專利名稱：小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)，特別是中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)的單相接地選線和保護(hù)。
中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)簡(jiǎn)稱小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，產(chǎn)生過(guò)電壓，如不及時(shí)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(zhì)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(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的要求。申請(qǐng)?zhí)?1103633名稱為“小電流接地的檢測(cè)方法及裝置”發(fā)明專利申請(qǐng)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(hào)發(fā)明專利“小電流系統(tǒng)單相接地保護(hù)方法和裝置”主要特征是快速比較出零序諧波無(wú)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(bǔ)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(guān)系同樣受系統(tǒng)補(bǔ)償度、運(yùn)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(fù)荷等多種隨機(jī)因素影響，采用零序諧波電流的接地保護(hù)整定困難，可靠性亦不高；采用零序諧波無(wú)功比較受系統(tǒng)參數(shù)影響大，且對(duì)測(cè)量裝置要求高，現(xiàn)有諸方法對(duì)各條出線測(cè)量量的比較，難以在配電自動(dòng)化柱上開關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)終端單元FTU上實(shí)現(xiàn)，不利于在配電自動(dòng)化中應(yīng)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(hù)方法，主要通過(guò)測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)的零序電壓和各饋線的負(fù)序電流變化量實(shí)現(xiàn)，以提高接地保護(hù)的可靠性和精度，并便于在FTU上實(shí)現(xiàn)，滿足配電自動(dòng)化要求。
在測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)的零序電壓和各饋線的負(fù)序電流變化量進(jìn)行接地保護(hù)這一總的技術(shù)構(gòu)思下，本發(fā)明可以用以下方式實(shí)現(xiàn)1.一種小電流接地系統(tǒng)地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)線路的負(fù)序電流，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線選定任一相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2，(4)定義負(fù)序電流變化量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|IS|，且|ΔI2|＞整定值判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
2.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線選定任一相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2及其相位，(4)定義負(fù)序電流量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|IS|，且該線路負(fù)序電流變化量相位和流向系統(tǒng)的負(fù)序電流變化量相位的相位差在120°～240°之間時(shí)，判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
3.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流和零序電流，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線選定任一相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2；同樣計(jì)算該線路零序電流變化量ΔI0，(4)定義負(fù)序電流變化量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|Is|，且
判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
4.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流和各相電壓，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，
(3)在各饋線測(cè)量故障后電壓最低相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2及其相位，(4)定義負(fù)序電流變化量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|Is|，且ΔI2相位在-60°～60°之間時(shí)，判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
5.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流和各相電壓，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線上測(cè)量故障后電壓最低相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2，(4)定義負(fù)序電流變化量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2＞|Is|，且前述(3)負(fù)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(nèi)的積分值為正時(shí)，判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
上述諸方式的步驟(3)中，計(jì)算負(fù)序電流采樣值變化量，故障后，第一周波負(fù)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(fù)序電流采樣值變化量為Δi2(k)＝i2(k)-i2(k-2T)其中i2(k)為當(dāng)前采樣值，k為采樣時(shí)刻，T為工頻信號(hào)周期。由Δi2(k)計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2或其相位時(shí)，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(fù)序電流的測(cè)量精度，可以選擇采用測(cè)量級(jí)電流互感器和硬件負(fù)序電流濾過(guò)器提取負(fù)序電流。
由于故障線路負(fù)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(fù)序電流變化量很小，接近于零，方向與故障線路負(fù)序電流變化量基本相反。因此，采用負(fù)序電流進(jìn)行接地保護(hù)，保護(hù)精度只與故障接地殘流有關(guān)。當(dāng)單相接地故障殘流大于3倍負(fù)序電流變化量的精確工作電流時(shí)，負(fù)序電流接地保護(hù)都能準(zhǔn)確動(dòng)作。從而既能適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，又能適用于中性點(diǎn)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(hù)的抗過(guò)渡電阻能力。同時(shí)由于小電流接地系統(tǒng)負(fù)序阻抗遠(yuǎn)小于零序阻抗，在弧光接地過(guò)程的電弧熄滅瞬間，負(fù)序電流的振蕩衰減時(shí)間遠(yuǎn)小于零序電流的振蕩衰減時(shí)間，因此負(fù)序電流接地保護(hù)受弧光振蕩影響小，具有很強(qiáng)弧光接地保護(hù)能力。另一方面，負(fù)序電流接地保護(hù)1、3、4、5保護(hù)方案中，只需測(cè)量該被保護(hù)線路的電壓、電流，便于在FTU上安裝，實(shí)現(xiàn)線路的分段就地保護(hù)，滿足配電自動(dòng)化的要求。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1表明正常饋線1和故障饋線4的負(fù)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(fù)序電流與故障相電壓的乘積對(duì)時(shí)間積分。
對(duì)一35KV配電網(wǎng)進(jìn)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(diǎn)接地方式、補(bǔ)償度、故障點(diǎn)、故障接地方式、故障過(guò)渡電阻以及負(fù)荷的不同情況，分別計(jì)算了負(fù)序電流的大小、方向及基于負(fù)序電流的能量函數(shù)，計(jì)算結(jié)果與波形分別列于表2、表3及圖1、圖2。
表2各饋線負(fù)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(fù)序電流大小，ΔI23為饋線3的負(fù)序電流大小，ΔI24為饋線4的負(fù)序電流大小。
圖1中(a)、(b)為中性點(diǎn)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，脫諧度為0(全補(bǔ)償)，弧光接地，故障電阻為5Ω。
從表2，圖1明顯看出無(wú)論中性點(diǎn)采用何種接地方式，單相接地故障時(shí)，故障饋線負(fù)序電流變化量與非故障饋線負(fù)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(fù)載負(fù)序阻抗與電源負(fù)序阻抗之比。因此，采用負(fù)序電流選線具有較高的準(zhǔn)確度。
表3為負(fù)序電流大小接地保護(hù)，采用方法1和方法3。方法1中用到的負(fù)序電流整定值按其他線路發(fā)生金屬性接地故障時(shí)流過(guò)該線路的最大負(fù)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(fù)序電流大小接地保護(hù)
在表3中，其他饋線、如饋線L3接地故障時(shí)，饋線L4基于負(fù)序電流大小的接地保護(hù)不動(dòng)作，僅當(dāng)L4自身故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。
表4為負(fù)序電流方向接地保護(hù)，采用了前述方法2和方法4。
表4負(fù)序電流方向接地保護(hù)
α為比較電流(流向電源的負(fù)序電流變化量)與極化電流(流向饋線負(fù)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(fù)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(fù)序電流方向保護(hù)，與中性點(diǎn)接地方式及故障電阻無(wú)關(guān)，保護(hù)準(zhǔn)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(diǎn)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，脫諧度為-10％，故障電阻為1kΩ；(c)中性點(diǎn)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(fù)序電流與故障相電壓的乘積對(duì)時(shí)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(diào)上升，非故障饋線的能量函數(shù)基本為零。弧光接地時(shí)，非故障相充電、故障相放電，故障饋線能量函數(shù)存在一個(gè)躍變過(guò)程；高阻接地故障時(shí)，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(duì)基于能量函數(shù)的選線保護(hù)影響不大，在高阻接地故障和電弧接地故障時(shí)，暫態(tài)能量接地保護(hù)(上述方法5)仍具有較高的準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1.一種小電流接地系統(tǒng)地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線選定任一相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2，(4)定義負(fù)序電流變化量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|Is|，且|ΔI2|＞整定值判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
2.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線選定任一相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2及其相位，(4)定義負(fù)序電流量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|Is|，且該線路負(fù)序電流變化量相位和流向系統(tǒng)的負(fù)序電流變化量相位的相位差在120°～240°之間時(shí)，判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
3.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流和零序電流，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線選定任一相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2；同樣計(jì)算該線路零序電流變化量ΔI0，(4)定義負(fù)序電流變化量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|Is|，且
判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
4.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流和各相電壓，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線測(cè)量故障后電壓最低相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2及其相位，(4)定義負(fù)序變化電流量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|Is|，且ΔI2相位在-60°～60°之間時(shí)，判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
5.一種小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法，包括如下步驟(1)在母線或者饋線上在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零序電壓；在各饋線上在線監(jiān)測(cè)各線路的負(fù)序電流和各相電壓，(2)當(dāng)零序電壓大于整定電壓時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生接地或斷線故障，零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，(3)在各饋線上測(cè)量故障后電壓最低相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障發(fā)生后的負(fù)序電流采樣值變化量Δi2(k)，并由其計(jì)算負(fù)序電流變化量ΔI2，(4)定義負(fù)序電流變化量的精確工作電流Is為大小測(cè)量誤差≤30％、相位測(cè)量誤差≤30°的最小工作電流，當(dāng)某線路|ΔI2|＞|Is|，且前述(3)負(fù)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(nèi)的積分值為正時(shí)，判定該線路故障，保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
全文摘要
小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)方法,步驟為1.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)零序電壓、各饋線負(fù)序電流,選擇監(jiān)測(cè)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(jì)算故障發(fā)生后各饋線負(fù)序電流變化量。4.某饋線負(fù)序電流變化量大于精確工作電流時(shí),分別可根據(jù)負(fù)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(hù)可靠性和精度,可分段判定,便于在FTU上實(shí)現(xiàn),滿足配電自動(dòng)化要求。
文檔編號(hào)H02H7/26GK1265533SQ0011445
公開日2000年9月6日 申請(qǐng)日期2000年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月30日
發(fā)明者曾祥君, 尹項(xiàng)根, 張哲 , 陳德樹 申請(qǐng)人:華中理工大學(xué)