CN112531659A - 一种配电零序电流定值自优化的保护方法 - Google Patents
一种配电零序电流定值自优化的保护方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及输配电继电保护的技术领域,更具体地,涉及一种配电零序电流定值自优化的保护方法,以自动化区段的首、末端同时检测的三相电压和电流矢量为判据,分析出检测点距电源端的阻抗变化,得出理论零序电流值,对各相进行通流试验,测出遥测量,进而得到修正系数,根据修正系数对监测点的零序电流理论值进行调整,得到四阶零序保护定值,分四阶进行零序电流保护,本发明采用光纤通信技术定位故障区段,实现毫秒级隔离故障。
Description
技术领域
本发明涉及输配电继电保护的技术领域,更具体地,涉及一种配电零序电流定值自优化的保护方法。
背景技术
随着我国配网技术领域深化发展,“智能电网”概念不断被提出,配网全馈线逐步由平原地区至沿海地区开始深化发展配网自动化技术,实现配网全馈线智能自愈,对于隔离接地导致的不平衡故障,现时配网馈线多采用基于小电阻接地***的零序过流保护,通过配网馈线各分段、分界点设置具备三遥(遥测、遥信、遥控)功能的智能开关,设置零序电流定值并检测,当三相电流不平衡导致零序分量增大,开关内置零序电流互感器检测到的电流值增大时触发配网馈线自动化开关(终端采用光纤通信型FTU)零序过流保护,导致开关跳闸,采用基于智能分布式策略的“分断—转供”模式,实现非故障区段的恢复供电及故障区段的停电隔离。
中国专利CN107611943公开了一种小电阻接地***馈线自适应零序电流保护方法,所述方法包括定值整定和自适应零序电流保护两部分,当零序电流超过定值整定的值时,启动自适应零序电流保护动作,此方法利用故障馈线的正序、负序和零序电流,故障前后相电压,零序补偿系数以及零序***阻抗等参数,将当前的零序电流修正为单回线空载发生单相接地故障时的零序电流,克服了在多回线同时发生同名相接地故障时因馈线零序电流减少造成的保护拒动问题,但是此方案识别故障区段的时间较长,且不能有效剔除零序电流互感器励磁电流及软件测算等误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种配电零序电流定值自优化的保护方法,结合采用通流试验技术,并用光纤通信技术定位故障区段,实现毫秒级隔离故障。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
提供一种配电零序电流定值自优化的保护方法,包括以下步骤:
(1)建立基于小电阻Rj接地的三相三线制的配电网络,得到自动化区段,通过自动化区段的首端A、末端B的电压、电流值计算三相不平衡故障的各项电流;
(2)根据步骤(1)中得到的三相不平衡故障的各项电流,计算出自动化区段的零序电流理论值;
(3)对各相分别施加步骤(1)中三相不平衡故障的各项电流,进行通流试验,并在二次终端零序回路端测出零序电流遥测量,将所述零序电流遥测量与步骤(2)中计算的自动化区段的零序电流理论值做比例,得出修正系数;
(4)通过步骤(3)中的修正系数对监测点的零序电流理论值进行调整,得出四阶零序保护定值;
(5)按各组故障类型分四阶进行零序电流保护,并用光纤通信技术定位故障区段,实现毫秒级隔离故障。
本发明的配电零序电流定值自优化的保护方法,以自动化区段的首、末端同时检测的三相电压和电流矢量为判据,分析出检测点距电源端的阻抗变化,得出理论零序电流值,对各相进行通流试验,测出遥测量,进而得到修正系数,根据修正系数对监测点的零序电流理论值进行调整,得到四阶零序保护定值,分四阶进行零序电流保护,并用光纤通信技术定位故障区段,实现毫秒级隔离故障。
优选地,步骤(1)中,当首端A发生三相***a相单相接地时,以单相为参考,计算电源点到A点的正序阻抗为:
式中,Z∑A1是电源点到A点的正序阻抗,X∑A1是首端A发生三相***a相单相接地时的电抗;
由于***参数三相平衡,单相的负序阻抗为:
Z∑A2=Z∑A1=jX∑A1
式中,Z∑A2是首端A发生三相***a相单相接地时单相的负序阻抗;
在零序网络中,三相的零序电压相等,中心点接地小电阻Rj要流过三倍的零序电流,即等效为将Rj增大三倍,所以单相的零序阻抗为:
Z∑A0=3Z∑A1+3Rj=3(jX∑A1+Rj)
式中,Z∑A0是首端A发生三相***a相单相接地时单相的零序阻抗;
故障的边界条件为:
则在A点处的a相故障电流为:
优选地,步骤(1)中,当末端B发生三相***a相单相接地时,,以单相为参考,计算电源点到B点的正序阻抗为:
式中,Z∑B1是电源点到B点的正序阻抗,X∑B1是首端B发生三相***a相单相接地时的电抗;
由于***参数三相平衡,单相的负序阻抗为:
Z∑B2=Z∑B1=jX∑B1
式中,Z∑B2是末端B发生三相***a相单相接地时单相的负序阻抗;
在零序网络中,三相的零序电压相等,中心点接地小电阻Rj要流过三倍的零序电流,即等效为将Rj增大三倍,所以单相的零序阻抗为:
Z∑B0=3Z∑B1+3Rj=3(jX∑B1+Rj)
式中,Z∑B0是末端B发生三相***a相单相接地时单相的零序阻抗;
故障的边界条件为:
则在B点处的a相故障电流为:
优选地,步骤(1)中,当A发生三相***b、c相两相接地时,故障处的边界条件为:
计算正序、负序、零序电流分别为:
式中,为b、c相两相接地短路时a相正序电流,为b、c相两相接地短路时a相负序电流,为b、c相两相接地短路时a相零序电流,为b、c相两相接地短路前a点的电压,Z∑(1)为电源点到短路点的正序阻抗,Z∑(2)为电源点到短路点的负序阻抗,Z∑(0)为电源点到短路点的零序阻抗;
可计算A发生三相***b、c相两相接地时b相和c相电流:
由于各序参数不变,每一相的正、负序阻抗都不变,零序阻抗为:
ZΣA0=3ZΣA1
式中,ZΣA0为b、c相两相接地时电源点到短路点的零序阻抗。
优选地,步骤(1)中,当***在A点发生b相、c相两相接地时,在A点处的a、b、c三相电流分别为:
当***在B点发生b相、c相两相接地时,在B点处的a、b、c三相电流分别为:
得到:
优选地,步骤(3)中,将 分别用三相大电流发生器加入到待投运成套自动化开关的一次回路,进行一次通流试验,得到零序电流遥测量i01、i02、i03、i04,将分别与i01、i02、i03、i04做比例,得到修正系数K01、K02、K03、K04:
优选地,步骤(4)中,对监测点进行零序电流定值动态修正,分析监测点距电源端的阻抗变化,得出监测点的零序电流理论值,再通过修正系数K01、K02、K03、K04进行调整,的出四阶零序保护定值i1、i2、i3、i4。
优选地,步骤(5)中,控制终端采集到的零序电流值为if0,按照金属性接地保护原则,应将保护定值设置到零序电流限额的0.5倍,按各组故障类型分四阶进行零序电流保护,分别为0.5i4≤if0<0.5i2、0.5i2≤if0<i3、i3≤if0<1.5i1、1.5i1≤if0。
本发明的与背景技术相比,产生的技术效果为:
结合采用通流试验技术,并用光纤通信技术定位故障区段,实现毫秒级隔离故障。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
一种配电零序电流定值自优化的保护方法,包括以下步骤:
(1)建立基于小电阻Rj接地的三相三线制的配电网络,得到自动化区段,通过自动化区段的首端A、末端B的电压、电流值计算三相不平衡故障的各项电流;
(2)根据步骤(1)中得到的三相不平衡故障的各项电流,计算出自动化区段的零序电流理论值;
(3)对各相分别施加步骤(1)中三相不平衡故障的各项电流,进行通流试验,并在二次终端零序回路端测出零序电流遥测量,将零序电流遥测量与步骤(2)中计算的自动化区段的零序电流理论值做比例,得出修正系数;
(4)通过步骤(3)中的修正系数对监测点的零序电流理论值进行调整,得出四阶零序保护定值;
(5)按各组故障类型分四阶进行零序电流保护,并用光纤通信技术定位故障区段,实现毫秒级隔离故障。
上述的配电零序电流定值自优化的保护方法,以自动化区段的首、末端同时检测的三相电压和电流矢量为判据,分析出检测点距电源端的阻抗变化,得出理论零序电流值,对各相进行通流试验,测出遥测量,进而得到修正系数,根据修正系数对监测点的零序电流理论值进行调整,得到四阶零序保护定值,分四阶进行零序电流保护,并用光纤通信技术定位故障区段,实现毫秒级隔离故障。
步骤(1)中,当首端A发生三相***a相单相接地时,以单相为参考,计算电源点到A点的正序阻抗为:
式中,Z∑A1是电源点到A点的正序阻抗,X∑A1是首端A发生三相***a相单相接地时的电抗;
由于***参数三相平衡,单相的负序阻抗为:
Z∑A2=Z∑A1=jX∑A1
式中,Z∑A2是首端A发生三相***a相单相接地时单相的负序阻抗;
在零序网络中,三相的零序电压相等,中心点接地小电阻Rj要流过三倍的零序电流,即等效为将Rj增大三倍,所以单相的零序阻抗为:
Z∑A0=3Z∑A1+3Rj=3(jX∑A1+Rj)
式中,Z∑A0是首端A发生三相***a相单相接地时单相的零序阻抗;
故障的边界条件为:
则在A点处的a相故障电流为:
步骤(1)中,当末端B发生三相***a相单相接地时,,以单相为参考,计算电源点到B点的正序阻抗为:
式中,Z∑B1是电源点到B点的正序阻抗,X∑B1是首端B发生三相***a相单相接地时的电抗;
由于***参数三相平衡,单相的负序阻抗为:
Z∑B2=Z∑B1=jX∑B1
式中,Z∑B2是末端B发生三相***a相单相接地时单相的负序阻抗;
在零序网络中,三相的零序电压相等,中心点接地小电阻Rj要流过三倍的零序电流,即等效为将Rj增大三倍,所以单相的零序阻抗为:
Z∑B0=3Z∑B1+3Rj=3(jX∑B1+Rj)
式中,Z∑B0是末端B发生三相***a相单相接地时单相的零序阻抗;
故障的边界条件为:
则在B点处的a相故障电流为:
步骤(1)中,当A发生三相***b、c相两相接地时,故障处的边界条件为:
计算正序、负序、零序电流分别为:
式中,为b、c相两相接地短路时a相正序电流,为b、c相两相接地短路时a相负序电流,为b、c相两相接地短路时a相零序电流,为b、c相两相接地短路前a点的电压,Z∑(1)为电源点到短路点的正序阻抗,Z∑(2)为电源点到短路点的负序阻抗,Z∑(0)为电源点到短路点的零序阻抗;
可计算A发生三相***b、c相两相接地时b相和c相电流:
由于各序参数不变,每一相的正、负序阻抗都不变,零序阻抗为:
ZΣA0=3ZΣA1
式中,ZΣA0为b、c相两相接地时电源点到短路点的零序阻抗。
步骤(1)中,当***在A点发生b相、c相两相接地时,在A点处的a、b、c三相电流分别为:
当***在B点发生b相、c相两相接地时,在B点处的a、b、c三相电流分别为:
得到:
步骤(3)中,将 分别用三相大电流发生器加入到待投运成套自动化开关的一次回路,进行一次通流试验,得到零序电流遥测量i01、i02、i03、i04,将分别与i01、i02、i03、i04做比例,得到修正系数K01、K02、K03、K04:
步骤(4)中,对监测点进行零序电流定值动态修正,分析监测点距电源端的阻抗变化,得出监测点的零序电流理论值,再通过修正系数K01、K02、K03、K04进行调整,的出四阶零序保护定值i1、i2、i3、i4。
在其中一个实施例中,自动化开关A、B、C、D和联络开关E依次串联,当自动化开关C、D之间发生不平衡故障时,控制终端在A、B、C能分别采集到零序电流越限信号,而控制终端在D则无法采集到零序电流越限,自动化开关A、B、C会分别向域内各终端发送需应答的广播帧,广播帧内携带零序过流信息及越限信息,自动化开关A自带越限信息且能收集到自动化开关B的越限信息,自动化开关A不会断开,自动化开关B自带越限信息且能收集到自动化开关C的越限信息,自动化开关B不会断开,而自动化开关自带越限信息且不能收到自动化开关D的越限信息,自动化开关C判断故障定位在自动化开关C所控制的自动化区域,自动化开关C断开实现故障隔离,并有条件地尝试重合闸剔除可控的瞬时故障,当自动化开关C完成故障隔离后,向自动化开关D发送一段需答复的单播帧,告知自动化开关D已完成专供电前准备,自动化开关D收到单播帧后,答复后马上断开并向联络开关E发送一段需答复的单播帧,请求联络开关E合上完成转供电,联络开关E收到单播帧答复后马上合上,完成后段非故障区段的转供电,至此,完成整个通信式的故障隔离,整个过程在光纤***下不超过10ms。
步骤(5)中,控制终端采集到的零序电流值为if0,按照金属性接地保护原则,应将保护定值设置到零序电流限额的0.5倍,按各组故障类型分四阶进行零序电流保护,分别为0.5i4≤if0<0.5i2、0.5i2≤if0<i3、i3≤if0<1.5i1、1.5i1≤if0,如表1所示,
表1四阶保护策略表
在其中一个实施例中,搭建一10kV小电阻接地***仿真模型,***共有4条线路,各线路长度分别为12km架空、5km架空+5km电缆、10km电缆、15km电缆,在线路6km、7km、8km、9km处设置A、B、C、D四个检测点以模拟自动化开关,现在模拟在线路1的8.5km处发生了故障电阻为5欧姆、故障合闸角为900的单相接地故障,通过计算正常运行时线路1各检测点处的基波总阻抗分别为387、417、591、643,而当发生上述单相接地故障时提取到的各检测点基波零序电流幅值则分别为74.4949、74.5435、79.5977、0.0236,因此可得到各检测点末端单相接地故障理论基波零序过流保护定值分别为56.28、60.73、67.28、75.89,可以看出A、B、C检测点的基波零序过流保护定值均小于基波零序电流幅值,而D检测点则恰恰相反,因此可知是CD段发生了单相接地故障,而C点故障电流已超过末端单相接地故障零序电流定值,未达到始端1.5倍值,故按照保护策略触发第三阶保护策略:速断分闸,重合闸闭锁。
在上述具体实施方式的具体内容中,各技术特征可以进行任意不矛盾的组合,为使描述简洁,未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种配电零序电流定值自优化的保护方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)建立基于小电阻Rj接地的三相三线制的配电网络,得到自动化区段,通过自动化区段的首端A、末端B的电压、电流值计算三相不平衡故障的各项电流;
(2)根据步骤(1)中得到的三相不平衡故障的各项电流,计算出自动化区段的零序电流理论值;
(3)对各相分别施加步骤(1)中三相不平衡故障的各项电流,进行通流试验,并在二次终端零序回路端测出零序电流遥测量,将所述零序电流遥测量与步骤(2)中计算的自动化区段的零序电流理论值做比例,得出修正系数;
(4)通过步骤(3)中的修正系数对监测点的零序电流理论值进行调整,得出四阶零序保护定值;
(5)按各组故障类型分四阶进行零序电流保护,并用光纤通信技术定位故障区段,实现毫秒级隔离故障。
3.根据权利要求2所述的配电零序电流定值自优化的保护方法,其特征在于,步骤(1)中,当首端A发生三相***a相单相接地时,以单相为参考,计算电源点到A点的正序阻抗为:
式中,Z∑A1是电源点到A点的正序阻抗,X∑A1是首端A发生三相***a相单相接地时的电抗;
由于***参数三相平衡,单相的负序阻抗为:
Z∑A2=Z∑A1=jX∑A1
式中,Z∑A2是首端A发生三相***a相单相接地时单相的负序阻抗;
在零序网络中,三相的零序电压相等,中心点接地小电阻Rj要流过三倍的零序电流,即等效为将Rj增大三倍,所以单相的零序阻抗为:
Z∑A0=3Z∑A1+3Rj=3(jX∑A1+Rj)
式中,Z∑A0是首端A发生三相***a相单相接地时单相的零序阻抗;
故障的边界条件为:
则在A点处的a相故障电流为:
4.根据权利要求3所述的配电零序电流定值自优化的保护方法,其特征在于,步骤(1)中,当末端B发生三相***a相单相接地时,,以单相为参考,计算电源点到B点的正序阻抗为:
式中,Z∑B1是电源点到B点的正序阻抗,X∑B1是首端B发生三相***a相单相接地时的电抗;
由于***参数三相平衡,单相的负序阻抗为:
Z∑B2=Z∑B1=jX∑B1
式中,Z∑B2是末端B发生三相***a相单相接地时单相的负序阻抗;
在零序网络中,三相的零序电压相等,中心点接地小电阻Rj要流过三倍的零序电流,即等效为将Rj增大三倍,所以单相的零序阻抗为:
Z∑B0=3Z∑B1+3Rj=3(jX∑B1+Rj)
式中,Z∑B0是末端B发生三相***a相单相接地时单相的零序阻抗;
故障的边界条件为:
则在B点处的a相故障电流为:
5.根据权利要求4所述的配电零序电流定值自优化的保护方法,其特征在于,步骤(1)中,当A发生三相***b、c相两相接地时,故障处的边界条件为:
计算正序、负序、零序电流分别为:
式中,为b、c相两相接地短路时a相正序电流,为b、c相两相接地短路时a相负序电流,为b、c相两相接地短路时a相零序电流,为b、c相两相接地短路前a点的电压,Z∑(1)为电源点到短路点的正序阻抗,Z∑(2)为电源点到短路点的负序阻抗,Z∑(0)为电源点到短路点的零序阻抗;
可计算A发生三相***b、c相两相接地时b相和c相电流:
由于各序参数不变,每一相的正、负序阻抗都不变,零序阻抗为:
ZΣA0=3ZΣA1
式中,ZΣA0为b、c相两相接地时电源点到短路点的零序阻抗。
9.根据权利要求8所述的配电零序电流定值自优化的保护方法,其特征在于,步骤(4)中,对监测点进行零序电流定值动态修正,分析监测点距电源端的阻抗变化,得出监测点的零序电流理论值,再通过修正系数K01、K02、K03、K04进行调整,的出四阶零序保护定值i1、i2、i3、i4。
10.根据权利要求9所述的配电零序电流定值自优化的保护方法,其特征在于,步骤(5)中,控制终端采集到的零序电流值为if0,按照金属性接地保护原则,应将保护定值设置到零序电流限额的0.5倍,按各组故障类型分四阶进行零序电流保护,分别为0.5i4≤if0<0.5i2、0.5i2≤if0<i3、i3≤if0<1.5i1、1.5i1≤if0。
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