CN113300344B - 一种低压配电网剩余电流保护方法及装置 - Google Patents

一种低压配电网剩余电流保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种低压配电网剩余电流保护方法及装置，通过计算配电线路的剩余电流和相位电流的突变量，并分别设定剩余电流阈值和相位电流阈值，当负荷投切时，剩余电流相量突变量越限，相电流相量突变量也越限，保持剩余电流保护装置闭锁，当发生漏电故障时，剩余电流相量突变量越限，而相电流相量突变量不越限，启动剩余电流保护装置保护动作。利用固有剩余电流由线路末端负荷产生，而负荷投切时，造成剩余电流变化，也会引起负荷电流的较大变化，而出现漏电故障时，会造成剩余电流较大变化，但引起的负荷电流变化很小，也即引起相位电流变化较小，综合利用相位电流和剩余电流的变化来判断漏电故障，可以有效避免保护误动作。

Description

一种低压配电网剩余电流保护方法及装置
技术领域
本申请涉及配电网继电保护技术领域，尤其涉及一种低压配电网剩余电流保护方法及装置。
背景技术
在低压配电网中，当线路或设备的绝缘损坏后，会导致系统产生对地泄露电流的漏电点，而这些漏电点是非常致命的安全隐患。
漏电故障多发生在相线对大地之间，例如人体触电或其他动物触电等，由于剩余电流回路电阻很高，故障电流在几十到几百毫安，一般无法利用常规过流保护检测并切除故障。但当流过人体的电流达到30mA时，就足以在数秒到数分钟内就能引起心室颤动，致人死亡。因此，当低压配电系统出现绝缘破坏、接头漏电或触电等漏电故障时，需要及时检测出故障并将线路或设备退出运行。
由于漏电故障是一种接地故障，当出现故障时，会伴随着零序电流(三相三线制系统中)或剩余电流(三相四线制系统中)的变化，但由于过渡电阻很大，发生漏电故障时，并不会对相应线路或设备的负荷电流产生影响。
目前对于漏电故障的检测和切除是通过RCD(Residual Current Device，剩余电流保护装置)来实现的，但是，通过RCD在检测漏电故障过程中，当固有剩余电流在负荷投切时会产生很大的波动，单单检测出剩余电流相量突变量无法判断其变化是由负荷投切产生的还是漏电故障产生的，因此，在负荷投切时，容易发生误动的情况，影响配电网运行的稳定性。
发明内容
本申请提供了一种低压配电网剩余电流保护方法及装置，用于解决当负荷投切时，现有的剩余电流保护装置的误动率较高的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种低压配电网剩余电流保护方法，包括以下步骤：
S1、采集经过配电变压器输出的相位电流和剩余电流；
S2、对所采集的所述相位电流和所述剩余电流分别进行滤波处理，以得到经过滤波处理后的相位滤波电流和剩余滤波电流；
S3、将所述相位滤波电流和所述剩余滤波电流分别与一个周波前对应的相位滤波电流和剩余滤波电流进行做差处理，从而得到相位电流突变量和剩余电流突变量；
S4、判断所述相位电流突变量是否大于预设第一阈值，并判断所述剩余电流突变量是否大于预设第二阈值，当判断所述相位电流突变量小于所述预设第一阈值且所述剩余电流突变量大于所述预设第二阈值时，则判定配电线路出现漏电情况并启动剩余电流保护装置的保护动作，当判断所述相位电流突变量大于所述预设第一阈值且所述剩余电流突变量大于所述预设第二阈值时，则判定配电线路为负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
优选地，所述相位电流为单相电流或三相电流。
优选地，步骤S1具体包括：采集配电变压器的首段输出线路的相位电流和剩余电流。
优选地，步骤S4还包括：当所述剩余电流突变量小于所述预设第二阈值时，则判定配电线路无负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
第二方面，本发明还提供了一种低压配电网剩余电流保护装置，包括电流采集模块、滤波模块、处理模块和判定执行模块；
所述电流采集模块用于采集经过配电变压器输出的相位电流和剩余电流；
所述滤波模块用于对所采集的所述相位电流和所述剩余电流分别进行滤波处理，以得到经过滤波处理后的相位滤波电流和剩余滤波电流；
所述处理模块用于将所述相位滤波电流和所述剩余滤波电流分别与一个周波前对应的相位滤波电流和剩余滤波电流进行做差处理，从而得到相位电流突变量和剩余电流突变量；
所述判定执行模块用于判断所述相位电流突变量是否大于预设第一阈值，还用于判断所述剩余电流突变量是否大于预设第二阈值，还用于当判断所述相位电流突变量小于所述预设第一阈值且所述剩余电流突变量大于所述预设第二阈值时，则判定配电线路出现漏电情况并启动剩余电流保护装置的保护动作，还用于当判断所述相位电流突变量大于所述预设第一阈值且所述剩余电流突变量大于所述预设第二阈值时，则判定配电线路为负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
优选地，所述判定执行模块还用于当所述剩余电流突变量小于所述预设第二阈值时，则判定配电线路无负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明通过计算配电线路的剩余电流和相位电流的突变量，并分别设定剩余电流阈值和相位电流阈值，当负荷投切时，剩余电流相量突变量越限，相电流相量突变量也越限，保持剩余电流保护装置闭锁，当发生漏电故障时，剩余电流相量突变量越限，而相电流相量突变量不越限，启动剩余电流保护装置保护动作。利用固有剩余电流由线路末端负荷产生，而负荷投切时，造成剩余电流变化，也会引起负荷电流的较大变化，而出现漏电故障时，会造成剩余电流较大变化，但引起的负荷电流变化很小，也即引起相位电流变化较小，综合利用相位电流和剩余电流的变化来判断漏电故障，可以有效避免保护误动作。
附图说明
图1为本申请实施例提供的低压配电网发生漏电故障示意图；
图2为本申请实施例提供的低压配电网在负荷投切示意图；
图3为本申请实施例提供的一种低压配电网剩余电流保护方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的剩余电流保护装置在低压配电网中表前系统的配置图；
图5为本申请实施例提供的剩余电流保护装置在低压配电网中表后系统的配置图；
图6为本申请实施例提供的一种低压配电网剩余电流保护装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
目前对于漏电故障的检测和切除是通过RCD(Residual Current Device，剩余电流保护装置)来实现的，RCD根据其工作原理的不同又分为四种类型：(1)幅值比较型RCD，又称为模值型RCD，通过检测剩余电流幅值是否越限来判断故障，低压配电网在正常运行时存在剩余电流，即固有剩余电流，对于最末端的RCD来说，系统正常运行时的剩余电流不大于20mA，保护定值设置为30mA时，能够保证人身安全，也不会出现误动作。而对于安装在配电变压器出口或各出线上等用户表箱前的RCD，系统固有剩余电流可能达到几百毫安，此时RCD很难有效的发挥触电保护作用。
(2)电流脉冲型RCD，通过检测剩余电流幅值的突变量来实现保护，在一定程度上克服了幅值比较型RCD存在的问题，该原理认为电路参数不平衡产生的固有剩余电流是稳定不变的或者变化缓慢的，而当发生触电等漏电故障时，剩余电流幅值发生突变，因此通过幅值突变量来实现剩余电流检测，但发生漏电故障时，故障点支路电流与固有剩余电流的相角差是随机的，当两者的相角差较大时，故障前后的剩余电流幅值突变量可能远小于保护动作值，存在较大的死区，导致保护的灵敏度很低。
(3)鉴幅鉴相型RCD，又称为比幅比相法RCD，为了克服电流脉冲型RCD存在死区的问题，引入了相电压作为参考电压，检测剩余电流与参考电压之间的相位差的变化，通过检测剩余电流幅值突变量和相角差突变量来实现保护，减少了保护死区，但在剩余电流相位变化比较小时仍然会拒动。
(4)相量突变型RCD，又叫矢量差型RCD或电流分离型RCD，通过检测下剩余电流相量的变化量实现保护，将固有剩余电流和故障电流区分出来，剩余电流相量突变量完全反应故障电流，能够克服固有剩余电流的影响，保证动作灵敏度。但实际上低压配电网线路短、分布电容小，线路参数不平衡产生剩余电流很小，固有剩余电流主要是由负荷产生的，因此，固有剩余电流在负荷投切时会产生很大的波动，单单检测出剩余电流相量突变量无法判断其变化是由负荷投切产生的还是漏电故障产生的，因此，相量突变型RCD在负荷投切时，不可避免地会发生误动。
通过本发明人发现，在低压配电网中，线路上分布电容非常小，线路在正常运行时，产生的剩余电流可以忽略不计，而配电网系统的固有剩余电流是末端负荷产生的。因此在负荷投切或在发生漏电故障时，均会导致线路首端测得的剩余电流突变，下面按照负荷投切或发生漏电故障这两种情况分别分析其电流变化情况。
如图1所示，其示意为低压配电网发生漏电故障示意图，图中，在正常运行时，互感器测量线路首端的剩余电流为ir1，漏电故障后的剩余电流则为ir0与ir1的和，但由于故障过渡电阻Rf较大，负荷阻抗远小于故障过渡电阻Rf，因此，互感器测得的相位电流iA、iB、iC发生的变化较弱。
又如图2所示，图2为低压配电网在负荷投切示意图，与图1相比，配电网系统未发生漏电故障，但负荷2投入运行，在负荷2投入运行时，负荷2上产生剩余电流ir2，互感器测得的线路首端的剩余电流由ir1变为ir1与ir2的和，因此在负荷2投入时，互感器测得的线路首端也将检测到剩余电流的突变，但不同的是，由于负荷的电阻比较小，而且，各负荷阻抗间的差别远小于图1中负荷阻抗与故障接地电阻的差别，因此，在负荷投入时线路首端的相电流互感器测得的电流将产生较大的突变。
通过测量结果发现，当负荷投切时，相位电流和剩余电流产生较大的突变；而当发生漏电故障时，剩余电流也会产生很大的突变，但相电流的变化并不明显。上述两种情况下的剩余电流均会产生突变量，但其对应的情况不一定都是故障，因此，只通过检测剩余电流进行比较，容易在负荷改变时，造成保护误动作。
为此，参阅图3，本发明提供了一种低压配电网剩余电流保护方法，包括以下步骤：
S1、采集经过配电变压器输出的相位电流和剩余电流；
S2、对所采集的相位电流和剩余电流分别进行滤波处理，以得到经过滤波处理后的相位滤波电流和剩余滤波电流；
S3、将相位滤波电流和剩余滤波电流分别与一个周波前对应的相位滤波电流和剩余滤波电流进行做差处理，从而得到相位电流突变量和剩余电流突变量；
S4、判断相位电流突变量是否大于预设第一阈值，并判断剩余电流突变量是否大于预设第二阈值，当判断相位电流突变量小于预设第一阈值且剩余电流突变量大于预设第二阈值时，则判定配电线路出现漏电情况并启动剩余电流保护装置的保护动作，当判断相位电流突变量大于预设第一阈值且剩余电流突变量大于预设第二阈值时，则判定配电线路为负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
需要说明的是，预设第一阈值和预设第二阈值为根据历史数据或试验获取，一般情况下，预设第一阈值大于预设第二阈值。
本实施例通过计算配电线路的剩余电流和相位电流的突变量，并分别设定剩余电流阈值和相位电流阈值，当负荷投切时，剩余电流相量突变量越限，相电流相量突变量也越限，保持剩余电流保护装置闭锁，当发生漏电故障时，剩余电流相量突变量越限，而相电流相量突变量不越限，启动剩余电流保护装置保护动作。利用固有剩余电流由线路末端负荷产生，而负荷投切时，造成剩余电流变化，也会引起负荷电流的较大变化，而出现漏电故障时，会造成剩余电流较大变化，但引起的负荷电流变化很小，也即引起相位电流变化较小，综合利用相位电流和剩余电流的变化来判断漏电故障，可以有效避免保护误动作。
进一步地，相位电流为单相电流或三相电流。
进一步地，步骤S1具体包括：采集配电变压器的首段输出线路的相位电流和剩余电流。
进一步地，步骤S4还包括：当剩余电流突变量小于预设第二阈值时，则判定配电线路无负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
以下为结合本实施例提供的部分实施示例，需要说明的是，从配电变压器至用户表箱之前的线路定义为表前系统，用户表箱之后线路定义为表后系统。。
示例一
如图4所示，其表示剩余电流保护装置在低压配电网中表前系统的配置图，该配电网系统包括配电变压器T1，配电变压器T1通过三相主线路P连接至高压侧母线，再从高压侧母线引出的两路母线支路P1、P2至低压侧母线Q，在低压侧母线上引出5个电表支路Q1、Q2、Q3、X1、X2分别连接至各自对应支路上的用户表箱，再通过5个用户表箱引出5条负荷支路U、V、W、M、N分别连接各自的各类负荷。
通过在低压配电线路的主干线的三相主线路P及两路母线支路P1、P2的首端分别安装剩余电流保护装置进行检测，当在母线支路P1和低压侧母线Q之间发生了漏电故障电弧，该母线支路P1上的剩余电流保护装置将检测到该故障产生的剩余电流的相量突变，而基本检测不到三相主线路P上的三相位电流的突变，即母线支路P1的剩余电流突变量将会大于设定阈值，而三相位电流小于设定阈值；同时，三相主线路P上的剩余电流保护装置的检测结果与母线支路P1上的剩余电流保护装置一致。则说明母线支路P1发生了漏电故障。
示例二
如图5所示，图5示意出了剩余电流保护装置在低压配电网中表后系统的配置图，也即在入户处安装了剩余电流保护装置作为监测节点，其入户线路为单相线路，可以采集单相电流以及火线与零线间的剩余电流，当发生漏电故障时，入户处的剩余电流保护装置可以检测到剩余电流相量突变量越限，而相电流相量突变量未越限。则说明入户处发生了漏电故障。
以上为本发明提供的一种低压配电网剩余电流保护方法的实施例的具体描述，以下为本发明提供的一种低压配电网剩余电流保护装置的实施例的具体描述。
为了方便理解，请参阅图6，本实施例提供的一种低压配电网剩余电流保护装置，包括电流采集模块100、滤波模块200、处理模块300和判定执行模块400；
电流采集模块100用于采集经过配电变压器输出的相位电流和剩余电流；
需要说明的是，相位电流为单相电流或三相电流，可以采集配电变压器的首段输出线路的相位电流和剩余电流。
滤波模块200用于对所采集的相位电流和剩余电流分别进行滤波处理，以得到经过滤波处理后的相位滤波电流和剩余滤波电流；
处理模块300用于将相位滤波电流和剩余滤波电流分别与一个周波前对应的相位滤波电流和剩余滤波电流进行做差处理，从而得到相位电流突变量和剩余电流突变量；
判定执行模块400用于判断相位电流突变量是否大于预设第一阈值，还用于判断剩余电流突变量是否大于预设第二阈值，还用于当判断相位电流突变量小于预设第一阈值且剩余电流突变量大于预设第二阈值时，则判定配电线路出现漏电情况并启动剩余电流保护装置的保护动作，还用于当判断相位电流突变量大于预设第一阈值且剩余电流突变量大于预设第二阈值时，则判定配电线路为负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
进一步地，判定执行模块400还用于当剩余电流突变量小于预设第二阈值时，则判定配电线路无负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
需要说明的是，预设第一阈值和预设第二阈值为根据历史数据或试验获取，一般情况下，预设第一阈值大于预设第二阈值。
本实施例通过计算配电线路的剩余电流和相位电流的突变量，并分别设定剩余电流阈值和相位电流阈值，当负荷投切时，剩余电流相量突变量越限，相电流相量突变量也越限，保持剩余电流保护装置闭锁，当发生漏电故障时，剩余电流相量突变量越限，而相电流相量突变量不越限，启动剩余电流保护装置保护动作。利用固有剩余电流由线路末端负荷产生，而负荷投切时，造成剩余电流变化，也会引起负荷电流的较大变化，而出现漏电故障时，会造成剩余电流较大变化，但引起的负荷电流变化很小，也即引起相位电流变化较小，综合利用相位电流和剩余电流的变化来判断漏电故障，可以有效避免保护误动作。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种低压配电网剩余电流保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集经过配电变压器输出的相位电流和剩余电流；
S2、对所采集的所述相位电流和所述剩余电流分别进行滤波处理，以得到经过滤波处理后的相位滤波电流和剩余滤波电流；
S3、将所述相位滤波电流和所述剩余滤波电流分别与一个周波前对应的相位滤波电流和剩余滤波电流进行做差处理，从而得到相位电流突变量和剩余电流突变量；
S4、判断所述相位电流突变量是否大于预设第一阈值，并判断所述剩余电流突变量是否大于预设第二阈值，当判断所述相位电流突变量小于所述预设第一阈值且所述剩余电流突变量大于所述预设第二阈值时，则判定配电线路出现漏电情况并启动剩余电流保护装置的保护动作，当判断所述相位电流突变量大于所述预设第一阈值且所述剩余电流突变量大于所述预设第二阈值时，则判定配电线路为负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作；
步骤S4还包括：当所述剩余电流突变量小于所述预设第二阈值时，则判定配电线路无负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
2.根据权利要求1所述的低压配电网剩余电流保护方法，其特征在于，所述相位电流为单相电流或三相电流。
3.据权利要求1所述的低压配电网剩余电流保护方法，其特征在于，步骤S1具体包括：采集配电变压器的首段输出线路的相位电流和剩余电流。
4.一种低压配电网剩余电流保护装置，其特征在于，包括电流采集模块、滤波模块、处理模块和判定执行模块；
所述电流采集模块用于采集经过配电变压器输出的相位电流和剩余电流；
所述滤波模块用于对所采集的所述相位电流和所述剩余电流分别进行滤波处理，以得到经过滤波处理后的相位滤波电流和剩余滤波电流；
所述处理模块用于将所述相位滤波电流和所述剩余滤波电流分别与一个周波前对应的相位滤波电流和剩余滤波电流进行做差处理，从而得到相位电流突变量和剩余电流突变量；
所述判定执行模块用于判断所述相位电流突变量是否大于预设第一阈值，还用于判断所述剩余电流突变量是否大于预设第二阈值，还用于当判断所述相位电流突变量小于所述预设第一阈值且所述剩余电流突变量大于所述预设第二阈值时，则判定配电线路出现漏电情况并启动剩余电流保护装置的保护动作，还用于当判断所述相位电流突变量大于所述预设第一阈值且所述剩余电流突变量大于所述预设第二阈值时，则判定配电线路为负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作；
所述判定执行模块还用于当所述剩余电流突变量小于所述预设第二阈值时，则判定配电线路无负荷投切且无漏电情况并保持剩余电流保护装置的保护闭锁动作。
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