一種基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護【技術領域】。本發(fā)明對于諧振接地系統(tǒng)，當其中一條饋線發(fā)生單相接地故障后，首先截取故障后短時窗內(nèi)的母線零序電壓和各饋線的零序電流，并分別對其進行多階差分變換；然后將母線零序電壓多階差分變換結(jié)果分別與各饋線的零序電流多階差分變換結(jié)果相乘，在時間軸上得到一系列波頭；最后將波頭系列中的第一個波頭的幅值作為保護啟動的依據(jù)，當首波頭幅值小于零時判定該饋線發(fā)生正向故障時，保護元件動作，當首波頭幅值大于零時判定該饋線發(fā)生反向故障，保護元件不動作。本發(fā)明使用難度低，保護可靠性高。
【專利說明】一種基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護【技術領域】。
【背景技術】
[0002]配電網(wǎng)直接面對用戶并為其提供用電服務，因此覆蓋面最廣。配電網(wǎng)的故障類型形式多樣，但據(jù)統(tǒng)計單相接地故障約占配網(wǎng)故障的80%。配電網(wǎng)諧振接地系統(tǒng)即為中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，屬小電流接地系統(tǒng)，我國大部分的配電網(wǎng)采用了該運行方式。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障會影響非故障相對地電壓致其升高，電壓升高會對電網(wǎng)設備的絕緣產(chǎn)生破壞；特別是間歇性電弧接地，會引起弧光過電壓，該電壓通過破壞系統(tǒng)絕緣進而發(fā)展成相間或多點接地短路，引起系統(tǒng)過電壓，從而損壞設備，破壞系統(tǒng)安全運行，因此必須準確、快速找到故障線路并及時使故障線路與系統(tǒng)隔離。
[0003]最原始的隔離方法是在選線成功后由人工對故障線路進行切斷。近年來，一些單相接地保護裝置在實際中得到了應用，對電網(wǎng)的安全運行起到了積極的作用。但部分裝置的實際表現(xiàn)并不令人滿意，誤動、拒動的現(xiàn)象時有發(fā)生?，F(xiàn)行的單相接地保護裝置的保護方法一般有:零序電流比幅法、零序電流相對相位法和諧波分量法等。零序電流比幅法利用了故障線路零序電流等于非故障線路對地電容電流之和的特點，電纜線路的引入、過渡電阻的影響和運行方式的選擇均有可能造成某條線路的對地電容電流大于其他所有線路對地電容電流之和的情況，這將導致保護裝置發(fā)生誤動。零序電流相對相位法利用了故障線路零序電流與非故障線路零序電流流動方向相反的特點，在線路較短零序電流值較小時，干擾信號的影響更為突出致使方向的判斷較為困難，在諧振接地系統(tǒng)補償過程發(fā)生后失效。諧波分量法本質(zhì)上還是利用了群體比幅比相法，不能從根本上解決上述兩種方法存在的問題和不足，誤動、拒動的現(xiàn)象還是經(jīng)常出現(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有單相接地保護方法依賴于其他饋線的相關信息進行判斷導致可靠性不高的問題，提供了一種基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:一種基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法，對于諧振接地系統(tǒng)，當其中一條饋線發(fā)生單相接地故障后，首先截取故障后短時窗內(nèi)的母線零序電壓和各饋線的零序電流，并分別對其進行多階差分變換；然后將母線零序電壓多階差分變換結(jié)果分別與各饋線的零序電流多階差分變換結(jié)果相乘，在時間軸上得到一系列波頭；最后將波頭系列中的第一個波頭的幅值作為保護啟動的依據(jù)，當首波頭幅值小于零時判定該饋線發(fā)生正向故障時,保護元件動作，當首波頭幅值大于零時判定該饋線發(fā)生反向故障，保護元件不動作。[0006]所述單相接地保護方法具體步驟如下:
A、當饋線發(fā)生單相接地故障時，截取故障后短時窗內(nèi)的母線零序電壓和各饋線的零序電流并分別對其進行多階差分變換；
B、將母線零序電壓多階差分變換結(jié)果分別與各饋線的零序電流多階差分變換結(jié)果相乘,乘積表示為:
式中:/7=1, 2，3，"U為原始信號采樣點個數(shù)，戶1，2，3，./，/為饋線的條數(shù)；
C、選取57(/7)在時間軸上一系列波頭中的第一個波頭的幅值57^.與零值進行比較:
色SPJ (O時,確定為第J'條饋線條發(fā)生正方向故障,保護元件動作,切斷該饋線；
當時，確定為第J條饋線發(fā)生反方向故障，保護元件不動作。
[0007]故障后母線零序電壓和各饋線的零序電流數(shù)據(jù)截取的短時窗的長度為0.1ms0
[0008]所述多階差分為4階。
[0009]本發(fā)明的工作原理是:
諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，母線零序電壓和各饋線零序電流會發(fā)生突變，且故障饋線和健全饋線突變方向相反，在行波首波頭極性上表現(xiàn)為故障饋線和健全饋線對應的波頭極性相反。在正負不同的故障初始相下故障饋線零序電流的突變方向不同，但故障饋線零序電流的突變方向始終與健全饋線零序電流和母線零序電壓的突變方向相反，在行波首波頭極性上表現(xiàn)為故障饋線零序電流對應的波頭極性始終與健全饋線零序電流和母線零序電壓對應的波頭極性相反。利用該特性可構(gòu)建保護元件動作判據(jù)。
[0010]饋線發(fā)生單相接地故障后，為了避免消弧線圈補償作用的影響，在故障發(fā)生后消弧線圈作用前的短時窗內(nèi)截取母線零序電壓和各饋線零序電流數(shù)據(jù)進行分析。對故障后短時窗內(nèi)的母線零序電壓和各饋線的零序電流分別進行多階差分(Sequential overlappingderivative, SOD)變換后，將母線零序電壓SOD變換結(jié)果表示為(/?)，各饋線零序電流SOD變換結(jié)果表示為分>)，式中，/7=1，2，3，…見#為原始信號采樣點個數(shù)，戶1，2，3，…/，/為饋線的條數(shù)；則母線零序電壓SOD變換結(jié)果與各饋線的零序電流SOD變換結(jié)果的乘積% SPj(P) 二 Suifl) XSi j{n), SPj{n)在時間軸上表現(xiàn)為一系列的波頭。這里需要說明的是，當饋線零序電流較小時，波頭極性不明顯，若單純利用零序波頭極性進行保護可靠性不高，因此本發(fā)明選擇將母線零序電壓的SOD變換結(jié)果分別與各饋線零序電流SOD變換結(jié)果進行相乘得到SPjin)，以增加波頭極性的辨識度。
[0011]SOD作為一種基于差分運算的一種變換，可以描述為:
式中為信號的》階差分2，3，.*.?+1為差分階次,a?為差分的階數(shù)'Qkd為原始信號;n=l，2，3，…見Λ/為原始信號采樣點個數(shù)；為SOD變換系數(shù):系數(shù){c)m的取
值為(C1)?=(C?+1)?=1，(c2)?^?，(cZ) W=(cZ) W-1+(cZ-1)W-1，(C/)w = O。因此，仿取 I 時，可
以減少直流分量，m取3時，可以消除工頻50Hz分量。οι取值越大，提取得到的高頻暫態(tài)量的幅值越大。本發(fā)明采用4階SOD變換，其變換表達式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法，其特征在于:對于諧振接地系統(tǒng)，當其中一條饋線發(fā)生單相接地故障后，首先截取故障后短時窗內(nèi)的母線零序電壓和各饋線的零序電流，并分別對其進行多階差分變換；然后將母線零序電壓多階差分變換結(jié)果分別與各饋線的零序電流多階差分變換結(jié)果相乘，在時間軸上得到一系列波頭；最后將波頭系列中的第一個波頭的幅值作為保護啟動的依據(jù)，當首波頭幅值小于零時判定該饋線發(fā)生正向故障時，保護元件動作，當首波頭幅值大于零時判定該饋線發(fā)生反向故障，保護元件不動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法，其特征在于:所述單相接地保護方法具體步驟如下: A、當饋線發(fā)生單相接地故障時，截取故障后短時窗內(nèi)的母線零序電壓和各饋線的零序電流并分別對其進行多階差分變換； B、將母線零序電壓多階差分變換結(jié)果分別與各饋線的零序電流多階差分變換結(jié)果&:.(/?)相乘,乘積表示為: SPi (?) = Su(n) X Sij (η)(I) 式中:/7=1, 2，3，"U為原始信號采樣點個數(shù)，戶1，2，3，./，/為饋線的條數(shù)； C、選取57^.(/7)在時間軸上一系列波頭中的第一個波頭的幅值57^.與零值進行比較: 色SPJ (O時,確定為第J'條饋線條發(fā)生正方向故障,保護元件動作,切斷該饋線； 當5^.〉O時，確定為第J條饋線發(fā)生反方向故障，保護元件不動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法，其特征在于:故障后母.線零序電壓和各饋線的零序電流數(shù)據(jù)截取的短時窗的長度為0.1ms0
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的基于零序電流多階差分變換方向的配網(wǎng)單相接地保護方法，其特征在于:所述多階差分為4階。
【文檔編號】H02H9/08GK103474981SQ201310391831
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】束洪春, 高利, 朱夢夢, 黃文珍, 段瑞敏 申請人:昆明理工大學