刻该段母线上各条进出线路零序电流的差流，若各条进出线路零序电流的差流小于无流定值或者零序电流幅值最大和第二大的两条线路的零序电流满足一定的相关性，则判断出该段母线上的其中一条线路发生了单相接地故障；

根据小电阻接地系统中穿越电流特性，确定出发生单相接地故障的接地故障线路；

确定出所述接地故障线路后，在一间歇性接地故障判别时间结束前，判断本次单相接地故障是否为间歇性接地故障；

当判定本次单相接地故障为间歇性接地故障后，在所述间歇性接地故障判别时间结束时刻开始判断间歇性接地故障保护动作条件是否满足一预设保护动作条件；

当判定出满足所述预设保护动作条件时，输出故障线路接地告警信号或保护动作控制信号。

2.根据权利要求1所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，所述实时采集配电网同一段母线上各条进出线路的零序电流数据，并依据所述零序电流数据判断是否启动接地故障判别，还包括：

当任一线路的零序电流采样值超过设定的启动定值时，启动接地故障判别。

3.根据权利要求1所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，单相接地故障判别条件如下：

判别条件一：各条进出线路零序电流的差流小于无流定值，具体如下：

i₀₁+i₀₂+i₀₃+…+i_0n≤I_wl

其中，i₀₁至i_0n为接地故障判别启动时刻母线上n条线路零序电流采样值；I_wl为无流定值；

判别条件二：零序电流幅值最大和第二大的两条线路的零序电流满足一定的相关性，具体如下：

其中，ρ为相关性系数，ρ_set为预设相关性系数定值，典型取值为-0.7，i_01max为零序电流最大线路的零序电流采样值，

为零序电流最大线路的一周波内零序电流采样值的平均值，i_02max为零序电流第二大线路的零序电流采样值，

为零序电流第二大线路的一周波内零序电流采样值的平均值；

其中，满足上述二个判别条件中的其中一个，即判断出该段母线上的其中一条线路发生了单相接地故障。

4.根据权利要求1所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，所述根据小电阻接地系统中穿越电流特性，确定出发生单相接地故障的接地故障线路，还包括：

当母线上进线确定的情况下，根据母线进线上的零序电流与接地故障线路上的零序电流之间的关系，确定出接地故障线路，其中，零序电流与母线进线上零序电流大小相近且方向相反的线路为接地故障线路；或者

当母线上进线不确定的情况下，选出采集到的多个零序电流数据中最大和第二大的零序电流数据对应的两条线路，其中，两条线路中的其中一条线路为进线，另外一条为接地故障线路；依据单相接地故障时所述接地故障线路零序电流与母线零序电压的关系确定出所述接地故障线路，即发生单相接地故障时，母线零序电压相位超前接地故障线路零序电流相位。

5.根据权利要求1所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，所述确定出所述接地故障线路后，在一间歇性接地故障判别时间结束前，判断本次单相接地故障是否为间歇性接地故障，还包括：

若在所述间歇性接地故障判别时间到达前，接地故障线路零序过流保护动作，则认为本次单相接地故障是稳定性接地故障，结束本次接地故障判别；否则认为本次单相接地故障为间歇性接地故障。

6.根据权利要求5所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，所述间歇性接地故障判别时间大于线路零序过流II段动作延时时间或零序过流III段动作延时时间。

7.根据权利要求1所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，还包括：

确定出所述接地故障线路后，在所述间歇性接地故障判别时间内，计算从单相接地故障时刻起所述接地故障线路的累计接地次数和累计接地时间。

8.根据权利要求7所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，所述预设保护动作条件包括以下二个条件：

条件一：所述间歇性接地故障判别时间内,间歇性接地故障脉冲出现的累计次数大于第一设定值，或间歇性接地故障脉冲的脉宽的累计时长大于第二设定值；

条件二：在所述间歇性接地故障判别时间结束后一预设检测故障时间内检测到故障电流信号；

其中，同时满足上述二个条件视为所述间歇性接地故障保护动作条件满足。

9.根据权利要求1所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，所述当判定出满足所述预设保护动作条件时，输出故障线路接地告警信号或保护动作控制信号，还包括：

依据所述保护动作控制信号直接跳开所述接地故障线路。

10.根据权利要求1所述的基于多间隔信息的配电网间歇性接地故障保护方法，其特征在于，还包括：

当判定出所述间歇性接地故障保护动作条件不满足所述预设保护动作条件时，则认为本次间歇性接地故障是干扰信号或是瞬时的接地故障，并结束本次单相接地故障判别。

Images