專利名稱：小電流接地系統(tǒng)接地保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護技術，特別是中性點不直接接地系統(tǒng)的單相接地選線和保護。
中性點不直接接地系統(tǒng)簡稱小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，產(chǎn)生過電壓，如不及時清除，可能引發(fā)電纜爆炸及其他故障，影響電力系統(tǒng)安全和電能質量。目前配電網(wǎng)普遍采用逐條出線試探性拉閘尋找故障線路，不能適應電力系統(tǒng)發(fā)展的要求。申請?zhí)?1103633名稱為“小電流接地的檢測方法及裝置”發(fā)明專利申請公開了比較電網(wǎng)中各出線零序電流交流諧波量大小，諧波量最大者為接地線路的方法。94106374號發(fā)明專利“小電流系統(tǒng)單相接地保護方法和裝置”主要特征是快速比較出零序諧波無功最大的線路判定為接地線路。由于接地故障電流受系統(tǒng)補償度、接地電阻等影響，大小和方向不定，故障線路零序電流與非故障線路零序電流之間的關系同樣受系統(tǒng)補償度、運行方式等影響，變化不定，比較零序電流故障選線可靠性不高；而零序諧波電流受變壓器的飽和程度、負荷等多種隨機因素影響，采用零序諧波電流的接地保護整定困難，可靠性亦不高；采用零序諧波無功比較受系統(tǒng)參數(shù)影響大，且對測量裝置要求高，現(xiàn)有諸方法對各條出線測量量的比較，難以在配電自動化柱上開關的現(xiàn)場終端單元FTU上實現(xiàn)，不利于在配電自動化中應用。
本發(fā)明的目的在于提供一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，主要通過測量計算系統(tǒng)的零序電壓和各饋線的負序電流變化量實現(xiàn)，以提高接地保護的可靠性和精度，并便于在FTU上實現(xiàn)，滿足配電自動化要求。
在測量計算系統(tǒng)的零序電壓和各饋線的負序電流變化量進行接地保護這一總的技術構思下，本發(fā)明可以用以下方式實現(xiàn)1.一種小電流接地系統(tǒng)地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測線路的負序電流，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線選定任一相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2，(4)定義負序電流變化量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|IS|，且|ΔI2|＞整定值判定該線路故障，保護機構動作。
2.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線選定任一相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2及其相位，(4)定義負序電流量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|IS|，且該線路負序電流變化量相位和流向系統(tǒng)的負序電流變化量相位的相位差在120°～240°之間時，判定該線路故障，保護機構動作。
3.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流和零序電流，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線選定任一相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2；同樣計算該線路零序電流變化量ΔI0，(4)定義負序電流變化量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|Is|，且
判定該線路故障，保護機構動作。
4.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流和各相電壓，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，
(3)在各饋線測量故障后電壓最低相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2及其相位，(4)定義負序電流變化量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|Is|，且ΔI2相位在-60°～60°之間時，判定該線路故障，保護機構動作。
5.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流和各相電壓，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線上測量故障后電壓最低相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2，(4)定義負序電流變化量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2＞|Is|，且前述(3)負序電流采樣值變化量Δi2(k)與電壓最低相電壓采樣值的乘積在故障后兩周波內的積分值為正時，判定該線路故障，保護機構動作。
上述諸方式的步驟(3)中，計算負序電流采樣值變化量，故障后，第一周波負序電流采樣值變化量為Δi2(k)＝i2(k)-i2(k-T)故障后，第二周波負序電流采樣值變化量為Δi2(k)＝i2(k)-i2(k-2T)其中i2(k)為當前采樣值，k為采樣時刻，T為工頻信號周期。由Δi2(k)計算負序電流變化量ΔI2或其相位時，可采用濾波方法，付里葉變換是其中最常用的一種。
為提高負序電流的測量精度，可以選擇采用測量級電流互感器和硬件負序電流濾過器提取負序電流。
由于故障線路負序電流變化量為接地故障殘流的1/3，二者方向一致；非故障線路負序電流變化量很小，接近于零，方向與故障線路負序電流變化量基本相反。因此，采用負序電流進行接地保護，保護精度只與故障接地殘流有關。當單相接地故障殘流大于3倍負序電流變化量的精確工作電流時，負序電流接地保護都能準確動作。從而既能適用于中性點不接地系統(tǒng)，又能適用于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)、經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，并能提高接地保護的抗過渡電阻能力。同時由于小電流接地系統(tǒng)負序阻抗遠小于零序阻抗，在弧光接地過程的電弧熄滅瞬間，負序電流的振蕩衰減時間遠小于零序電流的振蕩衰減時間，因此負序電流接地保護受弧光振蕩影響小，具有很強弧光接地保護能力。另一方面，負序電流接地保護1、3、4、5保護方案中，只需測量該被保護線路的電壓、電流，便于在FTU上安裝，實現(xiàn)線路的分段就地保護，滿足配電自動化的要求。
下面結合附圖和具體實施方法對本發(fā)明作進一步說明。


圖1表明正常饋線1和故障饋線4的負序電流。
圖2表明正常饋線1和故障饋線4的能量函數(shù)波形，其中能量函數(shù)為負序電流與故障相電壓的乘積對時間積分。
對一35KV配電網(wǎng)進行分析，母線上帶有L1、L2、L3、L4四條饋線，饋線參數(shù)見表1表1饋線參數(shù)<
根據(jù)中性點接地方式、補償度、故障點、故障接地方式、故障過渡電阻以及負荷的不同情況，分別計算了負序電流的大小、方向及基于負序電流的能量函數(shù)，計算結果與波形分別列于表2、表3及圖1、圖2。
表2各饋線負序電流大小比較
<p>饋線4接地故障表中ν為經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的脫諧度，U0為零序電壓，表2和圖1中ΔI21為饋線1的負序電流大小，ΔI23為饋線3的負序電流大小，ΔI24為饋線4的負序電流大小。
圖1中(a)、(b)為中性點經(jīng)消弧線圈接地，脫諧度為-10％，故障電阻為5Ω；(c)、(d)為中性點經(jīng)消弧線圈接地，脫諧度為0(全補償)，弧光接地，故障電阻為5Ω。
從表2，圖1明顯看出無論中性點采用何種接地方式，單相接地故障時，故障饋線負序電流變化量與非故障饋線負序電流變化量的相位基本相反，大小之比保持不變，大約相差60倍，比值約等于負載負序阻抗與電源負序阻抗之比。因此，采用負序電流選線具有較高的準確度。
表3為負序電流大小接地保護，采用方法1和方法3。方法1中用到的負序電流整定值按其他線路發(fā)生金屬性接地故障時流過該線路的最大負序電流變化量確定，可取1.5倍的可靠系數(shù)。方法3中用到ΔI04為故障后饋線4的零序電流變化量大小。
表3負序電流大小接地保護
在表3中，其他饋線、如饋線L3接地故障時，饋線L4基于負序電流大小的接地保護不動作，僅當L4自身故障時，保護動作。
表4為負序電流方向接地保護，采用了前述方法2和方法4。
表4負序電流方向接地保護
α為比較電流(流向電源的負序電流變化量)與極化電流(流向饋線負序電流變化量)的相位差；β為比較電壓(故障相電壓)與極化電流(流向饋線負序電流變化量)的相位差。
從表4看出，采用上述方法2、4的負序電流方向保護，與中性點接地方式及故障電阻無關，保護準確度高。
圖2為正常饋線1與故障饋線4的能量函數(shù)波形，其中(a)中性點經(jīng)消弧線圈接地，脫諧度為-10％，弧光接地，故障電阻為100Ω；(b)中性點經(jīng)消弧線圈接地，脫諧度為-10％，故障電阻為1kΩ；(c)中性點經(jīng)消弧線圈接地，脫諧度為-10％，故障電阻為20kΩ；(d)中性不接地，故障電阻為20kΩ。
取負序電流與故障相電壓的乘積對時間的積分為能量函數(shù)。從圖2看出故障后故障饋線的能量函數(shù)單調上升，非故障饋線的能量函數(shù)基本為零?；」饨拥貢r，非故障相充電、故障相放電，故障饋線能量函數(shù)存在一個躍變過程；高阻接地故障時，故障饋線能量函數(shù)平穩(wěn)上升。故障接地方式與接地電阻對基于能量函數(shù)的選線保護影響不大，在高阻接地故障和電弧接地故障時，暫態(tài)能量接地保護(上述方法5)仍具有較高的準確度。
權利要求
1.一種小電流接地系統(tǒng)地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線選定任一相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2，(4)定義負序電流變化量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|Is|，且|ΔI2|＞整定值判定該線路故障，保護機構動作。
2.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線選定任一相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2及其相位，(4)定義負序電流量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|Is|，且該線路負序電流變化量相位和流向系統(tǒng)的負序電流變化量相位的相位差在120°～240°之間時，判定該線路故障，保護機構動作。
3.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流和零序電流，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線選定任一相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2；同樣計算該線路零序電流變化量ΔI0，(4)定義負序電流變化量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|Is|，且
判定該線路故障，保護機構動作。
4.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流和各相電壓，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線測量故障后電壓最低相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2及其相位，(4)定義負序變化電流量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|Is|，且ΔI2相位在-60°～60°之間時，判定該線路故障，保護機構動作。
5.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測各線路的負序電流和各相電壓，(2)當零序電壓大于整定電壓時，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時刻為故障發(fā)生時刻，(3)在各饋線上測量故障后電壓最低相為基準，計算故障發(fā)生后的負序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計算負序電流變化量ΔI2，(4)定義負序電流變化量的精確工作電流Is為大小測量誤差≤30％、相位測量誤差≤30°的最小工作電流，當某線路|ΔI2|＞|Is|，且前述(3)負序電流采樣值變化量Δi2(k)與電壓最低相電壓采樣值的乘積在故障后兩周波內的積分值為正時，判定該線路故障，保護機構動作。
全文摘要
小電流接地系統(tǒng)接地保護方法,步驟為1.監(jiān)測系統(tǒng)零序電壓、各饋線負序電流,選擇監(jiān)測各相電壓和各饋線零序電流,2.零序電壓大于整定值則判定系統(tǒng)故障,3.計算故障發(fā)生后各饋線負序電流變化量。4.某饋線負序電流變化量大于精確工作電流時,分別可根據(jù)負序電流大小、方向或能量函數(shù)判定該線路故障。本方法提高保護可靠性和精度,可分段判定,便于在FTU上實現(xiàn),滿足配電自動化要求。
文檔編號H02H7/26GK1265533SQ0011445
公開日2000年9月6日 申請日期2000年3月30日 優(yōu)先權日2000年3月30日
發(fā)明者曾祥君, 尹項根, 張哲 , 陳德樹 申請人:華中理工大學