CN115021206A - 基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法及装置 - Google Patents

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CN115021206A CN202210689526.XA CN202210689526A CN115021206A CN 115021206 A CN115021206 A CN 115021206A CN 202210689526 A CN202210689526 A CN 202210689526A CN 115021206 A CN115021206 A CN 115021206A
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Abstract

本发明涉及一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法及装置，该方法包括获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流；若上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据上游零序电流和下游零序电流计算，获得零序电流比；若零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。该方法通过获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流，在满足上游零序电流大于最大不平衡电流条件下计算零序电流比，通过零序电流比满足保护判据情况下控制保护开关动作切断故障线路，实现对小电阻接地配电网系统的故障保护。

Description

基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统差动保护技术领域，尤其涉及一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法及装置。
背景技术
中性点经小电阻接地的配电网需配备零序过流保护，一般情况下零序过流保护动作定值的整定计算需要考虑躲过被保护线路电容电流和正常运行时最大不平衡电流的影响，因此零序过流保护的动作定值都偏高。而发生高阻接地故障(HIF)时，故障电流比较小，常规零序过流保护难以识别高阻接地故障。虽然高阻故障不影响系统对负荷的正常供电，但是极易引发人体触电和电气火灾事故，所以对中性点经小电阻接地的配电网高阻接地故障进行快速、可靠检测具有重要意义。
现有高阻接地保护原理包含有：一是利用故障时各出线零序电流及中性点零序电流的关系选出故障线路；二是采用现有零序电流保护原理的基础上引入零序电压信息对测量的零序电流进行修正，使得修正后的零序电流测量值与故障首端发生金属性接地故障的情况相似，从而提高小电阻接地系统高阻接地故障的保护灵敏性，其缺点是需要引进电压量，若修正量过大，可能会使保护误动作；三是利用中性点电流与零序电流投影差实现高阻故障保护；四是提出改进的反时限零序过电流保护降低保护的启动门槛值，其缺点是整定复杂，灵活性差且对设备的同步性以及精确度要求较高，现场难以满足要求。因此若将现有零序过流保护应用到配电网高阻接地故障的差动保护，由于高阻接地故障的电流很小，差动保护会拒动的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法及装置，用于解决现有对高阻接地故障的差动保护存在拒动，无法对配电网进行保护的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法，应用于小电阻接地配电网系统上，该高阻接地故障纵联保护方法包括以下步骤：
获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流；
若所述上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据所述上游零序电流和所述下游零序电流计算，获得零序电流比；
若所述零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。
优选地，根据所述上游零序电流和所述下游零序电流计算，获得零序电流比包括：所述上游零序电流与所述下游零序电流比值的绝对值作为零序电流比。
优选地，所述最大不平衡电流最小为3A，所述延时时间T为小电阻接地配电网系统零序过流动作时限与时间阶梯之和。
优选地，所述保护判据为所述零序电流比大于20。
优选地，该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法包括：若所述上游零序电流不大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，或若所述零序电流比不满足保护判据，则小电阻接地配电网系统的保护开关不动作。
本发明还提供一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护装置，用于小电阻接地配电网系统上，该高阻接地故障纵联保护装置包括：数据获取模块、计算模块和故障保护模块；
所述数据获取模块，用于获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流；
所述计算模块，用于根据所述上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据所述上游零序电流和所述下游零序电流计算，获得零序电流比；
所述故障保护模块，用于根据所述零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。
优选地，所述计算模块用于将所述上游零序电流与所述下游零序电流比值的绝对值作为零序电流比。
优选地，所述最大不平衡电流为3A，所述延时时间T为小电阻接地配电网系统零序过流动作时限与时间阶梯之和。
优选地，所述保护判据为所述零序电流比大于20。
本发明还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法及装置，该方法包括获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流；若上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据上游零序电流和下游零序电流计算，获得零序电流比；若零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法通过获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流，并基于满足上游零序电流大于最大不平衡电流条件下计算系统的零序电流比，通过零序电流比满足保护判据情况下控制保护开关动作切断故障线路，实现对小电阻接地配电网系统的故障保护，解决了现有对高阻接地故障的差动保护存在拒动，无法对配电网进行保护的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法的步骤示意图；
图2为本发明另一实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法的步骤示意图；
图3为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法中小电阻接地配电网系统的单相接地示意图；
图4为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法中小电阻接地配电网系统的单相接地零序图；
图5为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法中100kV小电阻接地系统单相高阻接地模型电气图；
图6为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护装置的框架图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法及装置，应用于小电阻接地配电网系统上，用于解决了现有对高阻接地故障的差动保护存在拒动，无法对配电网进行保护的技术问题。
实施例一：
图1为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法的步骤示意图，图2为本发明另一实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法的步骤示意图，图3为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法中小电阻接地配电网系统的单相接地示意图，图4为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法中小电阻接地配电网系统的单相接地零序图。
如图1和图2所示，本发明提供一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法，应用于小电阻接地配电网系统上，该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法包括以下步骤：
S1.获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流。
需要说明的是，如图3和图4所示，在步骤S1中可以获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流
Figure BDA0003701033050000054
和下游零序电流
Figure BDA0003701033050000055
S2.若上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据上游零序电流和下游零序电流计算，获得零序电流比。
需要说明的是，在小电阻接地配电网系统中，该小电阻接地配电网系统中最大不平衡电流
Figure BDA0003701033050000056
的取值需要考虑该小电阻接地配电网系统不对称运行工况下可能出现的不平衡电流、线路参数不平衡以及零序电流互感器传变特性等问题。例如：10kV小电阻接地系统架空线路和电缆线路的最大不平衡零序电流分别在0.37A和0.26A左右，又考虑零序电流互感器的线性范围与测量误差，起动电流应至少达到零序互感器满量程的0.5％，则该小电阻接地配电网系统中最大不平衡电流
Figure BDA0003701033050000052
的取值应不小于3A。最大不平衡电流
Figure BDA0003701033050000053
的最小数值取为3A。
在本发明实施例中，将上游零序电流与下游零序电流比值的绝对值作为零序电流比K，即是：
Figure BDA0003701033050000051
S3.若零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。
需要说明的是，在步骤S3中，基于零序电流比满足保护判据，延时时间T后，该小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路，实现小电阻接地配电网系统的保护。保护开关可以为断路器。在本实施例中，若零序电流比满足保护判据，之后向断路器发送动作信号，计时寄存器开始计时，直至计时寄存器计时的时间达到T后，断路器根据动作信号动作切除故障线路。
在本发明实施例中，保护判据指的是零序电流比大于20。
在本发明实施例中，延时时间T的取值需要考虑该小电阻接地配电网系统保护之间的各个设备之间配合问题，那么小电阻接地配电网系统的保护开关动作的动作时限应该比现有的零序过流的动作时限T1高出一个时间阶梯Δt，考虑到该小电阻接地配电网系统的动作时间、复位时间以及故障切除后线路中零序电流从故障时大小降低至启动电流以下的时间，时间阶梯Δt一般取0.5s。则T＝T1+Δt。
本发明提供的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法，包括：获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流；若上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据上游零序电流和下游零序电流计算，获得零序电流比；若零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法通过获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流，并基于满足上游零序电流大于最大不平衡电流条件下计算系统的零序电流比，通过零序电流比满足保护判据情况下控制保护开关动作切断故障线路，实现对小电阻接地配电网系统的故障保护，解决了现有对高阻接地故障的差动保护存在拒动，无法对配电网进行保护的技术问题。
在本发明的一个实施例中，该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法包括：若上游零序电流不大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，或若零序电流比不满足保护判据，则小电阻接地配电网系统的保护开关不动作。
需要说明的是，该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法还通过上游零序电流不大于最大不平衡电流以及零序电流比不满足保护判据，不启动小电阻接地配电网系统的纵联保护，即是小电阻接地配电网系统的保护开关不动作。
如图3和图4所示，在本发明的一个实施例中，该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法还包括构建基于零序电流比的保护判据，构建基于零序电流比的保护判据包括：
基于上游零序电流和下游零序电流的表达式，对上游零序电流的表达式与下游零序电流的表达式处理去除过渡电阻，获得初始零序电流比表达式；
基于约束条件简化初始零序电流比表达式，获得零序电流比表达式；
根据故障线路的上游零序电流幅值在下游零序电流幅值的20倍以上，确定零序电流比的保护判据。
需要说明的是，上游零序电流的表达式为：
Figure BDA0003701033050000071
下游零序电流的表达式为：
Figure BDA0003701033050000072
式中，Z1∑、Z2∑、Z0∑为从故障点向网络看过去的等效阻抗；
Figure BDA0003701033050000073
为等效电源电动势，c0为故障线路或馈线单位长度的零序电容，z0是故障线路或馈线单位长度的零序阻抗，lnu为故障点到故障线路首端的距离，l'nd为故障点到故障线路N侧母线的距离，Rf为故障线路或馈线上的过渡电阻，Yup(0)为零序网中故障点上游等效导纳，Ydown(0)为零序网中故障点下游等效导纳，jω为故障线路或馈线的电抗。
在本发明实施例中，从上游零序电流的表达式和下游零序电流的表达式中可知，过渡电阻Rf只存在于分母部分，将上游零序电流的表达式与下游零序电流的表达式相除，则可以约去含过渡电阻，之后取其模值，令其为K，获得初始零序电流比表达式，初始零序电流比表达式为：
Figure BDA0003701033050000074
在本发明实施例中，约束条件包括：
Figure BDA0003701033050000075
根据约束条件将初始零序电流比表达式简化为零序电流比表达式，零序电流比表达式为：
Figure BDA0003701033050000081
由零序电流比表达式可知，K值虽不受过渡电阻Rf影响，但是受故障位置影响较大。例如以国内10kV系统的常用参数为例，即中性点接地电阻为10Ω，则可以确定零序电流比的保护判据为：
Figure BDA0003701033050000082
因此，故障线路的上游零序电流幅值在故障线路下游零序电流幅值的20倍以上，且此比值与故障接地点过渡电阻值无关。而非故障线路中，该比值约等于1。
图5为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法中100kV小电阻接地系统单相高阻接地模型电气图。
在本发明的实施例中，采用以下案例说明该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法的可行性，例如：在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC4.6中，建立10kV小电阻接地系统单相高阻接地模型如图5所示。10kV小电阻接地系统包含无穷大电源、电缆线路、主变压器、接地变压器。电缆线路参数如下：正序：电缆线路单位长度正序电阻r1＝0.1050Ω/km，电缆线路单位长度正序电抗x1＝0.0800Ω/km，电缆线路单位长度对地正序电容c1＝0.4700μF/km。零序：电缆线路单位长度零序电阻r0＝1.0500Ω/km，电缆线路单位长度零序电抗x0＝0.3200Ω/km，电缆线路单位长度对地零序电容c0＝0.4700090μF/km。接地变压器零序阻抗取j10Ω，中性点接地电阻取10Ω，线路每回长度设置为10km，在线路始端、5km除和末端断路器处安装保护终端。如图5所示，设置第一条线路BK1-BK2之间发生单相接地故障，获得BK1处的上游零序电流和BK2处的下游零序电流；之后通过该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法对10kV小电阻接地系统的接地故障进行纵联保护。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC 4.6中对10kV小电阻接地系统的接地故障进行纵联保护保护过程，其保护开关执行结果如下表1所示。
表1小电阻接地系统单相接地故障仿真结果
Figure BDA0003701033050000091
由上表可知，在故障位置、非故障线路回数改变时，故障线路上游零序电流幅值与故障线路下游零序电流幅值比仍满足大于20的关系，保护开关仍能可靠动作，且从金属性接地到1000Ω的高阻接地，零序电流比K值几乎不受影响，可见该基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法可以提高耐受过渡电阻能力到1000Ω以上。
实施例二：
图6为本发明实施例所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护装置的框架图。
如图6所述，本发明还提供一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护装置，应用于小电阻接地配电网系统上，该高阻接地故障纵联保护装置包括数据获取模块10、计算模块20和故障保护模块30；
数据获取模块10，用于获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流；
计算模块20，用于根据上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据上游零序电流和下游零序电流计算，获得零序电流比；
故障保护模块30，用于根据零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。
在本发明实施例中，计算模块用于将上游零序电流与下游零序电流比值的绝对值作为零序电流比。
在本发明实施例中，最大不平衡电流为3A，延时时间T为小电阻接地配电网系统零序过流动作时限与时间阶梯之和。
在本发明实施例中，保护判据为所述零序电流比大于20。
需要说明的是，实施例二装置中模块的内容对应于实施例一方法的步骤内容，实施例一方法的步骤内容已经在实施例一中详细阐述了，在实施例二不再重复对模块的内容阐述。
实施例三：
本发明还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器；
存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，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，所述单元的划分，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。
所述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，在本发明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。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法，应用于小电阻接地配电网系统上，其特征在于，该高阻接地故障纵联保护方法包括以下步骤：
获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流；
若所述上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据所述上游零序电流和所述下游零序电流计算，获得零序电流比；
若所述零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。
2.根据权利要求1所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法，其特征在于，根据所述上游零序电流和所述下游零序电流计算，获得零序电流比包括：所述上游零序电流与所述下游零序电流比值的绝对值作为零序电流比。
3.根据权利要求1所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法，其特征在于，所述最大不平衡电流最小为3A，所述延时时间T为小电阻接地配电网系统零序过流动作时限与时间阶梯之和。
4.根据权利要求1所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法，其特征在于，所述保护判据为所述零序电流比大于20。
5.根据权利要求1所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法，其特征在于，包括：若所述上游零序电流不大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，或若所述零序电流比不满足保护判据，则小电阻接地配电网系统的保护开关不动作。
6.一种基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护装置，其特征在于，应用于小电阻接地配电网系统上，该高阻接地故障纵联保护装置包括：数据获取模块、计算模块和故障保护模块；
所述数据获取模块，用于获取小电阻接地配电网系统发生单相接地故障线路的上游零序电流和下游零序电流；
所述计算模块，用于根据所述上游零序电流大于小电阻接地配电网系统的最大不平衡电流，则根据所述上游零序电流和所述下游零序电流计算，获得零序电流比；
所述故障保护模块，用于根据所述零序电流比满足保护判据，则延时时间T后，控制小电阻接地配电网系统的保护开关动作，切除故障线路。
7.根据权利要求6所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护装置，其特征在于，所述计算模块用于将所述上游零序电流与所述下游零序电流比值的绝对值作为零序电流比。
8.根据权利要求6所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护装置，其特征在于，所述最大不平衡电流为3A，所述延时时间T为小电阻接地配电网系统零序过流动作时限与时间阶梯之和。
9.根据权利要求6所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护装置，其特征在于，所述保护判据为所述零序电流比大于20。
10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-5任意一项所述的基于双端零序电流比的高阻接地故障纵联保护方法。
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