CN117368796A - 一种小电阻接地系统接地故障检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网技术领域的小电阻接地系统接地故障检测方法和装置，方法包括：使用传感器采集线路的零序电流I0和零序电压U0；当线路的零序电压U0＞启动值Uset，计算零序电压U0和零序电流I0的波形比较系数Kr，也即每个周波里零序电压U0向左平移四分之一周波和零序电流I0采样值符号相反的点数与所述每个工频周期的采样点数N的比值；当线路的零序电压U0≤启动值Uset，线路为正常线路；比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr＞Kset，判断为接地故障线路，并经设定的延时定值tset后发出故障信号；当Kr≤Kset，线路为正常线路。该方法简单易行，提升了小电阻接地系统接地故障检测的灵敏度，减少判断耗时，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种小电阻接地系统接地故障检测方法和装置，属于配电网技术领域。
背景技术
社会经济的发展对供电安全与质量提出了更高的要求，配电网接地保护问题已引起了业界的高度重视。在配电网中，单相接地故障最容易发生。我国常规中压配电网主要采用小电流接地和小电阻接地两种方式。小电流接地时由于电流小，线路不用跳闸且能继续运行，提高供电可靠性，规程规定可继续运行1～2h，但选线比较困难、对设备绝缘的水平要求高等等问题。相比于小电流接地系统，小电阻接地系统发生接地故障时，其故障零序电流更大，可通过过流保护及时切除故障，并在过电压抑制、故障排除等方面有较明显优势。据统计，在小电阻接地系统中，单相接地故障约占配电网故障的80％以上。而小电阻接地故障在单相故障中发生的频率是最高的。
在小电流接地系统选线中，有零序电流幅相比较法、零序导纳法等，根据零序电压和电流之间的关系作为判据的例证。小电阻接地配电网普遍采用零序过流保护切除单相接地故障,其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的影响，因此靠零序过流保护动作，灵敏度很低，一般不超过300Ω。在小电阻接地系统选线中，过往也有通过故障线的零序电流和母线零序电压之间的关系，然后运用相关分析方法，通过计算各出线零序电流和母线零序电压导数之间的相关系数实现故障选线。但是实际情况下，相关性的判断耗时，并且对于发生故障时的相关性范围鉴定模糊。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种小电阻接地系统接地故障检测方法和装置，提高接地故障检测的灵敏度，减少判断耗时，提高效率。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的。
一方面，本发明提供一种小电阻接地系统接地故障检测方法，包括：
采集线路的零序电流I0和零序电压U0；
当所述线路的零序电压U0＞启动值Uset，计算零序电压U0和零序电流I0的波形比较系数Kr；
比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr＞Kset，判断为接地故障线路，并经设定的延时定值tset后发出故障信号。
在一种实施例中，当所述线路的零序电压U0≤启动值Uset，线路为正常线路。
在一种实施例中，比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr≤Kset，线路为正常线路。
在一种实施例中，所述采集线路的零序电流I0和零序电压U0的过程中，每个工频周期的采样点数为N。
在一种实施例中，定义R(k)为每个周波里零序电压U0向左平移四分之一周波和零序电流I0采样值符号相反的点数，表达式如下：
其中，U0是零序电压采样值，I0为零序电流采样值。
在一种实施例中，所述Kr为R(k)与所述每个工频周期的采样点数N的比值，其在采样周期内随时间变化的计算公式如下：
其中，k是当前采样点，i为时间移动值。
在一种实施例中，启动电压Uset取值范围为3～5V，保护启动定值Kset取值范围为0.4～0.6，延时定值tset取值范围为0.3～1s。
在一种实施例中，所述发出故障信号后系统反应包括跳闸或输出报警信号。
在一种实施例中，所述采集线路的零序电流I0和零序电压U0的采集工具为保护装置。
第二方面，本发明提供一种小电阻接地系统接地故障检测装置，其特征在于，包括：
采集模块，被配置用于：采集线路的零序电流I0和零序电压U0；
计算模块，被配置用于：当所述线路的零序电压U0＞启动值Uset，计算零序电压U0和零序电流I0的波形比较系数Kr；
判断模块，被配置用于：比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr＞Kset，判断为接地故障线路，并经设定的延时定值tset后发出故障信号。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
1.通过采集零序电压与零序电流，进行简单的比对与计算，可靠识别接地故障线路，过程简短，耗费时间少；
2.通过比对零序电压和零序电流的波形比较系数Kr和保护启动定值Kset，提出新的保护判据，灵敏检测到线路产生的接地故障。
附图说明
图1所示为本发明的流程示意图；
图2所示为本发明的MATLAB模型示意图。
图3所示为本发明在1000Ω接地电阻情况下，折算后故障线路零序电压电流图与故障线路的波形比较系数Kr1随着i(时移)变化图。
图4是本发明在1000Ω接地电阻情况下，折算后正常线路零序电压电流图与正常线路的波形比较系数Kr2随着i(时移)变化图。
图5是本发明在1000Ω接地电阻情况下，三条馈线的零序电流对比图。
具体实施方式
需要说明的是：
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细地说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符"/"，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例1
本实施例介绍一种小电阻接地系统接地故障检测方法，包括：
使用传感器采集线路的零序电流I0和零序电压U0；
当线路的零序电压U0＞启动值Uset，计算零序电压U0和零序电流I0的波形比较系数Kr；
比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr＞Kset，判断为接地故障线路，并经设定的延时定值tset后发出故障信号。
实施例2
与实施例1基于相同的发明构思，本实施例还做出了如下设计：
当所述线路的零序电压U0≤启动值Uset，线路为正常线路。
比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr≤Kset，线路为正常线路。
所述采集线路的零序电流I0和零序电压U0的过程中，每个工频周期的采样点数为N。
定义R(k)为每个周波里零序电压U0向左平移四分之一周波和零序电流I0采样值符号相反的点数，表达式如下：
其中，U0是零序电压采样值，I0为零序电流采样值。
在一种实施例中，所述Kr为R(k)与所述每个工频周期的采样点数N的比值，其在采样周期内随时间变化的计算公式如下：
其中，k是当前采样点，i为时间移动值。
通过比对零序电压和零序电流的波形比较系数Kr和保护启动定值Kset，提出新的保护判据，灵敏检测到线路产生的接地故障。
启动电压Uset取值范围为3～5V，保护启动定值Kset取值范围为0.4～0.6，延时定值tset取值范围为0.3～1s。
所述发出故障信号后系统反应包括跳闸或输出报警信号。并不限于所限反应，以能够通知故障、起到警示作用和保护系统为选用依据。
所述采集线路的零序电流I0和零序电压U0的采集工具为保护装置。并不限于所限采集工具，以能够采集到零序电流I0和零序电压U0、不影响电路为选用依据。
通过采集零序电压与零序电流，进行简单的比对与计算，可靠识别接地故障线路，过程简短，耗费时间少。
实施例3
与其他实施例基于相同的发明构思，本实施例介绍一种小电阻接地系统接地故障检测装置，包括：
采集模块，被配置用于：采集线路的零序电流I0和零序电压U0；
计算模块，被配置用于：当所述线路的零序电压U0＞启动值Uset，计算零序电压U0和零序电流I0的波形比较系数Kr；
判断模块，被配置用于：比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr＞Kset，判断为接地故障线路，并经设定的延时定值tset后发出故障信号。
实施例4
本实施例利用MATLAB/Simulink对系统进行仿真，搭建仿真模型，具体如图2所示。该仿真模型共三条馈线，长度分别为13km、20km和18km，设置其余参数：系统电源电压为10kV，频率为50Hz，电源接地电阻为10Ω，接地故障为A相单相接地故障，短路点接地电阻Rf分别为300、500、1000和2000Ω。
仿真后，如图3和图4所示，比较故障和非故障线路的Kr计算结果的差异，可以看出，0.02s后故障线路的Kr1维持在1左右，而非故障线路的Kr2则快速下跌并维持在0.05左右，对比发现两者曲线差异明显，且验证了检测方法的可行性。
算法计算的结果如下表所示：
表1不同接地电阻故障线路的Kr1
表2不同接地电阻正常线路的Kr2
从表1和表2可以看出，当小电阻接地系统中接地电阻从300到2000Ω时，本算法计算故障选线的Kr1和非故障线路的Kr2差别明显，Kset取0.4-0.6可以可靠识别故障线路。
综上，本发明基于零序电压U0和零序电流I0之间的关系，提出的新的保护判据，能灵敏检测小电阻接地系统2kΩ的高阻接地故障，并且运算量小，易于在微机保护装置上实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，包括：
采集线路的零序电流I0和零序电压U0；
当所述线路的零序电压U0＞启动值Uset，计算零序电压U0和零序电流I0的波形比较系数Kr；比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr＞Kset，判断为接地故障线路，并经设定的延时定值tset后发出故障信号。
2.根据权利要求1所述的小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，当所述线路的零序电压U0≤启动值Uset，线路为正常线路。
3.根据权利要求1所述的小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr≤Kset，线路为正常线路。
4.根据权利要求1所述的小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，所述采集线路的零序电流I0和零序电压U0的过程中，每个工频周期的采样点数为N。
5.根据权利要求1所述的小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，定义R(k)为每个周波里零序电压U0向左平移四分之一周波和零序电流I0采样值符号相反的点数，表达式如下：
其中，U0是零序电压采样值，I0为零序电流采样值。
6.根据权利要求1所述的小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，所述Kr为R(k)与所述每个工频周期的采样点数N的比值，其在采样周期内随时间变化的计算公式如下：
其中，k是当前采样点，i为时间移动值。
7.根据权利要求1所述的小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，启动电压Uset取值范围为3～5V，保护启动定值Kset取值范围为0.4～0.6，延时定值tset取值范围为0.3～1s。
8.根据权利要求1所述的小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，所述发出故障信号后系统反应包括跳闸或输出报警信号。
9.根据权利要求1所述的小电阻接地系统接地故障检测方法，其特征在于，所述采集线路的零序电流I0和零序电压U0的采集工具为保护装置。
10.一种小电阻接地系统接地故障检测装置，其特征在于，包括：
采集模块，被配置用于：采集线路的零序电流I0和零序电压U0；
计算模块，被配置用于：当所述线路的零序电压U0＞启动值Uset，计算零序电压U0和零序电流I0的波形比较系数Kr；
判断模块，被配置用于：比较所述Kr与保护启动定值Kset大小，当Kr＞Kset，判断为接地故障线路，并经设定的延时定值tset后发出故障信号。
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|---|---|---|---|---|
| CN117970186A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 山东普源电力工程有限公司 | 一种配电室故障诊断方法及系统 |
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2023
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