小电流接地电力系统相间短路与单相接地综合保护方法

摘要

本发明公开了一种小电流接地电力系统的相间短路与单相接地综合保护方法，首先，保护装置采集三相电流和零序电压，并实时计算各相电流及零序电压的突变量；然后检测相电流突变量是否越限，若相电流突变量超过定值，则判定为相间短路故障，并进入阶段式电流保护程序；否则，检测零序电压突变量是否越限，若零序电压突变量超过定值，则判定为单相接地故障，并进入单相接地选线程序；本发明兼具相间短路保护和小电流接地选线两项功能，既能在发生相间短路故障时迅速可靠地动作于跳闸，又能在小电流接地系统发生单相接地时准确选线并发出告警信号；使用本发明所述的保护方法时，只需在各出线首端配置一台相间短路与单相接地综合保护装置即可，不需再单独装设小电流接地选线装置，有效地简化了保护配置。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及电力系统继电保护领域，具体涉及一种小 电流接地电力系统相间短路与单相接地综合保护方法。

背景技术

在中低压配电网中，通常各条出线均配有阶段式电流保护装置，当发生相 间短路故障时，保护安装处将流过明显的的短路电流，装置通过判断测量电流 与整定值的大小确定故障是在区内还是区外，并对区内故障进行快速切除。

为提高电力系统运行可靠性，我国中低压配电网通常采用小电流接地运行 方式。当某一条线路发生单相接地故障时，并不会出现明显的故障电流，此时 系统可带故障继续运行，但必须尽快选出故障线路并采取应对措施。目前，较 多变电站中专门配有一台或多台(不同原理)集中式选线装置，发生单相接地 故障时，通过对比多条线路的电气量特征选出故障线路。但每个变电站都必须 单独装设选线装置，不仅增加建设成本，也使得运行维护更加复杂。

近年来，随着具有自举性的选线算法的出现，已经可以实现分散式选线， 仅利用本线路的信息即可判断本线路是否为故障线路。此类算法的提出，为实 现接地选线和相间短路保护一体化提供了可能。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于小电流接 地电力系统的综合保护方法，将阶段式电流保护与具有自举性的选线方法相配 合，构成一种用于小电流接地电力系统的相间短路与单相接地综合保护方法。 使用本发明所述的保护方法时，只需在各出线首端配置一台相间短路与单相接 地综合保护装置即可，不需再单独装设小电流接地选线装置，有效地简化了保 护配置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种小电流接地电力系统相间短路与单相接地综合保护方法，包括如下步 骤：

步骤一：实时采集小电流接地电力系统保护安装处零序电压和三相电流 零序电压使用采样频率为1.2kHz的低频采样，三相电流使用采样 频率为25.6kHz的高频采样；

步骤二：计算相电流突变量，并使用三相电流突变量启动算法判断是否发 生相间短路故障，若相电流突变量越限，则判定为相间短路故障并进入步骤三， 否则进入步骤四；

步骤三：将采样频率为25.6kHz的三相电流数据抽样成1.2kHz的低频采样 数据，使用傅氏算法提取三相电流幅值，并通过阶段式电流保护程序判断该故 障是区内故障还是区外故障，若为区内故障则动作于跳闸，否则装置复归；

步骤四：计算零序电压突变量，并判断零序电压突变量是否越限，若零序 电压突变量在5ms时间窗内持续越限，则判定为单相接地故障并进入步骤五， 否则装置复归；

步骤五：启动具有自举性的单相接地选线算法，使用采样频率为25.6kHz 的三相电流高频采样数据，判断本线路是否为故障线路，若为故障线路则发告 警信号，否则装置复归。

优选地，步骤二所述三相电流突变量启动算法如下：

式中：表示相别，n为当前采样点，N为每个工频周期的采样点数；为相电流的当前采样值，为相电流突变量，可由式(2)求得；为浮动 门槛，由式(3)可得；I_n表示负荷电流幅值；k₁、k₂为可靠系数；

对于各相电流信号，当连续3个电流突变量采样值超过预设门槛值 即式(1)成立时，则判断发生相间短路，保护启动。

优选地，所述可靠系数k₁＝1.25，可靠系数k₂＝0.06。

优选地，步骤四所述零序电压突变量启动算法如下：

Δu₀[n]＝u₀[n]-u₀[n-N]      (4)

式中：n为当前采样点，N为每个工频周期的采样点数；u₀[n]为零序电压 的实时采样值，Δu₀[n]为零序电压的实时突变量，可由式(4)求得；ΔU₀[n]为零序 电压突变量幅值，为相电压幅值，m为启动系数；

当公式(5)成立时，则判定系统零序电压越限，并启动单相接地识别算法；

优选地，所述启动系数m＝0.2；

优选地，步骤五中，具有自举性的单相接地选线算法可采用现有的自适应 捕捉特征频带的暂态相电流选线算法实施选线，该算法具有自举性且具有较高 的选线正确率。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

本发明提出了一种相间短路与单相接地的综合保护方案，在小电流接地电 力系统中，使用本保护方案可不必单独配置小电流接地选线装置，有效地简化 了变电站保护配置。本发明通过对三相电流高频采样，满足了选线算法对采样 频率的要求，此外，在相间短路时先将该信号抽样成低频信号，再使用傅氏算 法提取电流幅值，有效地减少了计算量，保证相间短路时可以快速动作。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2为适用于本发明的小电流接地系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种小电流接地电力系统相间短路与单相接地综合保 护方法，包括如下步骤：

步骤一：实时采集小电流接地电力系统保护安装处零序电压和三相电流 零序电压使用采样频率为1.2kHz的低频采样，三相电流使用采样 频率为25.6kHz的高频采样；

步骤二：计算相电流突变量，并使用三相电流突变量启动算法判断是否发 生相间短路故障，若相电流突变量越限，则判定为相间短路故障并进入步骤三， 否则进入步骤四；

步骤三：将采样频率为25.6kHz的三相电流数据抽样成1.2kHz的低频采样 数据，使用傅氏算法提取三相电流幅值，并通过阶段式电流保护程序判断该故 障是区内故障还是区外故障，若为区内故障则动作于跳闸，否则装置复归；

步骤四：计算零序电压突变量，并判断零序电压突变量是否越限，若零序 电压突变量在5ms时间窗内持续越限，则判定为单相接地故障并进入步骤五， 否则装置复归；

步骤五：启动具有自举性的单相接地选线算法，使用采样频率为25.6kHz 的三相电流高频采样数据，判断本线路是否为故障线路，若为故障线路则发告 警信号，否则装置复归。

实施例

如图2所示为一种适用于本发明的小电流接地系统示意图，该系统为10kV 小电流接地配电系统，110/11变压器二次侧采用三角形接线。

在传统保护配置方式中，保护1、2、3、4均应配置反应相间短路故障的阶 段式电流保护，此外还应在10kV母线I处配置一台小电流接地选线装置用于在 单相接地故障时判断接地点位于哪一条线路。

若采用本发明所述相间短路与单相接地综合保护方法，则只需在保护1、2、 3、4处配置相间短路与单相接地综合保护装置即可，不必在母线I处另外配置 小电流接地选线装置。

下面结合图2介绍发生不同故障时本发明所述保护方法的动作情况：

当线路1发生单相接地故障f₁时，保护1安装处相电流突变量未越限，零 序电压突变量越限，保护1经步骤二进入步骤四，并启动小电流接地选线程序， 通过选线算法可确定本线路为故障线路，同时发出告警信号。其它保护装置安 装处虽然也能检测到零序电压突变量越限，但因不是故障线路，经选线算法判 断后，各处保护可靠返回。

当线路2发生区内相间短路故障f₂时，保护2安装处相电流突变量越限， 保护2经步骤二进入步骤三，通过抽样高频采样数据得到低频采样数据，使用 傅氏算法提取三相电流幅值并与整定值进行比较，由于是区内故障，保护2将 发出跳闸指令，跳开保护2处断路器切除故障。其它保护装置安装处由于不通 过短路电流，可以可靠不动作。

当线路4处发生区外相间短路故障f₃时，保护4安装处相电流突变量越限，保 护4经步骤二进入步骤三，通过抽样高频采样数据得到低频采样数据，使用傅 氏算法提取三相电流幅值并与整定值进行比较，由于是区内故障，保护4将发 出跳闸指令，跳开保护4处断路器切除故障。对于保护2，虽然可以检测到相电 流突变量越限，但阶段式电流保护程序可通过保护定值和相应的延时判断该故 障为区外故障，在保护4切除故障后保护2返回。其它保护装置安装处由于不 通过短路电流，可以可靠不动作。