CN114779121A - 一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法及装置 - Google Patents

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赵现平
唐立军
柴晨超
张恭源
杨金东
黄继盛
闫永梅
李月梅
杨莉
张志磊
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Abstract

本发明实施例公开了一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法及装置，包括：实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；同时，在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；以第一零序阻抗为阻抗特征值，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值，根据阻抗偏差值是否超过偏差阈值确定相应的故障线路；本发明通过实时在线测量线路在正常状态下的第一零序阻抗，能够在故障时实时感知、对比***阻抗参数的变化状态，对于高阻接地故障、间歇性故障选线保护准确性更高；同时本方法不受配电网中性点接地方式的影响，具有较高的灵敏性、选择性和可靠性，适用于任意中性点接地方式。

Description

一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法及装置
技术领域
本发明涉及配电网故障选线技术领域，尤其涉及一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法及装置。
背景技术
配电网中性点接地方式较多，不同接地方式对选线保护装置的灵敏性、选择性和可靠性有较大影响。在中性点不接地***，由于接地故障线路零序电流的方向和大小与非故障线路存在明显差异，常采用零序电流比幅比相法等，选线准确性较高。对于中性点经消弧线圈接地***，由于消弧线圈补偿了大部分的接地故障电流，使得线路的零序电流方向、大小等特征与不接地***存在较大差异，比幅比相法不再适用。中性点经消弧线圈接地***下，常采用有功功率法、5次谐波法、首半波、暂态方向、小波分析法等方法，但由于故障特征复杂，上述方法均未能达到较高的选线准确率，一般不高于90％。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法及装置，利用配电线路零序阻抗不受中性点接地方式影响的特点，通过计算每条线路的特征零序阻抗，对比故障时实时计算的零序阻抗，准确选定故障线路。为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法及装置，包括：
一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，包括：
实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；
在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；
遍历每条线路，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值；
将所得阻抗偏差值与偏差阈值进行比较，判断是否满足至少有一条线路的阻抗偏差值超过所述偏差阈值，若是，则将所有超过阈值的线路进行比较，以最大偏差量的线路为故障线路；若否，则认为母线接地。
根据一种具体的实施方式，上述基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法中，所述实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗，包括：
在预设频率范围内，选取多个频率测量值；
在***正常运行状态下，在***中性点分别施加频率为多个所述频率测量值的测量电压；
针对每条线路，计算每个所述频率测量值下的零序电流值，基于每个所述频率测量值下的零序电流值，计算每个所述频率测量值下的零序阻抗，取每个所述频率测量值下的零序阻抗平均值为该线路的第一零序阻抗。
根据一种具体的实施方式，上述基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法中，采用以下公式计算每个所述频率测量值下的零序阻抗：
Figure BDA0003631705720000021
其中，
Figure BDA0003631705720000022
为第i条线路的零序阻抗；f为50Hz工频频率，ft为当前频率测量值，Ut为当前频率测量值对应的测量电压的电压幅值；Iti为当前频率测量值ft下的第i条线路的零序电流有效值。
根据一种具体的实施方式，上述基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法中，所述预设频率范围为1Hz～500Hz。
根据一种具体的实施方式，上述基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法中，所述测量电压为正弦电压，所述测量电压的幅值在0.5％Un～15％Un范围内；
其中，Un为***标称相电压。
根据一种具体的实施方式，上述基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法中，采用以下公式计算所述故障状态下的各线路的第二零序阻抗：
Figure BDA0003631705720000031
其中，Z0i为第i条线路故障时的第二零序阻抗；
Figure BDA0003631705720000032
为第i条线路故障时的***零序电压；
Figure BDA0003631705720000033
为第i条线路故障时的零序电流；Ri为第i条线路故障时的零序电阻、Xi为第i条线路故障时的零序电抗。
根据一种具体的实施方式，上述基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法中，所述偏差阈值大于0.05。
本发明的另一方面，提供一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护装置，包括：
测量单元，用于实时采用频率测量法测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；
计算单元，用于在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；
分析选线单元，用于遍历每条线路，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值；将所得阻抗偏差值与偏差阈值进行比较，判断是否满足至少有一条线路的阻抗偏差值超过所述偏差阈值，则是，则认为超过阈值的线路为故障线路；若否，则认为母线接地。
根据一种具体的实施方式，上述基于在线测量线路零序阻抗的选线保护装置中，所述测量单元包括：
电源发生器，用于生成频率为多个频率测量值的测量电压；
测量模块，用于针对每条线路，计算每个所述频率测量值下的零序电流值，基于每个所述频率测量值下的零序电流值，计算每个所述频率测量值下的零序阻抗，取每个所述频率测量值下的零序阻抗平均值为该线路的第一零序阻抗。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明实施例所提供的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，通过实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；同时，在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；以第一零序阻抗为阻抗特征值，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值，根据阻抗偏差值是否超过偏差阈值，匹配得到相应的故障线路；本发明的通过实时在线测量线路在正常状态下的第一零序阻抗，能够在故障时实时感知、对比***阻抗参数的变化状态，对于高阻接地故障、间歇性故障选线保护准确性更高；同时发明所提供的方法不受配电网中性点接地方式的影响，具有较高的灵敏性、选择性和可靠性，适用于任意中性点接地方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中在线测量线路零序阻抗的选线保护方法流程示意图；
图2为一个实施例中实时采用频率测量法测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗方法流程图；
图3为一个实施例中线测量线路零序阻抗的选线保护装置架构示意图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例1
图1示出了本发明示例性实施例的在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，包括：
实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；
在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；
遍历每条线路，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值；
将所得阻抗偏差值与偏差阈值进行比较，判断是否满足至少有一条线路的阻抗偏差值超过所述偏差阈值，则是，则认为超过阈值的线路为故障线路；若否，则认为母线接地。
本发明实施例所提供的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，通过实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗(特征零序阻抗)；同时，在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；以第一零序阻抗为阻抗特征值，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值，根据阻抗偏差值是否超过偏差阈值，匹配得到相应的故障线路；本发明的通过实时在线测量线路在正常状态下的第一零序阻抗，能够在故障时实时感知、对比***阻抗参数的变化状态，对于高阻接地故障、间歇性故障选线保护准确性更高；同时发明所提供的方法不受配电网中性点接地方式的影响，具有较高的灵敏性、选择性和可靠性，适用于任意中性点接地方式。
实施例2
在一种可能的实现方式中，如图2所示，所述实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗，包括：在***正常运行情况下，实时采用频率测量法测量***的特征零序阻抗，相应的频率测量法具体为：
S201，在***正常运行情况下，在***中性点施加频率为ft，幅值(有效值)为Ut的正弦电压；
S202，测量每条线路频率为ft的零序电流值Iti；
S203，计算各线路的零序阻抗；
S204，改变中性点施加电压频率，重复进行S201～S203。获得各条线路的多个零序阻抗，取平均即为各线路的特征零序阻抗值。
本实施例中，通过在***正常运行状态下，对***施加不同频率下的测量电压，分别计算不同测量频率下的线路零序阻抗，从而得到每条线路在不同测量频率下的阻抗分布值，基于各个频率下的阻抗分布值求平均值即可得到每条线路的第一零序阻抗值，即特征零序阻抗值，通过计算每条线路在不同测量频率下的阻抗分布值、平均值便于后续进行故障匹配。
在一种可能的实现方式中，上述实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗的方法中：采用以下公式计算每个所述频率测量值下的零序阻抗：
Figure BDA0003631705720000061
其中，
Figure BDA0003631705720000062
为第i条线路的零序阻抗；f为50Hz工频频率，ft为当前频率测量值，Ut为当前频率测量值对应的测量电压的电压幅值；Iti为当前频率测量值ft下的第i条线路的零序电流有效值。
本实施例中，基于50Hz工频频率与当前测量电压、当前频率测量值、以及当前频率测量值ft下的零序电流准确计算当前测量电压下的每条线路的零序阻抗值。
在一种可能的实现方式中，上述实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗的方法中，所述频率为ft的取值范围为1Hz～500Hz。
本实施例中，通过计算预设频率范围内不同频率下的零序阻抗，得到频率范围内的零序阻抗分布参数，所选取频率范围与配电网中性点接地方式相适配，因此，本实施例所提供的特征零序阻抗(第一零序阻抗)测量方法具有较高的灵敏性、选择性和可靠性，适用于任意中性点接地方式。
在一种可能的实现方式中，上述实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗的方法中，所述测量电压为正弦电压，所述测量电压的幅值在0.5％Un～15％Un范围内；其中，Un为***标称相电压。
本实施例中所施加的测量电压，在频率可控的基础上，控制测量电压的电压幅值(有效值)在可控范围内，从而通过在***中性点施加频率幅值可控的正弦电压，进行准确的零序阻抗分布参数的计算。
在一种可能的实现方式中，采用以下公式计算所述故障状态下的各线路的第二零序阻抗：
Figure BDA0003631705720000071
其中，Z0i为第i条线路故障时的第二零序阻抗；
Figure BDA0003631705720000072
为第i条线路故障时的***零序电压；
Figure BDA0003631705720000073
为第i条线路故障时的零序电流；Ri为第i条线路故障时的零序电阻、Xi为第i条线路故障时的零序电抗。
本实施例中，通过预设的故障状态下零序阻抗计算算法计算相应的故障状态下的零序阻抗，所设置的算法简单高效，准确度较高，便于故障线路的准确筛选。
在一种可能的实施方式中中，在将所得阻抗偏差值与偏差阈值进行比较时，若比较结果满足至少两条所述线路的阻抗偏差值超过所述偏差阈值，则将所述至少两条线路的阻抗偏差值进行比较，以阻抗偏差值绝对值最大的线路为故障线路。
本实施例中，通过绝对值比较法在筛选出的至少两条故障线路中选出偏差值更大的线路为确定故障线路，进一步提升选线的准确度。
例如：若通过比较，发现存在线路Li、Li-1、Li-2的零序阻抗偏差超过阀值ΔZ0，则计算线路Li、Li-1、Li-2的偏差值绝对值，以零序阻抗偏差绝对值最大的线路为故障线路。
在一种可能的实施方式中中，上述在线测量线路零序阻抗的选线保护方法中：
所述偏差阈值ΔZ0大于0.05。其中，在电网***中，通常情况下，电压互感器和电流互感器会存在0.05的误差值，因此相应的偏差值应当大于该误差值。
本实施例中，通过设定特定的偏差阈值，基于偏差阈值准确筛选相应的故障线路。
本发明的另一方面，如图3所示，还提供一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护装置，包括：
测量单元，用于实时采用频率测量法测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；
计算单元，用于在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；
分析选线单元，用于遍历每条线路，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值；将所得阻抗偏差值与偏差阈值进行比较，判断是否满足至少有一条线路的阻抗偏差值超过所述偏差阈值，则是，则认为超过阈值的线路为故障线路；若否，则认为母线接地。
本发明实施例所提供的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护装置，通过实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；同时，在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；以第一零序阻抗为阻抗特征值，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值，根据阻抗偏差值是否超过偏差阈值，匹配得到相应的故障线路；本发明的通过实时在线测量线路在正常状态下的第一零序阻抗，能够在故障时实时感知、对比***阻抗参数的变化状态，对于高阻接地故障、间歇性故障选线保护准确性更高；同时发明所提供的方法不受配电网中性点接地方式的影响，具有较高的灵敏性、选择性和可靠性，适用于任意中性点接地方式。
在一种可能的实现方式中，所述测量单元，包括：电源发生器，用于生成频率为多个频率测量值的多个测量电压；
测量模块，用于针对每条线路，计算多个所述测量电压下的零序电流值，基于每个所述测量电压下的零序电流值，计算每个所述测量电压下的零序阻抗，取每个所述测量电压下的零序阻抗平均值为该线路的第一零序阻抗。
在一种可能的实现方式中，上述测量单元还包括：频率选择模块，用于在预设频率范围内，选取多个频率测量值；并发送至所述电源发生器，以使所述电源发生器生成频率为多个频率测量值的多个测量电压；生成预设频率范围内，选取多个频率测量值。
本实施例所提供的测量单元，通过在***正常运行状态下，对***施加不同频率下的测量电压，分别计算不同测量频率下的线路零序阻抗，从而得到每条线路在不同测量频率下的阻抗分布值，基于各个频率下的阻抗分布值求平均值即可得到每条线路的第一零序阻抗值，即特征零序阻抗值，通过计算每条线路在不同测量频率下的阻抗分布值、平均值便于后续进行故障匹配。
在一种可能的实现方式中，上述测量单元被进一步配置为：采用以下公式计算每个所述频率测量值下的零序阻抗：
Figure BDA0003631705720000091
其中，
Figure BDA0003631705720000092
为第i条线路的零序阻抗；f为50Hz工频频率，ft为当前频率测量值，Ut为当前频率测量值对应的测量电压的电压幅值；Iti为当前频率测量值ft下的第i条线路的零序电流有效值。
在一种可能的实现方式中，所述频率为ft的取值范围为1Hz～500Hz。所述测量电压为正弦电压，所述测量电压的幅值在0.5％Un～15％Un范围内；其中，Un为***标称相电压。
本实施例中所设置频率范围与配电网中性点接地方式相适配，因此，本实施例所提供的特征零序阻抗(第一零序阻抗)测量方法具有较高的灵敏性、选择性和可靠性，适用于任意中性点接地方式。并且，基于预设频率中所生成的测量电压，在频率可控的基础上，控制测量电压的电压幅值(有效值)在预设范围，从而通过在***中性点施加频率幅值可控的正弦电压，进行准确的零序阻抗分布参数的计算。
在一种可能的实现方式中，上述计算单元被配置为采用以下公式计算所述故障状态下的各线路的第二零序阻抗：
Figure BDA0003631705720000101
其中，Z0i为第i条线路故障时的第二零序阻抗；
Figure BDA0003631705720000102
为第i条线路故障时的***零序电压；
Figure BDA0003631705720000103
为第i条线路故障时的零序电流；Ri为第i条线路故障时的零序电阻、Xi为第i条线路故障时的零序电抗。
本实施例中，通过配置计算单元采用预设的故障状态下零序阻抗计算算法计算相应的故障状态下的零序阻抗，所设置的算法简单高效，准确度较高，便于故障线路的准确筛选。
在一种可能的实施方式中，上述分析选线单元被进一步配置为：若阻抗偏差值与偏差阈值的比较结果，满足至少两条所述线路的阻抗偏差值超过所述偏差阈值，则将所述至少两条线路的阻抗偏差值进行比较，以阻抗偏差值绝对值最大的线路为故障线路。
本实施例中，分析选线单元通过绝对值比较法在筛选出的至少两条故障线路中选出偏差值更大的线路为确定故障线路，进一步提升选线的准确度。
例如：若通过比较，发现存在线路Li、Li-1、Li-2的零序阻抗偏差超过阀值
Figure BDA0003631705720000104
则计算线路Li、Li-1、Li-2的偏差值绝对值，以零序阻抗偏差绝对值最大的线路为故障线路。
在一种可能的实施方式中中，上述所述偏差阈值
Figure BDA0003631705720000105
大于0.05。
本实施例中，通过设定特定的偏差阈值，基于偏差阈值准确筛选相应的故障线路。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，其特征在于：包括：
实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；
在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；
遍历每条线路，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值；
将所得阻抗偏差值与偏差阈值进行比较，判断是否满足至少有一条线路的阻抗偏差值超过所述偏差阈值，若是，则将所有超过阈值的线路进行比较，以最大偏差量的线路为故障线路；若否，则认为母线接地。
2.如权利要求1所述的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，其特征在于：所述实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗，包括：
在预设频率范围内，选取多个频率测量值；
在***正常运行状态下，在***中性点分别施加频率为多个所述频率测量值的多个测量电压；
针对每条线路，计算每个所述测量电压下的零序电流值，基于每个所述测量电压下的零序电流值，计算每个所述测量电压下的零序阻抗，取每个所述测量电压下的零序阻抗平均值为该线路的第一零序阻抗。
3.如权利要求2所述的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，其特征在于：采用以下公式计算每个所述频率测量值下的零序阻抗：
Figure FDA0003631705710000011
其中，
Figure FDA0003631705710000012
为第i条线路的零序阻抗；f为50Hz工频频率，ft为当前频率测量值，Ut为当前频率测量值对应的测量电压的电压幅值；Iti为当前频率测量值ft下的第i条线路的零序电流有效值。
4.如权利要求3所述的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，其特征在于：所述预设频率范围为1Hz～500Hz。
5.如权利要求3所述的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，其特征在于：
所述测量电压为正弦电压，所述测量电压的幅值在0.5％Un～15％Un范围内；
其中，Un为***标称相电压。
6.如权利要求4所述的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，其特征在于：采用以下公式计算所述故障状态下的各线路的第二零序阻抗：
Figure FDA0003631705710000021
其中，Z0i为第i条线路故障时的第二零序阻抗；
Figure FDA0003631705710000022
为第i条线路故障时的***零序电压；
Figure FDA0003631705710000023
为第i条线路故障时的零序电流；Ri为第i条线路故障时的零序电阻、Xi为第i条线路故障时的零序电抗。
7.如权利要求1～6任一所述的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护方法，其特征在于：所述偏差阈值大于0.05。
8.一种基于在线测量线路零序阻抗的选线保护装置，其特征在于：包括：
测量单元，用于实时测量正常运行状态下的各线路的第一零序阻抗；
计算单元，用于在***发生单相接地故障时，计算故障状态下的各线路的第二零序阻抗；
分析选线单元，用于遍历每条线路，分别计算每条所述线路的第一零序阻抗与第二零序阻抗之间的阻抗偏差值；将所得阻抗偏差值与偏差阈值进行比较，判断是否满足至少有一条线路的阻抗偏差值超过所述偏差阈值，若是，则将所有超过阈值的线路进行比较，以最大偏差量的线路为故障线路；若否，则认为母线接地。
9.如权利要求8所述的基于在线测量线路零序阻抗的选线保护装置，其特征在于：所述测量单元包括：
电源发生器，用于生成频率为多个频率测量值的多个测量电压；
测量模块，用于针对每条线路，计算多个所述测量电压下的零序电流值，基于每个所述测量电压下的零序电流值，计算每个所述测量电压下的零序阻抗，取每个所述测量电压下的零序阻抗平均值为该线路的第一零序阻抗。
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