CN104577999B - 基于暂态零序电流特征的母线保护方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于暂态零序电流特征的母线保护方法及***，其中，所述方法包括：实时获取所有线路的零序电流的矢量和；然后，将所述矢量和的绝对值与预先设定的阈值电流进行比较：若所述矢量和的绝对值大于预先设定的阈值电流，则判定为母线单相接地故障；当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。在技术上能够很好地满足母线单相接地故障保护功能，在工程上，可以集成单相接地故障选线技术，实现母线接地、线路接地的完整解决方案，实施方便可靠，有很好的市场推广应用前景。

Description

基于暂态零序电流特征的母线保护方法及***

技术领域

本发明涉及单相接地故障保护技术领域，尤其涉及的是基于暂态零序电流特征的母线保护方法及***。

背景技术

单相接地故障是配电网***最常见的故障形式，占所有故障的80％以上。近年来，基于零序电流暂态分量的选线技术得到迅速发展和应用，尤其是自适应零序电流故障特征选线方法，其选线准确率越来越接近继电保护动作的可靠性。随着选线正确率的提高，单相接地故障选跳技术开始得到应用和推广，特别地，贵州电网在该领域的研究和应用走在国内前列，并且日渐成熟。

由于相间短路故障往往是由单相接地故障发展演变而来，因此，当发生单相接地时需要尽快切除故障。但在实际生产运行过程，当检测到发生线路单相接地故障时，往往会视接地线路负荷重要程度而采取不同的处理措施，***带接地故障运行时间有所差异，在故障排除期间若演变成相间短路，则由保护直接跳闸切除故障。

与线路相比，母线发生故障的概率相对较小，人们对此的研究和重视不够，尤其是在35kV及以下的低压配电网。我国国标《继电保护及安全自动装置技术规程》规定：

(1)在110kV的双母线和220kV及以上的母线上，为保证快速地有选择性地切除任一组(或段)母线上的故障，而另一组(或段)无故障母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。对于一个半断路器接线的每组母线应装设两套母线保护。

(2)110kV以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或高压侧为110kV及以上的重要降压变电站的35kV母线，按照***的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。

规程的规定意味着：大部分的35kV及以下电压等级的母线并不需要装设专用的母线保护。实际上也如此，大多数低压母线目前并没有装设专用的母线保护，只能依靠带延时(跟馈线保护配合需要，以防止越级跳闸)的变压器后备保护或进线过流保护来应对。由于母线故障相对比较少，人们并未重视这种解决方式背后的隐患，母线故障一旦发生，后果将十分严重，因为：

1)母线处于变压器出口，故障时短路电流很大，带延时切除对设备安全运行影响很大；

2)母线短路，需要切除进线，导致整个母线失电，影响面非常广。

母线故障是电气设备最严重的故障之一，而母线单相接地故障是引发母线短路故障的主要原因。

有鉴于此，研究低压配电网母线单相接地故障保护方法，如何实现可靠识别母线接地并及时快速切除，是目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供基于暂态零序电流特征的母线保护方法及***，旨在解决现有的35kV及以下电压等级的母线无专用母线保护方案的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其中，包括以下步骤：

S100、实时获取所有线路的零序电流的矢量和；

S200、将所述矢量和的绝对值与预先设定的阈值电流进行比较：若所述矢量和的绝对值大于预先设定的阈值电流，则判定为母线单相接地故障；

S300、当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。

所述的基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其中，所述预先设定的阈值电流取正常运行状态下所有线路零序电流的矢量和的绝对值的1.5倍到2倍之间的数值。

所述的基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其中，所述步骤S200中，若所述矢量和的绝对值小于预先设定的阈值电流，则判定为线路单相接地故障。

所述的基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其中，所述步骤S300中，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度具体采用：比较I_L与I_Set的大小；若I_L>I_Set，则属于第一严重程度；

其中，I_L为消弧线圈补偿电流，I_Set为***最大电容电流的0.5倍～0.9倍。

一种基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其中，包括以下步骤：

S110、实时获取所有线路的制动电流和差动电流；

S210、将所述制动电流与预先设定的制动电流门槛值进行比较：若所述制动电流大于制动电流门槛值时，再将制动电流乘以比率制动系数后，与差动电流进行比较：若差动电流较大，则判定为母线接地；

S310、当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。

所述的基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其中，所述步骤S110中还包括：为了防止线路相间短路接地故障时装置误动，则采集三相电压，当线电压不平衡时，实施闭锁保护；或增加动作延时，躲过最大线路动作时间。

所述的基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其中，所述步骤S310中，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度具体采用：比较I_L与I_Set的大小；若I_L>I_Set，则属于第一严重程度；

其中，I_L为消弧线圈补偿电流，I_Set为***最大电容电流的0.5倍～0.9倍。

所述的基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其中，所述制动电流门槛值取正常运行时不平衡电流的1.5～2倍。

一种基于暂态零序电流特征的母线保护***，其中，包括：

第一获取单元，用于实时获取所有线路的制动电流和差动电流；

第一比较单元，用于将所述制动电流与预先设定的制动电流门槛值进行比较：若所述制动电流大于制动电流门槛值时，再将制动电流乘以比率制动系数后，与差动电流进行比较：若差动电流较大，则判定为母线接地；

第一防护单元，用于当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。

一种基于暂态零序电流特征的母线保护***，其中，包括：

第二获取单元，用于实时获取所有线路的零序电流的矢量和；

第二比较单元，用于将所述矢量和的绝对值与预先设定的阈值电流进行比较：若所述矢量和的绝对值大于预先设定的阈值电流，则判定为母线单相接地故障；

第二防护单元，用于当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。

本发明所提供的基于暂态零序电流特征的母线保护方法及***，在技术上能够很好地满足母线单相接地故障保护功能，在工程上，可以集成单相接地故障选线技术，实现母线接地、线路接地的完整解决方案，实施方便可靠，有很好的市场推广应用前景。

附图说明

图1为本发明的基于暂态零序电流特征的母线保护方法的第一实施例的流程图。

图2为本发明的基于暂态零序电流特征的母线保护方法的第二实施例的流程图。

图3为本发明的基于暂态零序电流特征的母线保护方法的第二实施例中动作曲线的示意图。

具体实施方式

本发明提供基于暂态零序电流特征的母线保护方法及***，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了方便理解，首先介绍一下本方案所基于的原理。

长期以来，人们研究小电流接地选线，主要针对线路上发生的单相接地故障，其依据有两点：

第一、故障线路零序电流等于非故障线路零序电流之和，幅值最大；

第二、故障线路零序电流流向母线，而非故障线路零序电流流向线路，两者反相。

由于在消弧线圈补偿作用下，稳态基波零序电流不满足上述关系，因而目前选线技术以暂态选线技术为主。现有的暂态选线技术对于线路单相接地故障，具有很好的检测识别能力，但对母线接地则检测效果不佳，只是由于母线接地次数少，不引起注意和重视。检测效果不佳的主要原因在于“没有母线零序电流”，上述两个原理不适用。母线由于其特殊的位置，无法安装零序电流检测装置，因而没办法检测到零序电流，不能把母线零序电流作为一个参量参与选线。因此，在工程设计中，往往强调要求把进线纳入选线，其目的除了更好区分上级线路接地外，更重要原因是确保零序电流满足上述两个原理关系。

检测母线接地故障的方法是：

第三、若所有的线路零序电流均流向母线，判为母线接地线路。

该原理实际是对第二个原理的反向补充，理论上该原理是成立的，但在实际应用中，有些较短的线路由于电容电流小，加上干扰信号或不平衡电流的影响，零序电流信号采样数字量化后的计算结果并不总能满足第三原理的相位关系，容易引起误选。因此，小电流接地选线技术在实际应用中出现的一个结果是：线路接地，选线装置动作准确高；母线接地，容易误选线路。

从这点意义上来说，研究母线单相接地故障，无论对于选线技术，还是对于解决母线故障，都具有积极意义。

进一步地，母线单相接地故障，比一般线路单相接地故障处理起来更加复杂，更加困难，并且由于涉及面广，关系重大，因而也需要更加谨慎。

母线单相接地故障动作逻辑，涉及两方面：

(1)动作条件设定；

动作条件是保证母线接地保护可靠动作的手段，要求做到外部接地不误动，母线接地不拒动，并且能够根据故障严重程度作相应处理。

(2)故障处理方式：

当发生母线接地后，应启动与一般线路接地不一样的处理流程。比如：快速跳闸或一级告警等。

本方案采用“基于暂态零序电流特征频带母差保护”技术，其原理如下：

当线路(不包括母线)发生接地故障后，故障线路零序电流等于全***非故障元件对地电容电流之总和(不包括故障线路本身)，电容性无功功率方向为由线路流向母线，方向与非故障线路相反。

根据上述理论，计算故障线路零序电流，得：

上式适用于基于零序电流暂态信号选线技术。由式(1)得：

即：

其中：m为所有线路数，n为非故障线路数，m＝n+1；

则通过上式可以得到结论1：当线路(不包括母线)发生单相接地故障时，所有线路零序电流的矢量和等于零。

同样地，当母线发生单相接地故障时，故障点流过的零序电流等于全***非故障元件对地电容电流之总和，非故障元件的电容性无功功率方向为由母线流向线路。因此，计算故障点零序电流，得：

可见，

则可以得到结论2：当母线发生单相接地故障时，所有线路零序电流的矢量和远大于零。

根据上述结论1和结论2，我们可以设定一个动作门槛I_Set1，当满足：

1)时，判为线路单相接地故障；

2)时，判为母线单相接地故障。

I_Set1整定方法：取正常运行下的1.5～2倍。装置运行过程中动态计算。

根据上述方案，本发明提供了一种基于暂态零序电流特征的母线保护方法，如图1所示，包括以下步骤：

S100、实时获取所有线路的零序电流的矢量和；

S200、将所述矢量和的绝对值与预先设定的阈值电流进行比较：若所述矢量和的绝对值大于预先设定的阈值电流，则判定为母线单相接地故障；

S300、当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。

进一步地，所述步骤S300中，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度具体采用：比较I_L与I_Set的大小；若I_L>I_Set，则属于第一严重程度；其中，I_L为消弧线圈补偿电流，I_Set为***最大电容电流的0.5倍～0.9倍。

经过试验发现，上述方案的整定方式不够合理，线路接地容易误判成母线接地。因此，本发明还提供了一套改进的方案：

首先，令

其中，i_d为差动电流、i_r为制动电流、K₁为比率制动系数。

根据上述结论1和结论2，可知：

(1)线路接地时，则：i_d＝0，K₁＝0；

(2)母线接地时，则：i_d＝i_r，K₁＝1；

但在实际中，由于到互感器变比和传变误差，线路接地时，K₁往往大于0，而当母线接地时，K₁是比较严格等于1的，也就是说：K₁值越接近于0，线路接地的概率越大；K₁值越接近于1，母线接地的概率越大。考虑上述因素，取K₁＝0.5～0.9，得母差动作方程为：

i_d＞K₁·i_r(i_r＞i_r0)(4)

其动作曲线如图3所示，其中，i_r0为制动电流门槛，取为正常运行时不平衡电流的1.5～2倍。

可见，当

1)i_r＜i_r0时，母线扰动；

2)i_r＞i_r0，i_d＞K₁·i_r时，为母线接地；

3)i_r＞i_r0，i_d≤K₁·i_r时，为线路接地；

4)K₁＞1时，结果无效。

基于上述原理，本发明提供了一种基于暂态零序电流特征的母线保护方法，如图2所示，包括以下步骤：

S110、实时获取所有线路的制动电流和差动电流；

S210、将所述制动电流与预先设定的制动电流门槛值进行比较：若所述制动电流大于制动电流门槛值时，再将制动电流乘以比率制动系数后，与差动电流进行比较：若差动电流较大，则判定为母线接地；

S310、当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。

为了防止线路相间短路接地故障时装置误动，可采取以下两种解决方案：方式1：采集三相电压，当线电压不平衡时(如小于75V)，闭锁保护。方式2：增加动作延时，躲过最大线路动作时间。

进一步地，所述步骤S310中，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度具体采用：比较I_L与I_Set的大小；若I_L>I_Set，则属于第一严重程度；其中，I_L为消弧线圈补偿电流，I_Set为***最大电容电流的0.5倍～0.9倍。

与上述方法对应的，本发明提供了一种基于暂态零序电流特征的母线保护***，其包括：

第一获取单元，用于实时获取所有线路的制动电流和差动电流；

第一比较单元，用于将所述制动电流与预先设定的制动电流门槛值进行比较：若所述制动电流大于制动电流门槛值时，再将制动电流乘以比率制动系数后，与差动电流进行比较：若差动电流较大，则判定为母线接地；

第一防护单元，用于当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。

本发明还提供了一种基于暂态零序电流特征的母线保护***，其包括：

第二获取单元，用于实时获取所有线路的零序电流的矢量和；

第二比较单元，用于将所述矢量和的绝对值与预先设定的阈值电流进行比较：若所述矢量和的绝对值大于预先设定的阈值电流，则判定为母线单相接地故障；

第二防护单元，用于当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。

所述功能模块的具体细节都已经在上述方法中做了描述，这里就不一一赘述了。

为了验证“暂态零序电流特征频带母差保护”原理的可行性，对2000多组现场录波数据进行反演测试。测试结果表明：

1)当母线接地时，0.875<K₁<1.0；

2)当线路接地时，K₁＝0.013～0.43。

由于母线的重要性，为提高母差动作的可靠性，可取K₁＝0.9。

另外，为确保本方案母差保护在极端工况下不误动，需要考虑实际应用中影响保护动作可靠性的因素，主要是CT特性差异，包括CT变比、CT传变特征、CT容量等，其中影响最大的是CT变比。假设某变电站有21条出线，所有线路长度一致，最大CT变比是最小CT变比的5倍，那么，

当最大CT变比所在线路发生接地时，

可见，K₁<0.9，K₁值仍呈现线路接地故障特征，不影响选线结果。即使在CT变比有5倍差异的极端工况下，本方案母差保护仍能可靠动作。

值得注意的是，所述***能够按需要整定各个线路的CT变比，在计算各个线路零序电流时进行软件校正，避免CT变比的影响，大大提高保护动作的可靠性。

综上所述，本发明提供的基于暂态零序电流特征的母线保护方法及***，其中，所述方法包括：实时获取所有线路的零序电流的矢量和；然后，将所述矢量和的绝对值与预先设定的阈值电流进行比较：若所述矢量和的绝对值大于预先设定的阈值电流，则判定为母线单相接地故障；当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告。在技术上能够很好地满足母线单相接地故障保护功能，在工程上，可以集成单相接地故障选线技术，实现母线接地、线路接地的完整解决方案，实施方便可靠，有很好的市场推广应用前景。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、实时获取所有线路的零序电流的矢量和；

S200、将所述矢量和的绝对值与预先设定的阈值电流进行比较：若所述矢量和的绝对值大于预先设定的阈值电流，则判定为母线单相接地故障；

S300、当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告；

所述预先设定的阈值电流取正常运行状态下所有线路零序电流的矢量和的绝对值的1.5倍到2倍之间的数值；

所述步骤S300中，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度具体采用：比较I_L与I_Set的大小；若I_L>I_Set，则属于第一严重程度；

其中，I_L为消弧线圈补偿电流，I_Set为***最大电容电流的0.5倍～0.9倍。

2.根据权利要求1所述的基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其特征在于，所述步骤S200中，若所述矢量和的绝对值小于预先设定的阈值电流，则判定为线路单相接地故障。

3.一种基于暂态零序电流特征的母线保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S110、实时获取所有线路的制动电流和差动电流；

S210、将所述制动电流与预先设定的制动电流门槛值进行比较：若所述制动电流大于制动电流门槛值时，再将制动电流乘以比率制动系数后，与差动电流进行比较：若差动电流较大，则判定为母线接地；

S310、当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告；

所述步骤S110中还包括：为了防止线路相间短路接地故障时装置误动，则采集三相电压，当线电压不平衡时，实施闭锁保护；或增加动作延时，躲过最大线路动作时间；

所述制动电流门槛值取正常运行时不平衡电流的1.5～2倍；

所述步骤S310中，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度具体采用：比较I_L与I_Set的大小；若I_L>I_Set，则属于第一严重程度；

其中，I_L为消弧线圈补偿电流，I_Set为***最大电容电流的0.5倍～0.9倍。

4.一种基于暂态零序电流特征的母线保护***，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于实时获取所有线路的制动电流和差动电流；

第一比较单元，用于将所述制动电流与预先设定的制动电流门槛值进行比较：若所述制动电流大于制动电流门槛值时，再将制动电流乘以比率制动系数后，与差动电流进行比较：若差动电流较大，则判定为母线接地；

第一防护单元，用于当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告；

所述第一获取单元中，为了防止线路相间短路接地故障时装置误动，则采集三相电压，当线电压不平衡时，实施闭锁保护；或增加动作延时，躲过最大线路动作时间；

所述制动电流门槛值取正常运行时不平衡电流的1.5～2倍；

所述第一防护单元中，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度具体采用：比较I_L与I_Set的大小；若I_L>I_Set，则属于第一严重程度；

其中，I_L为消弧线圈补偿电流，I_Set为***最大电容电流的0.5倍～0.9倍。

5.一种基于暂态零序电流特征的母线保护***，其特征在于，包括：

第二获取单元，用于实时获取所有线路的零序电流的矢量和；

第二比较单元，用于将所述矢量和的绝对值与预先设定的阈值电流进行比较：若所述矢量和的绝对值大于预先设定的阈值电流，则判定为母线单相接地故障；

第二防护单元，用于当出现母线单相接地故障后，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度，并采用相应的措施：若属于第一严重程度，则经延时后，跳进线开关；若属于第二严重程度则发出相应警告；

所述预先设定的阈值电流取正常运行状态下所有线路零序电流的矢量和的绝对值的1.5倍到2倍之间的数值；

所述第二防护单元中，判断母线接地故障的严重程度属于第一严重程度还是第二严重程度具体采用：比较I_L与I_Set的大小；若I_L>I_Set，则属于第一严重程度；

其中，I_L为消弧线圈补偿电流，I_Set为***最大电容电流的0.5倍～0.9倍。