CN113899986B - 一种单相接地故障增量选相保护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单相接地故障增量选相保护方法及装置，涉及配电网继电保护技术领域。该单相接地故障增量选相保护方法及装置取消了现有方法的专用的零序电流互感器和零序电压互感器前提下，采用与常规测量电流互感器合用的方式，最大程度地节约了设备制造成本和运维成本，简化了设备结构，降低了制造难度，并发明通过增量电流选相技术，实现了排除消弧线圈干扰和馈线自身电缆电容电流干扰技术，解决了不用零序电压实现从低阻到高阻接地故障检测的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及配电网继电保护技术领域，具体为一种单相接地故障增量选相保护方法及装置。
背景技术
目前电网发展日新月异，城市10kV配网线路逐渐智能化方向发展，各行各业对网安全运行要求也越来越高，对线路运行的可靠性及智能控制的要求更加严格。精准定位电网接地故障并最小化隔离，是电网供电可靠性基础。避免单相接地故障导致的人畜触电死亡、电气设备引起的火灾、接地故障电气故障扩大导致设备损坏的三大问题是电网对社会应尽的责任。
受到本线电缆电容电流影响和消弧线圈补偿的影响，国内现有的接地检测技术都绕不开零序电压和零序电流两大难题，均采用专用的零序电压互感器(或传感器)和零序电流互感器(或传感器)。不采用专有设备的保护，国内单相接地保护就只能做到200Ω以下的低阻保护。
国内外现有的常规方法有：
综合选线法
这种方法的基本在于变电站内实现，利用变电站安装的高精度电流互感器，进行综合选线。具体计算有电阻法、暂态法、小波法、过流法、相不平衡等几十种方法，其致命问题是不能做到故障的就地隔离、不能做到及时隔离。通过调度员人工指令切除，扩大了故障停电范围，邻居失火，殃及池鱼。
故障指示法
这种方法是在配电现场，安装大量的高精度故障指示器，实现对故障特征信号的跟踪，其分析结果报送到电脑主站，通过调度员的判断，实现遥控拉闸，严重依赖通信，在通信失去时***失效。具体方法包括五次谐波法、暂态法、相电流不平衡法等。同样不能做到及时隔离，避免三大问题的发生。
接地保护法
目前，国内外保护法基本为工频量保护，其主要原理是利用零序电压、零序电流综合分析定位。
缺点一：必须安装零序电流互感器和零序电压互感器，由于零序参数的特点，导致安装了大量附加设备，带来了制造成本和维护成本的增加。
缺点二：由于***存在大量的消弧线圈补偿的存在，对接地的零序电容电流进行了补偿，补偿后的零序电流幅值下降、零序相位颠倒，导致现有的零序过流保护、零序方向保护和相位保护失效。
缺点三：没有零序电压的常规接地保护，由于受到馈线自身电缆电容电流干扰，其接地检测能力限于0.2kΩ以内，做不到高阻2～10kΩ能力。
暂态方向法
这是目前国内流行的故障指示方法，对消弧线圈补偿***的故障有一定的判断能力，对占总数三分之二的绝缘接地***农网效果很差。
缺点一：由于受到***电容电流幅值的影响和接地故障相电压相位的影响，其准确率一致不高，误判、漏判是其主要问题。满足不了保护对可靠性的要求，无法作为保护使用。
缺点二：由于采样高频微秒级数据，必须要有高精度的电压传感器和电流传感器，对采样设备芯片，计算芯片同样要求较高，成本居高不下。
于是，本申请人秉持多年该相关行业丰富的设计开发及实际制作的经验，针对现有的方法予以研究改良，提供一种单相接地故障增量选相保护方法及装置，以期达到更具有实用价值性的目的。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种单相接地故障增量选相保护方法及装置，解决了从低阻到高阻的接地故障处理中依赖专用的零序电压和零序电流设备以及电缆对地电容电流的影响和消弧线圈过补偿的影响的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种单相接地故障增量选相保护方法，包括三相电流互感器、断路器，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：初始化过程，装置清理历史记录S＝{Sa,Sb,Sc},清理选相结果φ＝0；
步骤二：装置运作过程，通过三相电流互感器采集***运行的三相电流I＝{Ia,Ib,Ic}；
步骤三：装置计算纵向突变量，V＝{Va,Vb,Vc}；
步骤四：计算纵向突变量之间的矢量差，D＝{Da,Db,Dc}；
步骤五：分析差值结果，如果全部D＝0，或全部D≠0，定性为负荷突变，则记录历史量S＝I,回到步骤二，其他情况则进入步骤六；
步骤六：排除D差值为0的两相，明确异常相φ＝{A,B,C}，定性为接地故障相；
步骤七：进入横向特征量分析，装置计时清理T＝0，计算常态下的横向特征量N＝{S0,S2}；
步骤八：采集I＝{Ia,Ib,Ic}。
步骤九：计算横向特征量H＝{I0，I2}；
步骤十：如H-N≠0则进入步骤十一，否则，清理选择相φ＝0，回到步骤二；
步骤十一：装置计时T+<Tset,计时未满回到步骤八；
步骤十二：计时满，发出动作命令，启动出口继电器，发出断路器跳闸命令，并记录动作结果。
优选的，所述突变量分析时差小于100ms。
一种单相接地故障增量选相保护装置，所述装置的控制方法为一种单相接地故障增量选相保护方法。
(三)有益效果
本发明提供了一种单相接地故障增量选相保护方法及装置。具备以下有益效果：
本发明在取消了现有方法的专用的零序电流互感器和零序电压互感器前提下，采用与常规测量电流互感器合用的方式，最大程度地节约了设备制造成本和运维成本，简化了设备结构，降低了制造难度。
本发明通过增量电流选相技术，实现了排除消弧线圈干扰和馈线自身电缆电容电流干扰技术，解决了不用零序电压实现从低阻到高阻接地故障检测的技术难题。
本发明的单相接地保护精准定位电网接地故障并最小化隔离，避免单相接地故障导致的人畜触电死亡、电气设备引起的火灾、接地故障电气故障扩大导致设备损坏的三大问题，有益于电网技术的发展和进步。
附图说明
图1为本发明简明总框图；
图2为其他接地保护专用的零序电流和零序电压成套设备框图；
图3为本发明的增量接地保护与常规测量合用成套设备框图；
图4为本发明的纵向突变量原理计算框图；
图5为本发明的横向特征量计算计算框图；
图6为本发明的保护计算流程框图；
图7为本发明的保护原理逻辑框图。
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。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种单相接地故障增量选相保护方法及装置，包括三相级测量电流互感器、保护控制器、高压断路器，本发明的方法通过电流互感器采集馈线电流，分析其故障特征量，并根据继电保护的时间级差要求，启动就地高压断路器，实现故障的瞬间隔离，包括以下步骤：
步骤一：初始化过程，装置清理历史记录S＝{Sa,Sb,Sc},清理选相结果φ＝0；
步骤二：装置运作过程，通过三相电流互感器采集***运行的三相电流I＝{Ia,Ib,Ic}；
步骤三：装置计算纵向突变量，V＝{Va,Vb,Vc}；
步骤四：计算纵向突变量之间的矢量差，D＝{Da,Db,Dc}；
步骤五：分析差值结果，如果全部D＝0，或全部D≠0，定性为负荷突变，则记录历史量S＝I,回到步骤二，其他情况则进入步骤六；
步骤六：排除D差值为0的两相，明确异常相φ＝{A,B,C}，定性为接地故障相；
步骤七：进入横向特征量分析，装置计时清理T＝0，计算常态下的横向特征量N＝{S0,S2}；
步骤八：采集I＝{Ia,Ib,Ic}。
步骤九：计算横向特征量H＝{I0，I2}；
步骤十：如H-N≠0则进入步骤十一，否则，清理选择相φ＝0，回到步骤二；
步骤十一：装置计时T+<Tset,计时未满回到步骤八；
步骤十二：计时满，发出动作命令，启动出口继电器，发出断路器跳闸命令，并记录动作结果；
至此，完成全部分析与执行动作。
历史记录量的时长限于5个周波以内，即突变量分析时差小于100ms。
发明原理：本发明专利采用两种接地故障变化量的结合实现单相接地保护。两种变量的名称分别为短效纵向突变量V和横向特征量H。
短效纵向突变量
纵向突变量实现极短时间接地故障定相；排除***周波、电容、电感干扰；
短效纵向突变量计算：
其有效时域为故障开始的5周内有效，稍纵即逝。
健康线路中，三相纵向突变量零序增量一致，因此其相间增量矢量差D应该为零
健康线路，三相三个0：退出计算
故障线路，三相一个0，两个If:进入横向特征量跟踪
负载变化，三相没有0：退出计算
至此，完成高阻接地定相。
长效横向特征量
横向特征量实现长延时继电保护选择性；排除背景、潮流、涌流、短路干扰；
长效横向特征量计算。长效横向特征量确定***存在接地故障。由于末端对地电容的影响，长效横向特征量不能定性是否为本线。长效横向特征量能排除负荷变化、励磁涌流、相间短路的影响。
长效的横向特征量能排除负荷变化、相间短路的影响。经过长延时，能排除励磁涌流影响。
线路健康情况下：
线路故障情况下：
长效横向特征量H0＝3I0≠0或H2＝3I2≠0，则表示有接地故障一直存在。由于不存在等补偿状态，因此消弧线圈的补偿，不会产生两个同时为零的情况，对横向特征量分析没有影响。利用横向特征量的原始量3I0增量或3I2增量，过滤***背景横向量S，以增量幅值判断接地：
跟踪长效横向特征量，实现长时延接地追踪，为保护选择性动作创造条件。
接地继电保护
通过这两个技术的结合，在无零序电压互感器和零序电流互感器的情况下，实现测量低阻到高阻的宽范围单相接地继电保护。
计算其模量。
在健康线路中，三相变化量不大并且向量一致，Imax＝Imin＝0；
在故障线路中，故障相的变化量最大，且主要成分是全***电容电流的不平衡量：：
故障电流大小为：If＝Imax
保护动作条件为：
影响Iset整定定值的仅仅是电流互感器测量下限和测量精度。
综上所述，该单相接地故障增量选相保护方法及装置取消了现有方法的专用的零序电流互感器和零序电压互感器前提下，采用与常规测量电流互感器合用的方式，最大程度地节约了设备制造成本和运维成本，简化了设备结构，降低了制造难度，并发明通过增量电流选相技术，实现了排除消弧线圈干扰和馈线自身电缆电容电流干扰技术，解决了不用零序电压实现从低阻到高阻接地故障检测的技术难题，最终达到单相接地保护精准定位电网接地故障并最小化隔离，避免单相接地故障导致的人畜触电死亡、电气设备引起的火灾、接地故障电气故障扩大导致设备损坏的三大问题，有益于电网技术的发展和进步。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种单相接地故障增量选相保护方法，包括三相电流互感器、断路器，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：初始化过程，装置清理历史记录S＝{Sa,Sb,Sc},清理选相结果φ＝0；
步骤二：装置运作过程，通过三相电流互感器采集***运行的三相电流I＝{Ia,Ib,Ic}；
步骤三：装置计算纵向突变量，V＝{Va,Vb,Vc}；
所述纵向突变量为短效纵向突变量：
短效纵向突变量计算：
健康线路中，三相纵向突变量零序增量一致，因此其相间增量矢量差D应该为零
健康线路中，退出计算；
故障线路中，中的一个为0，两个If:/>进入横向特征量跟踪；
负载变化时，退出计算；
步骤四：计算纵向突变量之间的矢量差，D＝{Da,Db,Dc}；
步骤五：分析差值结果，如果全部D＝0，或全部D≠0，定性为负荷突变，则记录历史记录S＝I,回到步骤二，其他情况则进入步骤六；
步骤六：排除D差值为0的两相，明确异常相φ＝{A,B,C}，定性为接地故障相；
步骤七：进入横向特征量分析，装置计时清理T＝0，计算常态下的横向特征量N＝{S0,S2}；
步骤八：采集I＝{Ia,Ib,Ic}；
步骤九：计算横向特征量H＝{I0，I2}；
所述横向特征量H为长效横向特征量；
所述长效横向特征量计算如下：
线路健康情况中：
线路故障情况中：
长效横向特征量H0＝3I0≠0或H2＝3I2≠0，则表示有接地故障一直存在；
由于不存在等补偿状态，因此消弧线圈的补偿，不会产生两个同时为零的情况，对横向特征量分析没有影响；
利用横向特征量的原始量3I0增量或3I2增量，过滤***背景横向特征量，以增量幅值判断接地：
跟踪长效横向特征量，实现长时延接地追踪，为保护选择性动作创造条件；
步骤十：如H-N≠0则进入步骤十一，否则，清理选择相φ＝0，回到步骤二；
步骤十一：装置计时T+<Tset,计时未满回到步骤八；
步骤十二：计时满，发出动作命令，启动出口继电器，发出断路器跳闸命令，并记录动作结果。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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