CN113702768A - 一种适用于小电流接地的选线方法及选线控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于小电流接地的选线方法及选线控制器，1)确定发生小电流接地故障：判断实时零序电流大于预设的启动电流，实时零序电压大于预设的启动电压；2)若发生小电流接地故障，则确定故障起始时刻：以当前采样点时刻前推计算，依次比较零序电压瞬时采样值差值，当零序电压瞬时采样差值大于设定值时当前时刻所对应的时刻即为故障起始时刻；3)若发生小电流接地故障，则确定最高点时刻：以故障起始点为开始点，确定零序电流瞬时采样的最高点，零序电流瞬时采样的最高点所对应的时刻为最高点时刻；4)在故障起始时刻与故障结束时刻之间，通过对零序电流和零序电压进行积分计算，确定该线路是否发生小电流接地故障。

Description

一种适用于小电流接地的选线方法及选线控制器

技术领域

本发明涉及一种适用于小电流接地的选线方法及选线控制器，属于配电自动化领域。

背景技术

在配电网自动化系统中，为确保供电运行的安全性和可靠性，准确定位、隔离故障，恢复供电，已经成为电网运行中必须解决的问题。

小电流接地系统中单相接地故障是一种常见的临时性故障，当该故障发生时，由于故障点的电流很小，且三相之间的线电压仍保持对称，对负荷设备的供电没有影响，所以允许系统的设备短时间运行，一般情况下可运行1-2小时而不必跳闸，从而提高了供电的可靠性。但一相发生接地，导致其他两相的对地电压升高为相电压的数倍，这样会对设备的绝缘造成威胁，若不及时处理可能发展为绝缘破坏，两相短路，弧光放电，引起系统过压。然而当系统发生单相接地故障时，由于构不成回路，接地电流是分布电容电流，数值比负荷电流小很多，故障特征不明显。

当小电流接地系统发生单相接地故障后，由于故障电流较小，故障不稳定等因素给迅速准确选切故障线路中三相中的故障相带来了的极大的困难。现有技术中对小电流接地系统接地选线技术提出了很多线路接地选线的方法，但这些接地选线方法存在不同的问题，比如原理不完善、动作准确率差、计算复杂等，在实际应用中并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于小电流接地的选线方法及选线控制器，用以解决准确率差、计算复杂的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种适用于小电流接地的选线方法，包括以下步骤：

1)确定发生小电流接地故障，确定发生小电流接地故障的标准为：判断实时零序电流大于预设的启动电流，或者实时零序电压大于预设的启动电压；

2)若发生小电流接地故障，则确定故障起始时刻，确定故障起始时刻的方法为：以当前采样点时刻前推计算，依次比较零序电压瞬时采样差值，当零序电压瞬时采样差值大于设定值时当前时刻所对应的时刻即为故障起始时刻；所述零序电压瞬时采样差值为零序电压瞬时采样值与一个周期前的零序电压瞬时采样值的差值；

3)若发生小电流接地故障，则确定最高点时刻，确定最高点时刻的方法为：以故障起始点为开始点，确定零序电流瞬时采样的最高点，所述零序电流瞬时采样的最高点所对应的时刻为最高点时刻；

4)在故障起始时刻与最高点时刻之间，通过对零序电流和零序电压进行积分计算，确定该线路是否发生小电流接地故障。

这样做的有益效果为：根据线路的零序电压和零序电流启动值来作为接地故障判断的启动条件，再通过依次比较零序电压瞬时采样值差值是否大于设定值来确定故障起始时刻，然后以零序电压故障起始时刻为开始时刻寻求零序电流最高点时刻，最后通过计算两个时刻内电压和电流的积分值，判断故障是否落在区域内，如果在区域内，则该段线路发生了单相接地故障。通过如上方法，能够及时准确的判断故障发生时刻以及故障发生所在线路，避免设备发生绝缘破坏，进一步避免系统过压的现象，同时还具有很高的可靠性和准确性，不受接地方式、补偿装置影响，不用额外的信号源，满足单条线路的选线要求，提高了选线的准确性以及适用性。

进一步的，步骤2)中，前推计算为前推两个周波，则零序电压瞬时采样差值达到设定值的判据为：

|U_t-U_t-T|>K₁|U_t-T-U_t-2T|+K₂×U_e

其中U_t为零序电压瞬时采样当前值，U_t-T为当前采样点向前推一个周期波的零序电压瞬时采样值，U_t-2T为当前采样点向前推两个周期波的零序电压采样值，U_e为额定电压值，K₁、K₂为常数。

进一步的，步骤3)中，零序电流瞬时采样的最高点的计算方法为，将满足如下公式的零序电流瞬时采样当前值作为零序电流瞬时采样的最高点：

(|I_t|>K₃|I_t-1|)且(|I_t|>K₃|I_t+1|)

其中I_t为零序电流瞬时采样当前值，K₃为常数，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时采样值，I_t+1为当前采样点向后推一个时刻的零序电流瞬时采样值。

这样做的有益效果为：分别通过零序电压和零序电流确定零序电压故障起始时刻和零序电流最高时刻，两个基准、两个运算方法，极大地提高了动作准确率。

进一步的，步骤4)中，零序电流和零序电压进行积分计算的公式为：

U_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电压瞬时值，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时值，t₁为故障起始时刻，t₂为故障结束时刻，M为小电流接地故障判断参数；

当M<0时，该线路发生小电流接地故障。

这样做的有益效果为：确定发生小电流接地故障仅需要进行积分运算，计算简单。

进一步的，K₁取1，K₂取0.5，K₃的取值范围是：1.0～1.2。

本发明的一种适用于小电流接地的选线控制器，选线控制器执行指令以实现小电流接地选线的方法，小电流接地选线的方法包括以下步骤：

1)确定发生小电流接地故障，确定发生小电流接地故障的标准为：判断实时零序电流大于预设的启动电流，或者实时零序电压大于预设的启动电压；

2)若发生小电流接地故障，则确定故障起始时刻，确定故障起始时刻的方法为：以当前采样点时刻前推计算，依次比较零序电压瞬时采样差值，当零序电压瞬时采样差值大于设定值时当前时刻所对应的时刻即为故障起始时刻；零序电压瞬时采样差值为零序电压瞬时采样值与一个周期前的零序电压瞬时采样值的差值；

3)若发生小电流接地故障，则确定最高点时刻，确定最高点时刻的方法为：以故障起始点为开始点，确定零序电流瞬时采样的最高点，所述零序电流瞬时采样的最高点所对应的时刻为最高点时刻；

4)在故障起始时刻与最高点时刻之间，通过对零序电流和零序电压进行积分计算，确定该线路是否发生小电流接地故障。

进一步的，步骤2)中，前推计算为前推两个周波，零序电压瞬时采样差值达到设定值的判据为：

|U_t-U_t-T|>K₁|U_t-T-U_t-2T|+K₂×U_e

其中U_t为零序电压瞬时采样当前值，U_t-T为当前采样点向前推一个周期波的零序电压瞬时采样值，U_t-2T为当前采样点向前推两个周期波的零序电压采样值，U_e为额定电压值，K₁、K₂为常数。

进一步的，步骤3)中，零序电流瞬时采样的最高点的计算方法为，将满足如下公式的零序电流瞬时采样当前值作为零序电流瞬时采样的最高点：

(|I_t|>K₃|I_t-1|)且(|I_t|>K₃|I_t+1|)

其中I_t为零序电流瞬时采样当前值，K₃为常数，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时采样值，I_t+1为当前采样点向后推一个时刻的零序电流瞬时采样值。

进一步的，步骤4)中，零序电流和零序电压进行积分计算的公式为：

U_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电压瞬时值，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时值，t₁为故障起始时刻，t₂为故障结束时刻，M为小电流接地故障判断参数；

当M<0时，该线路发生小电流接地故障。

进一步的，K₁取1，K₂取0.5，K₃的取值范围是：1.0～1.2。

附图说明

图1是选线控制器工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

方法实施例：

本发明涉及了适用于配电网中小电流接地的选线方法，该方法利用高速高精度AD采集到的零序电流和零序电压瞬时变化量，通过零序电压和零序电流突变量作为单相接地故障判断的启动条件，结合故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流在故障时刻有明显的反相特征，准确寻求启动点，通过对故障时刻特征区域内的零序电流和零序电压的乘积积分值来准确选择接地线路。本发明具有很高的可靠性和准确性，不受接地方式、补偿装置影响，不用额外的信号源，满足单条线路的选线要求，提高了选线的准确性以及适用性。

具体步骤如下：

1)通过零序电压和零序电流突变量作为单相接地故障判断的启动条件，实时采集线路零序电压和零序电流：当满足

U₀(t)>U_0set

I₀(t)>I_0set

其中，U₀(t)、I₀(t)为线路当前的零序电压和零序电流，U_0set、I_0set为预设的启动电压和启动电流。根据系统情况设定的启动零序电压和启动零序电流判定单相接地故障算法开始启动。

实时采集到零序电流和零序电压都大于提前预设的启动零序电流和启动零序电压时，则配电网中发生了单相接地故障。

2)确定故障零序电压启动点：在当前采样点时刻向前推两个周波2T，利用公式：

|U_t-U_t-T|>K₁|U_t-T-U_t-2T|+K₂×U_e

其中U_t为零序电压瞬时采样当前值，U_t-T为当前采样点向前推一个周期波的零序电压瞬时采样值，U_t-2T为当前采样点向前推两个周期波的零序电压采样值，U_e为额定电压值，K₁一般取1，K₂一般取0.5。

当满足上式时记录下零序电压故障起始时刻为t₁。

采集根据当前采样时刻向前推两个周波的零序电压值进行比较，确定在故障发生后，两个周期内U_t都为最大值，则可以确定该时刻为零序电压故障起始时刻。

3)在故障起始时刻为t₁的前提下，确定零序电流最高点(拐点)：利用公式：

(|I_t|>K₃|I_t-1|)&&(|I_t|>K₃|I_t+1|)

其中I_t为零序电流瞬时采样当前值，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时采样值，I_t+1为当前采样点向后推一个时刻的零序电流瞬时采样值，K₃一般取1.0～1.2，满足上式时纪录下零序电流最高点时刻为t₂。本实施例中，I_t-1为当前采样点向前推1个时间间隔的零序电流瞬时采样值，I_t+1为当前采样点向后推1个时间间隔的零序电流瞬时采样值。

4)对零序电压和零序电流在t₁-t₂内进行积分判定区内故障和区外故障，同时利用差值消除直流分量的影响，再利用以下公式得到积分M。

U_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电压瞬时值，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时值。本实施中，U_t-1为当前采样点向前推1个时间间隔的零序电压瞬时值，I_t-1为当前采样点向前推1个时间间隔的零序电流瞬时值。

5)根据积分M，当M﹤0则判定为区内故障，反之判定为区外故障。

根据积分计算，M﹤0则表示t₁＜t₂，即故障发生在零序电压故障起始时刻t₁与零序电流最高点时刻t₂之间，此时则认为故障为区内故障，即该段线路发生了单相接地故障。

本发明通过在小电流接地系统发生单相接地故障时，通过高速高精度的AD转换器采集到三相的零序电流和零序电压的瞬时变化量；通过将零序电流和零序电压与预设值进行比较，以此作为接地故障判断的启动条件；以当前采样点时刻前推两个周波，依次比较零序电压瞬时采样值差值，当零序电压瞬时采样差值大于设定值时当前时刻所对应的时刻即为故障起始时刻；然后以零序电压故障起始时刻为开始时刻寻求零序电流最高点时刻；最后通过两个时刻内零序电流和零序电压的积分计算，确定为区内故障的线路发生了单相接地故障，需要及时切除。

选线控制器实施例：

如图1所示，选线控制器执行指令以实现适用于小电流接地的选线方法，适用于小电流接地的选线方法在方法实施例中已阐述清楚，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种适用于小电流接地的选线方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定发生小电流接地故障，所述确定发生小电流接地故障的标准为：判断实时零序电流大于预设的启动电流，或者实时零序电压大于预设的启动电压；

2)若发生小电流接地故障，则确定故障起始时刻，所述确定故障起始时刻的方法为：以当前采样点时刻前推计算，依次比较零序电压瞬时采样差值，当零序电压瞬时采样差值大于设定值时当前时刻所对应的时刻即为故障起始时刻；所述零序电压瞬时采样差值为零序电压瞬时采样值与一个周期前的零序电压瞬时采样值的差值；

3)若发生小电流接地故障，则确定最高点时刻，所述确定最高点时刻的方法为：以故障起始点为开始点，确定零序电流瞬时采样的最高点，所述零序电流瞬时采样的最高点所对应的时刻为最高点时刻；

4)在故障起始时刻与最高点时刻之间，通过对零序电流和零序电压进行积分计算，确定该线路是否发生小电流接地故障。

2.根据权利要求1所述的小电流接地的选线方法，其特征在于，步骤2)中，前推计算为前推两个周波，则所述零序电压瞬时采样差值达到设定值的判据为：

|U_t-U_t-T|＞K₁|U_t-T-U_t-2T|+K₂×U_e

其中U_t为零序电压瞬时采样当前值，U_t-T为当前采样点向前推一个周期波的零序电压瞬时采样值，U_t-2T为当前采样点向前推两个周期波的零序电压采样值，U_e为额定电压值，K1、K2为常数。

3.根据权利要求2所述的小电流接地的选线方法，其特征在于，步骤3)中，所述零序电流瞬时采样的最高点的计算方法为，将满足如下公式的零序电流瞬时采样当前值作为零序电流瞬时采样的最高点：

(|I_t|＞K₃|I_t-1|)且(|I_t|＞K₃|I_t+1|)

其中I_t为零序电流瞬时采样当前值，K₃为常数，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时采样值，I_t+1为当前采样点向后推一个时刻的零序电流瞬时采样值。

4.根据权利要求2所述的小电流接地的选线方法，其特征在于，步骤4)中，所述零序电流和零序电压进行积分计算的公式为：

U_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电压瞬时值，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时值，t₁为故障起始时刻，t₂为故障结束时刻，M为小电流接地故障判断参数；

当M＜0时，该线路发生小电流接地故障。

5.根据权利要求4所述的小电流接地的选线方法，其特征在于，K₁取1，K₂取0.5，K₃的取值范围是：1.0～1.2。

6.一种适用于小电流接地的选线控制器，其特征在于，所述选线控制器执行指令以实现小电流接地选线的方法，小电流接地选线的方法包括以下步骤：

1)确定发生小电流接地故障，所述确定发生小电流接地故障的标准为：判断实时零序电流大于预设的启动电流，或者实时零序电压大于预设的启动电压；

2)若发生小电流接地故障，则确定故障起始时刻，所述确定故障起始时刻的方法为：以当前采样点时刻前推计算，依次比较零序电压瞬时采样差值，当零序电压瞬时采样差值大于设定值时当前时刻所对应的时刻即为故障起始时刻；所述零序电压瞬时采样差值为零序电压瞬时采样值与一个周期前的零序电压瞬时采样值的差值；

3)若发生小电流接地故障，则确定最高点时刻，所述确定最高点时刻的方法为：以故障起始点为开始点，确定零序电流瞬时采样的最高点，所述零序电流瞬时采样的最高点所对应的时刻为最高点时刻；

4)在故障起始时刻与最高点时刻之间，通过对零序电流和零序电压进行积分计算，确定该线路是否发生小电流接地故障。

7.根据权利要求6所述的适用于小电流接地的选线控制器，其特征在于，步骤2)中，设前推计算为前推两个周波，则所述零序电压瞬时采样差值达到设定值的判据为：

|U_t-U_t-T|＞K₁|U_t-T-U_t-2T|+K₂×U_e

其中U_t为零序电压瞬时采样当前值，U_t-T为当前采样点向前推一个周期波的零序电压瞬时采样值，U_t-2T为当前采样点向前推两个周期波的零序电压采样值，U_e为额定电压值，K₁、K₂为常数。

8.根据权利要求7所述的适用于小电流接地的选线控制器，其特征在于，步骤3)中，所述零序电流瞬时采样的最高点的计算方法为，将满足如下公式的零序电流瞬时采样当前值作为零序电流瞬时采样的最高点：

(|I_t|＞K₃|I_t-1|)且(|I_t|＞K₃|I_t+1|)

其中I_t为零序电流瞬时采样当前值，K₃为常数，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时采样值，I_t+1为当前采样点向后推一个时刻的零序电流瞬时采样值。

9.根据权利要求8所述的适用于小电流接地的选线控制器，其特征在于，步骤4)中，所述零序电流和零序电压进行积分计算的公式为：

U_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电压瞬时值，I_t-1为当前采样点向前推一个时刻的零序电流瞬时值，t₁为故障起始时刻，t₂为故障结束时刻，M为小电流接地故障判断参数；

当M＜0时，该线路发生小电流接地故障。

10.根据权利要求9所述的适用于小电流接地的选线控制器，其特征在于，K₁取1，K₂取0.5，K₃的取值范围是：1.0～1.2。

Images