CN105914718B - 一种基于相电流突变量的接地故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相电流突变量的接地故障保护方法，其步骤为：S1：在线监测配电网的零序电压，当零序电压超过电压限定值时，采集各线路的暂态相电流信号；S2：提取各线路暂态相电流突变量；S3：对各线路相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关系数[ρ_ABρ_BCρ_CA]，通过比较得到相间最小相关系数ρ_min；S4：根据相间相关系数的大小来判断故障线路。本发明具有原理简单、易于实现、能够有效地提高保护精度和可靠性等优点。

Description

一种基于相电流突变量的接地故障保护方法

技术领域

本发明主要涉及到配电网接地技术领域，特指一种基于相电流突变量的接地故障保护方法。

背景技术

我国配电网广泛采用中性点非有效接地方式，这种运行方式能有效提高电力供应可靠性，但其单相接地故障时，故障电流特征微弱，电弧不稳定等因素，选线问题一直是困扰电力工作者的难题。目前，故障选线研究已经初步取得一些成果，但在实际应用中选线准确率仍然较低，有待进一步提高。

现有的配电网接地故障保护方法主要有注入信号法、稳态方法和暂态方法三种。注入信号法的主要难点是：①需要增加信号注入设备，投资大；②不能检测瞬时性和间歇性故障，接收灵敏度低；③故障电阻较大时，故障线路与非故障线路的信号差异不明显。稳态方法，主要包括零序电流比幅比相法、负序电流法、谐波法等。稳态方法的主要难点是：故障电流微弱，容易受电弧不稳定性、受过渡电阻、中性点接地方式的影响较大等因素的影响，尤其在经高阻接地、消弧线圈过补偿时，很容易产生误判。暂态保护以小波算法为代表，故障特征明显，且不受消弧线圈及电弧不稳定的影响，具有检测灵敏度高等优点。小波算法的主要难点是：①容易受小波基函数及分解尺度等因素的影响；②对采样数据进行大量逐层提取与分离，乘法运算量十分巨大。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、易于实现、能够有效地提高保护精度和可靠性的基于相电流突变量的接地故障保护方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于相电流突变量的接地故障保护方法，其步骤为：

S1：在线监测配电网的零序电压，当零序电压超过电压限定值时，采集各线路的暂态相电流信号；

S2：提取各线路暂态相电流突变量；

S3：对各线路相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关系数[ρ_AB ρ_BCρ_CA]，通过比较得到相间最小相关系数ρ_min；

S4：根据相间相关系数的大小来判断故障线路；当所有线路的最小相间相关系数都满足ρ_{i min}>ρ_set时，判定为母线故障，跳闸隔离故障母线，其中i＝1、2、...、n；否则，判定为线路故障，其中相关系数最小所对应的线路即为故障线路，跳闸隔离故障线路。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S3中，相间相关系数ρ的计算公式为：

式中设x(n)、y(n)为2个离散信号序列，对应暂态相电流突变量采样值，N表示离散采样信号序列的长度。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S1中，电压限定值为15％的相电压。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S4中，ρ_set取0.5。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的基于相电流突变量的接地故障保护方法，只需测量被保护对象各相电流的突变量，易于实现；利用相电流突变量的相间相关系数的大小作为保护判据，打破了将故障特征量与整定值进行比较作为保护判据的传统；无需对信号进行滤波处理，利用了弧光故障暂态分量，有效提高了保护的抗弧光故障能力。本发明不受系统运行方式变化的影响，在高阻故障时仍然有较高的保护精度和可靠性；通过波形的相关性分析来进行选线，计算简单，有效解决了配电网接地故障保护判断整定困难和可靠性不高的难题。

2、本发明的基于相电流突变量的接地故障保护方法，通过对单相接地故障时相电流暂态信号特征的分析，利用各线路暂态相电流突变量的突变量的差异，对其进行相间两两相关性分析；无需对信号进行处理及设置故障特征量的整定值，计算简单，易于实现，有效地提高了保护的精度和可靠性，具有深远的意义和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是本发明在具体应用实例中的原理示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的基于相电流突变量的接地故障保护方法，其步骤为：

S1：在线监测配电网的零序电压，当零序电压越限时(即超过电压限定值)，采集各线路的暂态相电流信号；

S2：提取各线路暂态相电流突变量；

S3：对各线路相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关数[ρ_AB ρ_BCρ_CA]，通过比较得到相间最小相关系数ρ_min；

S4：根据相关系数的大小来判断故障线路。当所有线路的最小相关系数都满足ρ_{i min}>ρ_set(i＝1、2、...、n)时，判定为母线故障，跳闸隔离故障母线；否则，判定为线路故障，其中相关系数最小所对应的线路即为故障线路，跳闸隔离故障线路。

在具体应用实例中，采集的暂态相电流信号进行预处理，提取出各相电流突变量(参见图2)，假设故障发生前，三相对称，各电气量不带上标，中性点位移电压U₀为零，没有i_f，故障发生后各电气量加上“′”从图中可知流过线路始端的三相电流主要由负荷电流、及各相的对地电容电流组成。

故障前，流过首端三相电流计算如下：

式中k为线路1、2、…、n，p表示A、B、C三相，C_K为各线路每相的对地等效电容i_kp、i_kpc、i_kLp分别为各相的首端电流、对地电容电流及负荷电流。

当发生单相接地故障后，故障线路1的故障相电流为：

而对于非故障线路各相及故障线路1的非故障相电流为：

故障线路故障相的电流突变量为：

非故障线路各相及故障线路的非故障相的电流突变量为：

之后，对各线路各相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关系数数组[ρ_AB ρ_BC ρ_CA]，暂态相电流突变量波形相似度可以通过相关系数来来描述，相关系数ρ的计算公式如下：

式中设x(n)、y(n)为2个离散信号序列，对应暂态相电流突变量采样值，N表示离散采样信号序列的长度。

最后，通过比较线路相间相关系数数组[ρ_AB ρ_BC ρ_CA]的大小得到各线路的相间最小相关系数ρ_{i min}。

在具体应用实例中，为使本发明所提出的保护方法适合在配电自动化终端单元上就地实现，选择就地测量量为故障特征量：各线路暂态相电流突变量。

作为优选实施例，本实例的步骤S1中，电压限定值取为15％的相电压。

作为优选实施例，本实例的步骤S4中，由于故障线路故障相与健全相电流突变量波形差异很大，相间最小相关系数很小甚至为负；非故障线路各相电流突变量波形相近，几乎一致，相间最小相关系数较大(0.8～1.0)，因此ρ_set通常取0.5。

如图2所示，为本发明在具体应用实例中的接地故障实验示意图，母线上带有L₁、L₂、L₃、L₄四条馈线，L₁为20km的架空线路，L₂为10km的电缆线路，L₃为混合线路，由10km的架空线路和5km的电缆线路组成，L₄为30km的架空线路，各馈线参数如表1所示，在各馈线出口安装保护装置。

表1

分别以线路L₁、L₂及母线在不同故障条件下(包括故障距离、接地电阻、故障初相等)发生单相接地故障时进行实验测试，安装在线路端口的保护装置获取各线路三相暂态电流信号；从信号提取出相应的相电流突变量作为故障特征量，计算出各线路的相电流突变量的相间相关系数数组，并比较得到该线路的最小相关系数ρ_{i min}；最后根据相关系数的大小判定出故障线路。

表2

测试结果如上表2所示，从中可以看出，无论是经高阻接地还是故障初相角较小时，故障线路的相间最小相关系数均为最小值，而且受电阻变化及角度的影响不大，远小于非故障线路，很容易判断出故障线路；当母线故障时，各线路相关系数相差不大，均大于设定值ρ_set(取值为0.5)，因此，可判定为母线故障。实验结果表明本发明方法具有较高的准确性、有效性和可靠性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于相电流突变量的接地故障保护方法，其特征在于，步骤为：

S1：在线监测配电网的零序电压，当零序电压超过电压限定值时，采集各线路的暂态相电流信号；

S2：提取各线路暂态相电流突变量；

S3：对各线路相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关系数[ρ_AB ρ_BCρ_CA]，通过比较得到相间最小相关系数ρ_min；

S4：根据相间相关系数的大小来判断故障线路；当所有线路的最小相间相关系数都满足ρ_imin>ρ_set时，判定为母线故障，跳闸隔离故障母线，其中i＝1、2、…、n；否则，判定为线路故障，其中相关系数最小所对应的线路即为故障线路，跳闸隔离故障线路。

2.根据权利要求1所述的基于相电流突变量的接地故障保护方法，其特征在于，所述步骤S3中，相间相关系数ρ的计算公式为：

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式中设x(n)、y(n)为2个离散信号序列，对应暂态相电流突变量采样值，N表示离散采样信号序列的长度。

3.根据权利要求1或2所述的基于相电流突变量的接地故障保护方法，其特征在于，所述步骤S1中，电压限定值为15％的相电压。

4.根据权利要求1或2所述的基于相电流突变量的接地故障保护方法，其特征在于，所述步骤S4中，ρ_set取0.5。