CN116031842A - 一种小电流接地选线保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小电流接地选线保护方法，包括以下步骤：S1、计算零序电流；S2、零序类型选择；S3、小电流接地系统单相接地故障特点；S4、利用故障分量判别单相接地时故障线路的故障相和非故障线路；S5、故障线路的故障相和非故障线路的参数设置；S6、定值比较；S7、定时器；S8、逻辑实现。本发明中，零序过电流保护功能用于馈线的接地保护；当零序电流设定的极限值并且它们之间的角度在设定的动作扇形区域内时，该功能就会启动并动作；可以将零序过电流保护的动作时间特性设置为定时限或反时限；在定时限(DT)模式下，在预设的动作时间后动作，并当故障电流消失时复归。

Description

一种小电流接地选线保护方法

技术领域

本发明涉及小电流接地选线技术领域，具体为一种小电流接地选线保护方法。

背景技术

标准的互操作及功能自由分布特性要求变电站自动化系统中不同智能电子设备间更灵活地协同，以及为了提高智能电子设备通电的安全系数，采用小电流接地选线保护DEFPDEF的方式，而为了选取合适的接地线采用不同仪器，或方法对不同规格的接地线与设备连接后的检测数据，用于判断该接地线是否符合要求，但目前的一些操作手段，容易对设备产生损伤，且步骤相对较为繁琐的问题，为此，我们提出一种实用性更高的小电流接地选线保护方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小电流接地选线保护方法，解决了现有的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小电流接地选线保护方法，包括以下步骤：

S1、计算零序电流；

S2、零序类型选择；

S3、小电流接地系统单相接地故障特点；

S4、利用故障分量判别单相接地时故障线路的故障相和非故障线路；

S5、故障线路的故障相和非故障线路的参数设置；

S6、定值比较：将选择后的零序电流与设定的启动值进行比较后完成故障判别，逻辑检测相位的测量电流是否超过定值，逻辑就会激活定时器模块；

S7、定时器；

S8、逻辑实现：闭锁功能有五种模式BLK_DIR、BLOCK、BLK_OPR、BLK_ST和FR_TIMER，实现闭锁模式的不同方法；

S9、定时器特性。

优选的，步骤S1、计算零序电流：当用于内部计算零序电流时，由于电流接线形式为完全星形，故内部计算零序电流为：

计算零序电流如下公式：

优选的，步骤S2、零序类型选择：

由于零序分量有内部计算和外部直接采集，根据接线模式；所以零序类型选择有2种模式；

选择零序类型模式为：

0＝外部直采零序电流

1＝内部计算零序电流

该逻辑节点默认选择类型设置为0。

优选的，步骤S4、利用故障分量判别单相接地时故障线路的故障相和非故障线路：

S41、相电流的故障分量计算；

S42、采用故障分量判别单相接地的故障线路计算公式：

采用故障分量判别单相接地的故障线路计算公式：

A.发生单相接地后，对于故障线路的故障相判别有三种情况，A相接地、B相接地、C相接地。

A.发生单相接地后，对于故障线路的故障相判别有三种情况，A相接地、B相接地、C相接地。

对于A相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

对于B相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

对于C相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

B.发生单相接地后，对于非故障线路的故障判别有一种情况：

3I₀≥I_0.ZD。

优选的，步骤S5、故障线路的故障相和非故障线路的参数设置：

采用故障分量相电流的幅值比较法和零序电流的大小进行判别单相接地且故障线路和选故障相。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明中，零序过电流保护功能用于馈线的接地保护；当零序电流设定的极限值并且它们之间的角度在设定的动作扇形区域内时，该功能就会启动并动作；可以将零序过电流保护的动作时间特性设置为定时限或反时限；在定时限(DT)模式下，在预设的动作时间后动作，并当故障电流消失时复归。

附图说明

图1为本发明的回馈线运行的中性点不接地系统示意图；

图2为本发明的三相电容运行相量示意图；

图3为本发明接地故障时的相量示意图；

图4为本发明多回馈线运行的的中性点不接地系统示意图；

图5为本发明ENA_MULT输入已激活的启动值特性示意图；

图6为本发明功能块符合示意图。

图7为本发明故障线路的故障相判别逻辑示意图。

图8为本发明非故障线路的判别逻辑示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种小电流接地选线保护方法，包括以下步骤：

S1、计算零序电流

当用于内部计算零序电流时，由于电流接线形式为完全星形，故内部计算零序电流为：

计算零序电流如下公式：

由于外部的零序电流和三相电流的二次变比的存在数值差别，故外部采集的零序电流3I₀和内部通过三相计算的零序电流3I₀不会相等，为了便于显示查看和整定定值，将内部计算的零序电流3I₀乘以一个可调零序电流补偿系数I₀_CC，换算后与外部直接采集零序电流3I₀在幅值上相等。

举例：定义N₁为三相电流互感器的变比值，N₂为直采零序电流互感器的变比值，通过计算可以得出：

I₀_CC＝N₁/N2

为了便于分开表示，可调零序电流补偿系数I₀_CC默认设置为1；只有在特殊情况下才设为可变系数；但在LHMI人机操作画面上的监视数据是通过补偿后内部计算零序电流3I₀。

S2、零序类型选择

由于零序分量有内部计算和外部直接采集，根据接线模式；所以零序类型选择有2种模式；

选择零序类型模式为：

0＝外部直采零序电流

1＝内部计算零序电流

该逻辑节点默认选择类型设置为0。

S3、小电流接地系统单相接地故障特点

如图1所示对于一回馈线运行的中性点不接地系统，假定电网的负荷为零，并忽略电源和线路上的压降；电网各相对地电容为C0_L1，这三个电容就相当于一对称Y形负载，其中性点就是大地。

正常运行时，电源中性点对地电压等于零，即Un＝0，各相对地电压为相电势，三相电容电流也是对称的，并超前相应电压90°，正常运行时的相量如图2。

当A相发生单相接地时，A相对地电压变为零。此时中性点对地电压就是中性点对A相的电压，即Un＝-Ea。各相对地电压和零序电压分别为

上式说明，A相接地后，B相和C相对地电压升高为原来的倍，此时三相电压之和不再为零，出现了零序电压。非故障相出现了超前相电压90°的电容电流，线路上出现了零序电容电流。其值分别为

其有效值：

ΔI_b＝ΔI_c

利用有效值构造数学模型：

接地故障时的相量如图3。

如下图4所示对于多回馈线运行的的中性点不接地系统，举例为线路L1、L2、L3和电源的各相对地电容分别为C0_L1、C0_L2、C0_L3、C0_M；当线路L1的d点发生A相接地故障时，系统中各元件的A相对地电容均被短接，各元件的A相对地电容电流为零；各元件的B、C相对地电容电流都要通过大地、故障点、电源构成回路，如图4所示。

由图4可见，非故障线路L2、L3和电源及母线的保护安装处流过的零序电容电流为

电源保护安装处流过的零序电容电流为

故障线路L3保护安装处流过的零序电容电流为3I0，仍以母线流向线路为假定正方向，则

利用有效值构造数学模型：

对于非故障线路和电源及母线的故障相分量有如下关系：

那么有效值：ΔI_{a_L2}＝ΔI_{b_L2}＝ΔI_{c_L2}

那么有效值：ΔI_{a_L3}＝ΔI_{b_L3}＝ΔI_{c_L3}

那么有效值：ΔI_{a_M}＝ΔI_{b_M}＝ΔI_{c_M}

对于故障线路非故障相的故障相分量有如下关系：

那么有效值：ΔI_{b_L1}＝ΔI_{c_L1}

假设当只有一回馈线时，其中L1线路发生单相接地时由图1得出向量关系：

当有多回馈线其中L1线路发生单相接地时有数学关系所以:

所以对于故障线路的故障相分量的有效值有如下数学关系：

所以对于非故障线路L2、L3的故障相分量的有效值有如下数学关系：

S4、利用故障分量判别单相接地时故障线路的故障相和非故障线路

S41、相电流的故障分量计算

对于采用全周波傅氏算法计算出相电流、相电压，由于装置采用40点采样计算，所以可以在一周波后递推到每个点计算出A相电流、B相电流，C相电流和内部计算零序电流，即表示为

对于计算相电流故障分量，需要考虑滤波和抗干扰问题，所以采用故障前2周波的A相电流、B相电流、C相电流和内部计算零序电流，即表示为故障前1周波的A相电流、B相电流、C相电流和内部计算零序电流，即表示为 当前周波的A相电流、B相电流、C相电流和内部计算零序电流，即表示为计算相电流故障分量的具体公式如下：

其中：分别为当前周波t时刻、前1周波t-T时刻、前2周波t-2T时刻的A相电流有效值，分别为当前周波t时刻、前1周波t-T时刻、前2周波t-2T时刻的B相电流有效值，分别为当前周波t时刻、前1周波t-T时刻、前2周波t-2T时刻的C相电流有效值。T为一周波的周期时间，对于50Hz系统时，该T值取20ms。

S42、采用故障分量判别单相接地的故障线路计算公式：

A.发生单相接地后，对于故障线路的故障相判别有三种情况，A相接地、B相接地、C相接地。

对于A相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

对于B相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

对于C相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

B.发生单相接地后，对于非故障线路的故障判别有一种情况：

3I₀≥I_0.ZD。

S5、故障线路的故障相和非故障线路的参数设置

该方案采用故障分量相电流的幅值比较法和零序电流的大小进行判别单相接地且故障线路和选故障相；对于采样系统来说发生单相接地时故障分量持续的时间在20～40ms(50Hz系统)，所以在发生单相接地时20ms内能够利用本方法进行可靠选出故障线路的故障相；那么在现场实际应用时需要设置的参数可以参考如下介绍的方法：

1)对于零序电流大小定值，按照现场运行的躲过多回线路的其中一回最大电容电流整定；主要考虑经过度电阻接地，所以零序电流的定值不易过大。对于10kV架空型线路及考虑设计到经2KΩ过渡电阻单相接地时，一次零序电流为1.01A左右，选择零序套管CT变比最好为20A/1A、100A/5A、75A/5A；默认外部CT变比为75A/5A，建议单相接地的零序电流启动值及动作值整定为60mA。

2)对于构造数学公式的幅值比较值K_H的参数取值问题，对于一回馈线运行时发生单相接地时计算得出故障相：那么在设计考虑运行出现各相的线路电容不均等或三相不平衡时，同时满足故障相的灵敏性；那么：

3)对于构造数学公式的幅值比较值K_L1的参数取值问题，对于一回馈线运行时发生单相接地时计算得出非故障相：那么在设计考虑运行出现各相的线路电容不均等或三相不平衡时，同时满足故障相的灵敏性。那么：

(K_K取值范围1.05～1.2,默认取1.1)。

4)当单相接地故障时所测线路的零序电流高于定值时，单相接地故障不在本线路故障区域，对于构造数学公式的幅值比较值K_L2的参数取值问题；对于多回馈线运行时发生单相接地时计算得出非故障线路：那么在设计考虑运行出现各相的线路电容不均等或三相不平衡时，同时满足故障相的灵敏性。

那么：

(K_K取值范围1.05～1.2,默认取1.2)。

5)本方案的接地选线为瞬时接地选线判别法，至于用户是否将单相接地时选择延时的时间定值、是否选择告警和跳闸模式，由用户根据情况确定，均满足用户使用需求。

S6、定值比较

将选择后的零序电流与设定的启动值进行比较；如果零序电流值大于设定的启动值，电平探测器将向相位选择逻辑报告；如果ENA_MULT输入有效，将启动值定值与启动值倍数定值相乘。

设定乘数定值启动值倍数时，不要大于必要值。如果值过大，那么故障后涌流期间，无论故障多么严重，功能将不动作。

通常在将三相涌流检测功能(INRPHAR)连接到ENA_MULT输入时，才使用启动值倍数。

说明：对于ENA_MULT在没有链接输入时，表示悬空，即为FALSE，在链接有其他变量或节点时，若变量为FALSE时，即ENA_MULT也为FALSE；若变量为TRUE时，即EA_MULT也为TRUE。

S8、定时器

一旦定时器模块激活，同时激活START(启动)输出，同时激活与相位信息相匹配ST输出。根据设定的动作曲线类型值，时间特性为DT或IDMT模式。当动作定时器达到DT模式的动作时间设定值或反时限曲线最大值，动作OPERATE输出就会被激活。

说明：START(启动)输出时点亮装置的闭锁或启动黄灯，复归、动作或装置复位后，熄灭黄灯；OPERATE输出时点亮装置动作红灯，红灯必须由装置复归或复位，熄灭。

S9、逻辑实现

如图7和图8所示，闭锁功能有五种模式BLK_DIR、BLOCK、BLK_OPR、BLK_ST和FR_TIMER，实现闭锁模式的不同方法。可通过继电器程序的开关量输入、通讯输入、内部信号控制输入或配置GOOSE信息输入。

BLK_DIR是表示闭锁方向元件。即BLK_DIR为TRUE，闭锁方向元件输出FAULT_DIR、，但方向元件被闭锁后，不会闭锁零序过流保护元件，若发生故障时，开放零序过流保护。

BLOCK是表示闭锁整个零序方向过流保护模块，实现全局闭锁模式。在“闭锁全部”模式下，即BLOCK为TRUE，全部功能都将被闭锁，定时器将被复位。

BLK_OPR是表示只闭锁零序方向过流保护模块的操作输出OPERATE，在“闭锁操作”模式下，即BLK_OPR为TRUE，该模块正常，但动作输出不会被激活。

BLK_ST是表示只闭锁零序过流保护模块的启动输出START，在“闭锁启动”模式下，即BLK_ST为TRUE，该模块正常，但启动输出不会被激活。

FR_TIMER是表示只闭锁零序方向过流保护模块的定时器，在“闭锁定时器”模式下，即FR_TIMER为TRUE时，分为两种情况实现，一种是保护模块没有处于启动状，定时器没有被激活，那么定时器将一直处于闭锁状态，直到FR_TIMER为FALSE时复归保护模块；一种是保护链接无效；处于启动状态，同时定时器已经被激活，此时将冻结定时器，若选择DT特性时记录当前记时值为T1和若若选择IDMT特性时记录当前累计值为∑T1。当定时器被冻结后，保护模块的还处于启动状态，即电流值高于启动值时，此时开始记时，直到FR_TIMER为FALSE记时器为T2(若选择IDMT特性时在该过程测∑T2)；若选择DT特性时，在当T1+T2<Tzd(保护设定延时值)时，表示定时限模块解冻，继续累加延时，直到Tzd后保护动作、启动复归定时器，在当T1+T2≥Tzd(保护设定延时值)时，表示动作延时已过，直接启动定时器复归；若选择IDMT特性时，在当(保护设定计算所得值)时，表示反时限模块解冻，继续累加，直到∑Tzd后保护动作，启动复归定时器，在当∑T1+∑T2≥∑Tzd(保护设定计算所得值)时，表示动作延时已过，直接启动复归定时器。

说明：对于BLK_DIR、BLOCK、BLK_OPR、BLK_ST和FR_TIMER在没有输入时，表示悬空，即为FALSE，在链接有其他变量或节点时，若变量为FALSE时，即BLOCK、BLK_OPR、BLK_ST和FR_TIMER中的任意链接的也为FALSE；若变量为TRUE时，即BLOCK、BLK_OPR、BLK_ST和FR_TIMER中的任意链接的也为TRUE。

当BLK_DIR、BLOCK、BLK_OPR、BLK_ST和FR_TIMER为TRUE点亮装置黄灯；闭锁量消失后，熄灭黄灯。

S9、定时器特性

DEFPSDE支持DT和IDMT特性；用户可通过动作曲线类型和复归曲线类型设置选择定时器特性；当选择DT特性时，其仅受动作时间和复归延时定值的影响。

继电器可以提供16种IDMT特性曲线，其中七种符合IEEEC37.112标准，而另外六种符合IEC60255-3标准；另外两种曲线符合实践得出的特性，称作RI和RD；除此之外，如果任何标准曲线都不适用，则可以使用用户自定义曲线；用户可以通过选择动作曲线类型值“ANSI定时限”或“IEC定时”选择定时限特性；这两种情况下功能相同。

1)测量模式＝默认(取决于定值段)，发生故障前电流＝0.0xln，fn＝50Hz，额定频率下其中一个相位的故障电流，从任意相角注入，结果依据1000次测量的统计分布得出

2)其中包括信号输出接点的延迟

3)最大启动值＝2.5xIn，启动值乘以1.5至20。

Claims (5)

1.一种小电流接地选线保护方法，包括以下步骤：

S1、计算零序电流；

S2、零序类型选择；

S3、小电流接地系统单相接地故障特点；

S4、利用故障分量判别单相接地时故障线路的故障相和非故障线路；

S5、故障线路的故障相和非故障线路的参数设置；

S6、定值比较：将选择后的零序电流与设定的启动值进行比较后完成故障判别，逻辑检测相位的测量电流是否超过定值，逻辑就会激活定时器模块；

S7、定时器；

S8、逻辑实现：闭锁功能有五种模式BLK_DIR、BLOCK、BLK_OPR、BLK_ST和FR_TIMER，实现闭锁模式的不同方法；

S9、定时器特性。

2.根据权利要求1所述的一种小电流接地选线保护方法，其特征在于，步骤S1、计算零序电流：当用于内部计算零序电流时，由于电流接线形式为完全星形，故内部计算零序电流为：

计算零序电流如下公式：

3.根据权利要求1所述的一种小电流接地选线保护方法，其特征在于，步骤S2、零序类型选择：

由于零序分量有内部计算和外部直接采集，根据接线模式；所以零序类型选择有2种模式；

选择零序类型模式为：

0＝外部直采零序电流

1＝内部计算零序电流

该逻辑节点默认选择类型设置为0。

4.根据权利要求1所述的一种小电流接地选线保护方法，其特征在于，步骤S4、利用故障分量判别单相接地时故障线路的故障相和非故障线路：

S41、相电流的故障分量计算；

S42、采用故障分量判别单相接地的故障线路计算公式：

采用故障分量判别单相接地的故障线路计算公式：

A.发生单相接地后，对于故障线路的故障相判别有三种情况，A相接地、B相接地、C相接地。

对于A相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

对于B相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

对于C相接地如下：

3I₀≥I_0.ZD

B.发生单相接地后，对于非故障线路的故障判别有一种情况：

3I₀≥I_0.ZD。

5.根据权利要求1所述的一种小电流接地选线保护方法，其特征在于，

步骤S5、故障线路的故障相和非故障线路的参数设置：

采用故障分量相电流的幅值比较法和零序电流的大小进行判别单相接地且故障线路和选故障相。

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