一種適用于小電阻接地系統(tǒng)單相接地故障的保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種小電阻接地系統(tǒng)單相接地故障保護(hù)方法，適用于帶有零序過電流 保護(hù)的小電阻接地方式配電網(wǎng)，屬于配電網(wǎng)繼電保護(hù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 受自然環(huán)境、送電走廊等因素影響，中性點(diǎn)有效接地配網(wǎng)中常發(fā)生非線性高阻接 地故障，短路電流較小，傳統(tǒng)確定整定值的零序過電流保護(hù)無法可靠動(dòng)作W切除故障。由于 故障長(zhǎng)期存在，在故障點(diǎn)處易發(fā)生火災(zāi)事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人員傷亡。近年來，單相高阻接 地故障發(fā)生時(shí)，如何正確檢測(cè)到故障并動(dòng)作于跳閩或發(fā)出告警信號(hào)，已成為小電阻接地系 統(tǒng)高阻接地故障保護(hù)技術(shù)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)、重點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)場(chǎng)常用確定動(dòng)作電流整定值的零序過電流保護(hù)方法，其整定值需躲過區(qū)外線路 發(fā)生金屬性接地故障時(shí)流過區(qū)內(nèi)線路的對(duì)地電容電流。在區(qū)外發(fā)生單相金屬性接地故障 時(shí)，如果區(qū)內(nèi)線路較長(zhǎng)則保護(hù)安裝處流過的對(duì)地電容電流較大，因此該動(dòng)作電流整定值較 高（一般在20AW上），當(dāng)區(qū)內(nèi)發(fā)生高阻接地故障時(shí)保護(hù)很可能拒動(dòng)，即該保護(hù)的耐高阻能 力不足。一種利用零序功率方向的保護(hù)方法反應(yīng)于故障零序電壓電流對(duì)應(yīng)的零序功率方向 而動(dòng)作，但該方法對(duì)零序電壓、電流極性校驗(yàn)有嚴(yán)格的要求，且高阻接地故障時(shí)用于判斷功 率方向的零序電壓幅值較小，計(jì)算得到的零序功率方向會(huì)有較大偏差，存在保護(hù)死區(qū)。
[0004] 諧波算法利用快速傅里葉變換提取故障電流中的各次諧波含量，根據(jù)諧波電流大 小識(shí)別故障。但不同接地介質(zhì)時(shí)，零序電流的總諧波含量（totalharmonicdistcxrtion， T皿)、二次諧波W及=次諧波的含量變化很大，該方法很難給定一個(gè)合適的闊值。利用固體 介質(zhì)電擊穿原理建立精確的非線性電弧模型，并對(duì)故障點(diǎn)電壓電流波形對(duì)應(yīng)的伏安特性曲 線擬合提取故障特征，提出的基于伏安特性崎變的高阻接地故障檢測(cè)新型算法，比基于諧 波的方法有更高的靈敏性和可靠性。但對(duì)于非線性特征不明顯、波形崎變不明顯的高阻接 地情況，利用該算法尚不能有效識(shí)別并檢測(cè)到故障。 陽0化]本專利主要解決小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的保護(hù)問題，W兼顧金屬性 接地故障或小電阻接地故障時(shí)的保護(hù)靈敏度與高阻接地故障時(shí)的保護(hù)可靠性為前提，從原 理、策略上對(duì)傳統(tǒng)零序過電流保護(hù)做出相應(yīng)地改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于解決小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，特別是高阻接地時(shí)的故 障保護(hù)問題，基于對(duì)傳統(tǒng)零序過電流保護(hù)的分析，提出了一種利用饋線保護(hù)安裝處的零序 電壓作為制動(dòng)量、自適應(yīng)地對(duì)零序過電流保護(hù)的整定值進(jìn)行調(diào)整的保護(hù)方案。 陽007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：
[0008] a.給定饋線零序過電流保護(hù)的最小動(dòng)作整定值
[0009] b.檢測(cè)并計(jì)算保護(hù)安裝處工頻零序電流（實(shí)際為3倍工頻零序電流，下同）幅值 31。與工頻零序電壓幅值U。；
[0010]C.當(dāng)工頻零序電流31。大于最小動(dòng)作整定值Iwt.mm時(shí)，利用保護(hù)安裝處零序電壓 U。作為制動(dòng)量，執(zhí)行下述步驟用W自適應(yīng)調(diào)整零序過電流保護(hù)整定值IWt; W11]d.判斷零序電壓幅值U。是否滿足大于一個(gè)預(yù)設(shè)的拐點(diǎn)電壓Uf。,.,，即： 陽01引U〇>U"s'g
[001引 1)如果滿足，則零序過電流保護(hù)整定值Iwt調(diào)整為：
[0014] Iset=KW〇-U"s.g)+Iset.mm
[0015] 公式中K為制動(dòng)系數(shù)；
[0016] 。如果不滿足，零序過電流保護(hù)整定值Let保持最小動(dòng)作整定值Isetmi。不變。
[0017] e.判斷保護(hù)安裝處工頻零序電流幅值31。是否大于等于調(diào)整后零序過電流保護(hù)整 定值Iwt,即： 陽01引 3I〇>Iset
[0019] 1)如果滿足，則確認(rèn)區(qū)內(nèi)發(fā)生接地故障，在故障電流持續(xù)時(shí)間超過預(yù)設(shè)動(dòng)作時(shí)限 時(shí)輸出跳閩信號(hào)或告警信號(hào)；
[0020] 2)如果不滿足，則保護(hù)復(fù)歸，線路正常運(yùn)行。 陽OW上述方案中：
[0022] 制動(dòng)系數(shù)K、拐點(diǎn)電壓及最小動(dòng)作整定值I 的設(shè)定原則，應(yīng)保證金屬性接 地故障或故障點(diǎn)過渡電阻較小時(shí)有足夠的保護(hù)靈敏度系數(shù)、高阻接地故障時(shí)能可靠動(dòng)作， 同時(shí)在存在一定干擾電流或區(qū)外線路接地時(shí)不誤動(dòng)。具體分析如下：
[0023] 1.步驟a中最小動(dòng)作整定值Iwtmm的設(shè)定，綜合考慮系統(tǒng)不對(duì)稱運(yùn)行工況和滿足 系統(tǒng)的耐高阻能力的要求，一般條件下將設(shè)定為3-10A;
[0024] 2.步驟d中制動(dòng)系數(shù)K的設(shè)定原則：分別根據(jù)區(qū)內(nèi)故障、區(qū)外故障時(shí)極端情況下 保護(hù)安裝處工頻零序電流幅值與工頻零序電壓幅值間關(guān)系曲線的斜率KsH.mi。、KH.m。、及動(dòng)作 可靠系數(shù)吃。1 ( 一般取1. 3)而確定。
[0025] 對(duì)于區(qū)內(nèi)故障而言，零序電流與零序電壓（制動(dòng)電壓）關(guān)系曲線的斜率為：
[0026]
[0027] 其中，Csoh為區(qū)外線路對(duì)地分布電容之和，R。為中性點(diǎn)電阻。
[002引對(duì)于區(qū)外故障而言，零序電流與零序電壓（制動(dòng)電壓）的關(guān)系曲線的斜率為：K= 3?Cw其中，Cw為區(qū)內(nèi)線路的對(duì)地分布電容。
[0029] 實(shí)際應(yīng)用中，為了適用于不同保護(hù)，減少整定值的計(jì)算工作量，各保護(hù)的整定值可 W相同。
[0030] 為了使保護(hù)的動(dòng)作電流整定值始終小于區(qū)內(nèi)接地故障時(shí)流過保護(hù)安裝處的工頻 零序電流幅值，考慮滿足極端情況時(shí)（即系統(tǒng)只有一條線路且發(fā)生單相接地故障，無健全 線路）：
[0031]
[0032] 為了使保護(hù)的動(dòng)作電流整定值大于區(qū)外接地故障時(shí)流過保護(hù)安裝處的工頻零序 電流幅值，考慮滿足極端情況時(shí)（即Cdh=C。.max,C。.max為各出線對(duì)地分布電容的最大值）： 陽的引KH.max=3"C〇.max
[0034] 綜合W上分析，并考慮動(dòng)作可靠系數(shù)為Krel，得到K的取值范圍為：
[0035]
[0036] 即制動(dòng)系數(shù)K需滿足的條件為：
[0037]
[0038] 工程應(yīng)用中，可根據(jù)金屬性接地和小電阻接地故障時(shí)要求的保護(hù)靈敏度在該范圍 內(nèi)合理選擇制動(dòng)系數(shù)K的值。
[0039] 3.步驟d中拐點(diǎn)電壓Uf。,.,的設(shè)定原則：為保證區(qū)內(nèi)高阻接地時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作，需 引入動(dòng)作可靠系數(shù)吃。1。在最小動(dòng)作電流極端情況下力
^和吃。云者 數(shù)值確定的基礎(chǔ)上，得拐點(diǎn)電壓為： W40]Ures.g=K托山et.nunRn
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果為：基于諧波、伏安特性崎變的方法建立在故 障點(diǎn)存在非線性特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)用受到限制。與上述方法相比，本保護(hù)在線性電阻、非線 性電阻接地時(shí)均可適用，應(yīng)用范圍廣；與零序功率方向保護(hù)相比，本發(fā)明不需要對(duì)零序電 壓、電流的極性進(jìn)行校驗(yàn)，不存在高阻接地故障時(shí)由于零序電壓幅值的減小引入的計(jì)算偏 差；與傳統(tǒng)零序過電流保護(hù)相比，本發(fā)明利用反映故障點(diǎn)過渡電阻大小的零序電壓幅值作 為制動(dòng)量，自適應(yīng)調(diào)整電流動(dòng)作定值，保證了區(qū)內(nèi)發(fā)生高阻接地故障時(shí)保護(hù)能夠可靠動(dòng)作， 同時(shí)區(qū)外發(fā)生金屬性接地或小電阻接地故障時(shí)保護(hù)可靠不誤動(dòng)。在IOkV系統(tǒng)中，可將保護(hù) 的耐高阻接地能力提高到900Q左右。只需將本發(fā)明所提保護(hù)方案轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的算法嵌 入到饋線零序保護(hù)中，即可實(shí)現(xiàn)，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0042] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0043] 附圖1為一種采用零序電壓作為制動(dòng)量實(shí)現(xiàn)零序過電流保護(hù)的原理框圖；
[0044] 附圖2為電壓比率制動(dòng)曲線； W45] 附圖3為對(duì)數(shù)坐標(biāo)下確定的整定值曲線（位于上方的Iwt-U。整定曲線的斜率為：
;位于下方的的Iwt-U。整定曲線的斜率為：K= 1(,。13?(：。.。。^同時(shí)圖中標(biāo)注出根 據(jù)工程需要最終確定的Iwt-U。整定曲線）；
[0046] 附圖4為一種典型IOkV小電阻接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可用下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0048] I、由于本發(fā)明所提保護(hù)方案中整定值在正常運(yùn)行時(shí)設(shè)定為5A，若系統(tǒng)采用=相 電流互感器二次側(cè)輸出合成的方法來獲取零序電流時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)保護(hù)的整定值小于=相 負(fù)荷不平衡時(shí)所產(chǎn)生的不平衡電流，造成保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)中均采用零序電流互感器時(shí)，= 相負(fù)荷不平衡不會(huì)影響到保護(hù)的正常工作，即本發(fā)明更適用于利用零序電流互感器獲取零 序電流的情況。
[0049] 附圖1所示的一種采用零序電壓作為制動(dòng)量實(shí)現(xiàn)的零序過電流保護(hù)系統(tǒng)，由線路 保護(hù)安裝處的零序電壓濾過器、零序電流互感器、嵌入的保護(hù)方案模塊、電流繼電器（KA)、 信號(hào)繼電器化巧、時(shí)間繼電器化T)組成。該系統(tǒng)具體工作原理如下：
[0050] 1)正常運(yùn)行時(shí)：
[0051] 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行如單相重合閩動(dòng)作、S相不同期重合閩、空投變