CN114640092A - 5g下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法 - Google Patents

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CN114640092A CN202210018922.XA CN202210018922A CN114640092A CN 114640092 A CN114640092 A CN 114640092A CN 202210018922 A CN202210018922 A CN 202210018922A CN 114640092 A CN114640092 A CN 114640092A
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段建东
侯泽权
颜琬滢
杜晓通
任子娇
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Xian University of Technology
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
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Abstract

本发明公开了5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，具体包括如下步骤：通过保护安装处的零序电流互感器实时测量各个馈线的零序电流；对测得的零序电流数据进行预处理；比较零序电流有效值是否大于等于保护启动整定值；如果结果为否，则保护不启动，继续测量零序电流，如果结果为是，保护启动；通过5G技术将中性点零序电流传输给各个馈线的保护装置；计算各个馈线零序电流与中性点零序电流的比值k；比较比值k是否大于等于保护动作整定值；如果结果为否，则保护返回，继续测量零序电流，如果结果为是，则认为该馈线发生故障，保护动作切除故障。本发明为小电阻接地系统单相接地故障特别是高阻接地故障提供保护。

Description

5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法。
背景技术
随着我国城市的快速发展，城市配电网的电缆化率越来越高，配电系统的电容电流不断增加，此时利用消弧线圈进行补偿变得十分困难。中性点经小电阻接地系统具有故障特征明显，故障切除速度快，有效抑制故障过电压水平等优点，在我国城市配电网中得到越来越广泛的应用，比如：北京市，上海市，深圳市和浙江省在10kV或20kV都大量采用了中性点经小电阻接地方式，广州和辽宁省甚至全部采用了小电阻接地方式。然而，面对单相高阻接地故障(据统计，在配电网故障类型中单相接地故障占比高达80％，其中约有15％为单相高阻接地故障)，目前普遍采用的零序过电流保护极易发生拒动问题。如果按照线路最大对地电容电流为60A整定，当单相接地故障过渡电阻大于86Ω时保护就会拒动，随着时间的推移可能会发展成为相间短路故障，造成更大的危害。因此有必要研究小电阻接地系统高阻接地故障保护方案。
针对小电阻接地系统耐过渡电阻能力弱的问题，国内基于稳态电压/电流信息进行了大量研究，大多数方案也可以将保护的耐过渡电阻能力提高到1000Ω以上，但是这些方法存在各种问题，有的整定过程较为复杂，有的需要用到高精度的零序电压互感器，有的对配电网自动化程度要求较高等，导致实际工程中这些方法应用很少。
配电网小电阻接地系统发生单相接地故障时，故障时中性点零序电流始终远大于健全馈线零序电流，约等于故障馈线零序电流，根据这一特点，提出5G 下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，仅利用零序电流信息和5G技术就可以实现较高过渡电阻接地故障的保护。
发明内容
本发明的目的在于提供5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，解决了现有技术中由于接地故障过渡电阻过大保护拒动的问题。
本发明所采用的技术方案是：5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，具体包括如下步骤：
步骤1，通过安装在保护装置处的零序电流互感器实时测量各个馈线的零序电流；
步骤2，对步骤1中测量的零序电流数据进行预处理；
步骤3，比较步骤2中处理后的零序电流是否大于等于保护启动整定值，如果结果为否，则返回步骤1，如果结果为是，则进行步骤3；
步骤4，通过5G技术将中性点零序电流传输给各个馈线的保护装置；
步骤5，计算各个馈线零序电流与中性点零序电流的比值k；
步骤6，比较步骤4中计算的比值k是否大于等于保护动作整定值，如果结果为否，则保护返回步骤1，如果结果为是，则进行步骤7；
步骤7，保护动作，切除故障。
本发明的特点还在于，
步骤2中按照公式(1)对步骤1中测量的零序电流数据进行预处理：
I′0i(n)＝|I0i(n)-I0i(n-1)| (1)
其中，I′0i为零序电流修正值；I0i为零序电流测量值，I0i(0)＝0；n为采样点。
步骤3中按照公式(2)计算保护启动整定值Is
Is＝krelIu(max) (2)
其中，Is为保护启动整定值，Iu(max)为线路最大不平衡电流，krel为可靠性系数，取2。
步骤6中保护动作整定值按照进行公式(3)进行整定：
Figure BDA0003459823840000031
其中，kset为保护动作整定值，
Figure BDA0003459823840000032
为单相高阻接地故障时健全馈线零序电流与中性点零序电流比值的最大值。
当RN＝10Ω时，健全馈线零序电流与中性点零序电流比值的最大值为 0.104。
健全馈线零序电流与中性点零序电流比值为：
Figure BDA0003459823840000033
其中，
Figure BDA0003459823840000034
为母线零序电压，
Figure BDA0003459823840000035
为A相电压，j为虚数符号，C0i为馈线对地电容电流，RN为中性点接地电阻，ω为角频率。
本发明采用馈线零序电流与中性点零序电流的比值设置保护动作整定值，避免了过渡电阻的影响，通过5G技术进行数据的传输，保证了数据传输的可靠性和低时延。在已知系统中可以有效提高保护的耐过渡电阻能力。
本发明的有益效果是，本发明的5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法。配电网小电阻接地系统发生单相接地故障时，故障时中性点零序电流始终远大于健全馈线零序电流，约等于故障馈线零序电流，根据比值大小可以确定馈线是否发生故障，同时为了确保各个馈线的保护装置可以及时，可靠的获取中性点零序电流，引入5G技术进行数据传输。仿真结果表明提出的保护方法可以在过渡电阻高达5000Ω时可靠动作。
附图说明
图1是本发明5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法的流程示意图；
图2是本发明5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法的10kV典型小电阻接地系统示意图；
图3是本发明5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法的仿真示意图；
图4是本发明发生过渡电阻为5000Ω接地故障下各个馈线比值计算图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，具体包括如下步骤：
步骤1，通过保护安装处的零序电流互感器实时测量各个馈线的零序电流；
步骤2，对步骤1中测量的零序电流数据进行预处理；
I′0i(n)＝|I0i(n)-I0i(n-1)| (1)
其中，I′0i为零序电流修正值；I0i为零序电流测量值，I0i(0)＝0；n为采样点。
步骤3，比较步骤2中处理后的零序电流是否大于等于保护启动整定值，如果结果为否，则返回步骤1，如果结果为是，则进行步骤3；
Is＝krelIu(max) (2)
其中，Is为保护启动整定值，Iu(max)为线路最大不平衡电流，krel为可靠性系数，一般取2。
步骤4，通过5G技术将中性点零序电流传输给各个馈线的保护装置；
步骤5，计算各个馈线零序电流与中性点零序电流的比值k；
步骤6，比较步骤4中计算的比值k是否大于等于保护动作整定值，如果结果为否，则保护返回步骤1，如果结果为是，则进行步骤7；
Figure BDA0003459823840000041
其中，kset为保护动作整定值，
Figure BDA0003459823840000042
为单相高阻接地故障时健全馈线与中性点零序电流比值的最大值，RN=10Ω时，该比值的最大值为0.104。
步骤7，保护动作，切除故障。
本发明5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法原理为：
10kV典型小电阻接地系统如图1所示，在f点发生了A相接地故障。其中
Figure BDA0003459823840000051
为电网三相电源电势，L1～Ln为n条馈线，C01～C0n为各条馈线的对地电容，Rf为故障点过渡电阻(随故障而变化)，RN为中性点接地电阻(一般取值为10Ω)。由于故障稳态时馈线阻抗很小，因此在这里将其忽略仅考虑各馈线的对地电容。
通过图1可以得到小电阻接地系统A相接地故障的零序网络。令Z0为从故障点看入的等效阻抗，则Z0为：
Figure BDA0003459823840000052
健全馈线零序电流
Figure BDA0003459823840000053
为：
Figure BDA0003459823840000054
其中，
Figure BDA0003459823840000055
为母线零序电压，
Figure BDA0003459823840000056
为A相电压。
中性点零序电流
Figure BDA0003459823840000057
为：
Figure BDA0003459823840000058
故障馈线零序电流
Figure BDA0003459823840000059
为：
Figure BDA00034598238400000510
健全馈线零序电流与中性点零序电流之比为：
Figure BDA0003459823840000061
其中，j为虚数符号，C0i为馈线对地电容电流，RN为中性点接地电阻，ω为角频率。其比值远小于1。
故障馈线零序电流与中性点零序电流之比为：
Figure BDA0003459823840000062
其比值大于1。
上述特征可表明，故障前后馈线零序电流与中性点零序电流之间比值有着明显差异，可根据此来构成保护判据。
实施例1
以图1所述的10kV小电阻接地系统为例，为了验证所提出的纵联保护方法的性能，在PSCAD/EMTDC中建立了电磁暂态模型。该模型参考薛永端教授团队文章，其中中性点电阻RN＝10Ω，系统共有4条电缆馈线，长度分别为 L1＝6km，L2＝8km，L3＝7km，L4＝10km。馈线的具体电气参数设置在t＝0.5s是于馈线L2的中间发生单相接地故障。
保护动作的步骤如下：
1)通过零序电流互感器测得4条馈线的零序电流，这里采样率为4kHz；
2)对测得的零序电流进行预处理；
3)判断处理后的零序电流I′0i是否大于等于保护启动整定值Is，I′0i＜Is为保护启动，I′0i＜Is为保护不启动；
4)保护启动后，通过5G技术将中性点零序电流传输到各个馈线保护装置；
5)计算各个馈线零序电流与中性点零序电流的比值k；
6)比较比值k与保护动作整定值kset的大小区分故障馈线与健全馈线， k＞kset为故障馈线，k＜kset为健全馈线。
7)健全馈线保护返回，故障馈线保护动作，切除故障。
利用PSCAD/EMTDC进行仿真测试，针对不同过渡电阻进行继电保护性能验证。
通过图4，馈线L2计算的比值为1远大于保护动作整定值0.25和其余三条馈线的比值，判定馈线L2发生单相接地故障，保护动作，切除故障。
上述结果皆识别正确。

Claims (6)

1.5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，通过安装在保护装置处的零序电流互感器实时测量各个馈线的零序电流；
步骤2，对步骤1中测量的零序电流数据进行预处理；
步骤3，比较步骤2中处理后的零序电流是否大于等于保护启动整定值，如果结果为否，则返回步骤1，如果结果为是，则进行步骤4；
步骤4，通过5G技术将中性点零序电流传输给各个馈线的保护装置；
步骤5，计算各个馈线零序电流与中性点零序电流的比值k；
步骤6，比较步骤4中计算的比值k是否大于等于保护动作整定值，如果结果为否，则保护返回步骤1，如果结果为是，则进行步骤7；
步骤7，保护动作，切除故障。
2.根据权利要求1所述的5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，其特征在于，步骤2中按照公式(1)对步骤1中测量的零序电流数据进行预处理方式如下：
I′0i(n)＝|I0i(n)-I0i(n-1)| (1)
其中，I′0i为零序电流修正值；I0i为零序电流测量值，I0i(0)＝0；n为采样点。
3.根据权利要求1所述的5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，其特征在于，步骤3中按照公式(2)计算保护启动整定值Is
Is＝krelIu(max) (2)
其中，Is为保护启动整定值，Iu(max)为线路最大不平衡电流，krel为可靠性系数，取2。
4.根据权利要求1所述的5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，其特征在于，步骤6中保护动作整定值按照进行公式(3)进行整定：
Figure FDA0003459823830000021
其中，kset为保护动作整定值，
Figure FDA0003459823830000022
为单相高阻接地故障时健全馈线零序电流与中性点零序电流比值的最大值。
5.根据权利要求4所述的5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，其特征在于，当RN＝10Ω时，健全馈线零序电流与中性点零序电流比值的最大值为0.104。
6.根据权利要求4所述的5G下小电阻接地系统高阻接地故障保护方法，其特征在于，所述健全馈线零序电流与中性点零序电流比值为：
Figure FDA0003459823830000023
其中，
Figure FDA0003459823830000024
为母线零序电压，
Figure FDA0003459823830000025
为A相电压，j为虚数符号，C0i为馈线对地电容电流，RN为中性点接地电阻，ω为角频率。
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