CN113009375B - 一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，首先采集各馈线出口处三相电流，基于各馈线出口处三相电流计算各馈线出口处的负序电流幅值和/或零序电流幅值；比较各馈线出口处的负序电流幅值与对应的负序电流整定值的大小，和/或比较各馈线出口处的零序电流幅值与对应的零序电流整定值的大小，若有比较结果满足保护动作判据，则基于比较结果确定故障馈线并发出对应的跳闸命令和/或告警信号。本发明解决了现有断线保护适用范围小、灵敏度不足的问题，兼顾了断线故障类型、负荷大小与分布、故障位置等因素的影响，在过渡电阻全范围内均能够可靠识别断线接地复合故障。

Description

一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域，具体涉及一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法。
背景技术
配电网在电力系统中承担着电能分配的作用，其供电可靠性和供电质量直接影响工业生产和社会经济发展，同时也与人们的生活质量密切相关。受到“重发轻配”思想的影响，配电网在投资建设、自动化水平等方面都相对滞后。近年来，随着经济的飞速发展和用电需求的不断增加，大力开发环境友好、储量丰富的可再生能源已成为了必然趋势。大量风电、光伏等新能源以分布式电源形式接入配电网，对配电网的可靠性、安全性提出了更高的要求。
由于配电线路新旧交替、分支繁多，受自然灾害和机械外力等影响，断线故障发生频率逐年上升。断线故障将导致线路电源侧和负荷侧电压、电流严重不对称，电动机因缺相运行转速急剧下降甚至烧毁，对设备安全、人身安全都造成了严重威胁。并且，架空线路在断线后常常伴随有坠地现象，造成断线接地复合故障的发生，进一步地加大了事故的严重程度。然而变电站内对于此类故障的处理方式主要还是依靠用户和巡线人员发现断线后，通过电话告知供电部门，再进行故障确认及停电处理，使得电力调度人员十分被动、获取故障信息滞后、故障确认和处理花费时间较长。
为提高配电网运行的可靠性和安全性，及时识别和处理断线故障，本领域技术人员对断线故障保护方法开展了大量研究。针对断线不接地故障，有专家提出了基于相电流或负序能源测度的保护方法，有专家提出了基于断口前后电压特征的故障区段定位方法，还有专家利用小波变换法处理暂态电流信号并根据模极大值来辨别故障线路。但是，针对断线接地复合故障的保护方法研究还颇为欠缺。有专家提出了基于负序电流和负序电压相位关系的断线接地复合故障区段定位方法，但该方法依赖于FTU配置与分布，定位精度受限。断线接地复合故障不同于单一的单相短路故障或单相断线不接地故障，故障回路的不同造成了其故障特征存在着本质区别。因此，现有断线不接地故障保护方法或单相短路故障保护方法在断线接地复合故障下难以保证其灵敏度和适用性。此外，由于故障位置、接地侧和过渡电阻的不确定，断线接地复合故障特征呈现随机性、多变性，给断线接地复合故障保护带来了较大的困难。
综上所述，由于断线故障形态多样，对配电网造成的危害不容忽视，但目前尚无有效的断线接地复合故障保护方法。因此，如何实现配电网断线接地复合故障的准确选线，特别是充分考虑过渡电阻的影响实现高灵敏度和高可靠性的配电网断线接地复合故障保护，成为了本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，有效解决了现有技术中的配电网断线故障保护适用范围小、灵敏度不足等技术问题，在过渡电阻全范围内均能实现断线接地复合故障的可靠识别。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，包括：
S1、采集各馈线出口处三相电流，
S2、基于各馈线出口处三相电流计算各馈线出口处的负序电流幅值和/或零序电流幅值；
S3、比较各馈线出口处的负序电流幅值与对应的负序电流整定值的大小，和/或比较各馈线出口处的零序电流幅值与对应的零序电流整定值的大小，若有比较结果满足保护动作判据，则执行步骤S4，若没有比较结果满足保护动作判据，则返回执行步骤S1；
S4、确定满足保护动作判据的比较结果对应的馈线为故障馈线，延时tset发出对应的跳闸命令和/或告警信号，tset按照躲过主变、母线及馈线保护的最大延时整定，以区分断线接地复合故障与短路故障。
优选地，第k回馈线的负序电流按躲过除第k回馈线以外的其他馈线发生断线电源侧接地故障和断线负荷侧接地故障时第k回馈线可能出现的最大负序电流整定，第k回馈线的负序电流整定值Ik2set按照如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000021
式中，λk,max为第k回馈线负序分流系数的最大值；函数max()表示取较大值；Zi2,min为除第k回馈线以外的所有馈线总负序负荷阻抗可能出现的最小值；ZiN2,max为除第k回馈线以外的所有馈线末端负荷负序阻抗可能出现的最大值；Z0,min为零序等效阻抗最小值，
Figure GDA0003347131170000034
为配电网主变压器感应电动势。
优选地，第k回馈线负序分流系数的最大值λk,max按照如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000031
式中，Zk2为第k回馈线负荷负序阻抗，ZS2为发电机负序阻抗和主变压器负序阻抗之和，Zj2为非故障馈线负荷负序阻抗，n为馈线的总条数。
优选地，第k回馈线出口处的零序电流按躲过第k回馈线的电容电流整定，第k回馈线的零序电流整定值Ik0set按照如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000032
式中，Ck为第k回馈线对地电容，j为虚数单位；ω为电网角频率。
优选地，零序等效阻抗最小值Z0,min按照按馈线出口发生故障确定，由如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000033
式中，Rd为配电网中性点接地电阻，Cj为非故障馈线对地电容。
优选地，当满足Ik2＞KrelIk2set或Ik0＞KrelIk0set时，比较结果满足保护动作判据，Krel为可靠系数，取值范围为1.1至1.2，Ik2和Ik0分别为第k回馈线出口处的负序电流幅值和零序电流幅值，Ik2set和Ik0set分别为第k回馈线的负序电流整定值和零序电流整定值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、现有的负序电流选线法通过比较各馈线负序电流的相对大小识别故障，仅适用于断线不接地故障，难以适应于断线接地复合故障。由于断线接地复合故障受接地侧、过渡电阻、故障位置、负荷大小及分布等多种因素的影响，其故障特征复杂且多变，目前断线接地复合故障保护还难以实现。本发明融合利用负序电流和零序电流实现断线接地复合故障保护，解决了现有断线接地复合故障识别困难、灵敏度不足等问题。
2、本发明考虑了过渡电阻的影响，能够实现过渡电阻全范围内的断线接地复合故障保护。由于受实际故障情况影响，接地点过渡电阻的大小无法确定，其变化范围为0～∞。不同接地侧和不同过渡电阻下，断线接地复合故障特征均不同，给故障识别和隔离带来了较大的困难。与现有方法相比，本发明计及了过渡电阻的影响，利用负序电流和零序电流作为保护特征量，较大程度地扩大了保护范围，能够可靠识别低阻故障和高阻故障。
3、本发明考虑过渡电阻影响的配电网断线接地复合故障保护方法中，各条馈线均有其所对应的负序电流整定值和零序电流整定值，与系统参数有关，整定计算简单，具有较高的灵敏度。
4、本发明实施方式明确，所需信息量仅为配电网各馈线出口处的三相电流，易于采集，实现简单，保证了本发明的可行性。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明公开的一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法的一种具体实施方式的流程图；
图2为一小电阻接地配电网结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，包括：
S1、采集各馈线出口处三相电流，
S2、基于各馈线出口处三相电流计算各馈线出口处的负序电流幅值和/或零序电流幅值；
第k回馈线出口处的负序电流幅值Ik2按照如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000041
第k回馈线出口处的零序电流幅值Ik0按照如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000042
式中，
Figure GDA0003347131170000043
为第k回馈线出口处的三相电流；算子a＝ej120°。
以图2所示的10kV小电阻接地配电网为例，其中，T1为主变压器，T2为接地变压器，中性点接地电阻Rd为10Ω，ZS2为0.5Ω，正常运行时的负荷及其分布如表1所示，功率因数为0.95。馈线正序参数分别为r1＝0.031Ω/km，l1＝0.096mH/km，c1＝0.338μF/km；零序参数分别为r0＝0.234Ω/km，l0＝0.355mH/km，c0＝0.265μF/km。
表1 负荷参数
Figure GDA0003347131170000051
当第1回馈线于5km处发生断线金属性接地故障时，由各馈线相电流计算出各馈线负序电流幅值和零序电流幅值如表2所示。
表2 序电流计算表
Figure GDA0003347131170000052
S3、比较各馈线出口处的负序电流幅值与对应的负序电流整定值的大小，和/或比较各馈线出口处的零序电流幅值与对应的零序电流整定值的大小，若有比较结果满足保护动作判据，则执行步骤S4，若没有比较结果满足保护动作判据，则返回执行步骤S1；
S4、确定满足保护动作判据的比较结果对应的馈线为故障馈线，延时tset发出对应的跳闸命令和/或告警信号，tset按照躲过主变、母线及馈线保护的最大延时整定，以区分断线接地复合故障与短路故障。
具体实施时，第k回馈线的负序电流按躲过除第k回馈线以外的其他馈线发生断线电源侧接地故障和断线负荷侧接地故障时第k回馈线可能出现的最大负序电流整定，第k回馈线的负序电流整定值Ik2set按照如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000061
式中，λk,max为第k回馈线负序分流系数的最大值；函数max()表示取较大值；Zi2,min为除第k回馈线以外的所有馈线总负序负荷阻抗可能出现的最小值；ZiN2,max为除第k回馈线
以外的所有馈线末端负荷负序阻抗可能出现的最大值；Z0,min为零序等效阻抗最小值，
Figure GDA0003347131170000065
为配电网主变压器感应电动势。
具体实施时，第k回馈线负序分流系数的最大值λk,max按照如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000062
式中，Zk2为第k回馈线负荷负序阻抗，ZS2为发电机负序阻抗和主变压器负序阻抗之和，Zj2为非故障馈线负荷负序阻抗，n为馈线的总条数。
具体实施时，第k回馈线出口处的零序电流按躲过第k回馈线的电容电流整定，第k回馈线的零序电流整定值Ik0set按照如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000063
式中，Ck为第k回馈线对地电容，j为虚数单位；ω为电网角频率。
仍以图2所示的10kV小电阻接地配电网为例，根据表1所示系统负荷参数，计算出各馈线的负序和零序电流整定值如表3所示。
表3 整定值计算表
Figure GDA0003347131170000064
具体实施时，零序等效阻抗最小值Z0,min按照按馈线出口发生故障确定，由如下公式计算：
Figure GDA0003347131170000071
式中，Rd为配电网中性点接地电阻，Cj为非故障馈线对地电容。
具体实施时，当满足Ik2＞KrelIk2set或Ik0＞KrelIk0set时，比较结果满足保护动作判据，Krel为可靠系数，取值范围为1.1至1.2，Ik2和Ik0分别为第k回馈线出口处的负序电流幅值和零序电流幅值，Ik2set和Ik0set分别为第k回馈线的负序电流整定值和零序电流整定值。
仍以图2所示的10kV小电阻接地配电网为例，Krel取1.1，则第1回馈线的保护动作条件为I12＞9.6A或I10＞7.5A；第2回馈线的保护动作条件为I22＞4.3A或I20＞5.3A；第3回馈线的保护动作条件为I32＞7.2A或I30＞4.5A；第4回馈线的保护动作条件为I42＞10.0A或I40＞6.1A；第5回馈线的保护动作条件为I52＞10.1A或I50＞3.7A；第6回馈线的保护动作条件为I62＞6.5A或I60＞6.8A。
根据表2，比较各馈线负序电流幅值与负序电流整定值的大小以及零序电流幅值与零序电流整定值的大小可以看出，第1回馈线负序电流幅值和零序电流幅值均显著大于第1回馈线对应的保护整定值，满足保护动作条件。同时，其他馈线的负序电流幅值和零序电流幅值均小于其保护整定值，不满足保护动作条件。由此，判定第1回馈线发生断线接地复合故障，发出跳闸命令或告警信号。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，其特征在于，包括：
S1、采集各馈线出口处三相电流；
S2、基于各馈线出口处三相电流计算各馈线出口处的负序电流幅值和/或零序电流幅值；
S3、比较各馈线出口处的负序电流幅值与对应的负序电流整定值的大小，和/或比较各馈线出口处的零序电流幅值与对应的零序电流整定值的大小，若有比较结果满足保护动作判据，则执行步骤S4，若没有比较结果满足保护动作判据，则返回执行步骤S1；其中，第k回馈线的负序电流按躲过除第k回馈线以外的其他馈线发生断线电源侧接地故障和断线负荷侧接地故障时第k回馈线可能出现的最大负序电流整定，第k回馈线的负序电流整定值Ik2set按照如下公式计算：
Figure FDA0003347131160000011
式中，λk,max为第k回馈线负序分流系数的最大值；函数max()表示取较大值；Zi2,min为除第k回馈线以外的所有馈线总负序负荷阻抗可能出现的最小值；ZiN2,max为除第k回馈线以外的所有馈线末端负荷负序阻抗可能出现的最大值；Z0,min为零序等效阻抗最小值，
Figure FDA0003347131160000013
为配电网主变压器的感应电动势；
S4、确定满足保护动作判据的比较结果对应的馈线为故障馈线，延时tset发出对应的跳闸命令和/或告警信号，tset按照躲过主变、母线及馈线保护的最大延时整定，以区分断线接地复合故障与短路故障。
2.如权利要求1所述的考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，其特征在于，第k回馈线负序分流系数的最大值λk,max按照如下公式计算：
Figure FDA0003347131160000012
式中，Zk2为第k回馈线负荷负序阻抗，ZS2为发电机负序阻抗和主变压器负序阻抗之和，Zj2为非故障馈线负荷负序阻抗，n为馈线的总条数。
3.如权利要求1所述的考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，其特征在于，第k回馈线出口处的零序电流按躲过第k回馈线的电容电流整定，第k回馈线的零序电流整定值Ik0set按照如下公式计算：
Figure FDA0003347131160000021
式中，Ck为第k回馈线对地电容；j为虚数单位；ω为电网角频率。
4.如权利要求1所述的考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，其特征在于，零序等效阻抗最小值Z0,min按照按馈线出口发生故障确定，由如下公式计算：
Figure FDA0003347131160000022
式中，Rd为配电网中性点接地电阻，Cj为非故障馈线对地电容。
5.如权利要求1至4中任一项所述的考虑过渡电阻的配电网断线接地复合故障保护方法，其特征在于，当满足Ik2＞KrelIk2set或Ik0＞KrelIk0set时，比较结果满足保护动作判据，Krel为可靠系数，取值范围为1.1至1.2，Ik2和Ik0分别为第k回馈线出口处的负序电流幅值和零序电流幅值，Ik2set和Ik0set分别为第k回馈线的负序电流整定值和零序电流整定值。
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