一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护方法及系统

技术领域

本发明涉及电力继电保护技术领域，尤其涉及一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护方法及系统。

背景技术

目前，中压配电网中性点接地方式多采用不接地方式或中性点经消弧线圈接地方式，由于中性点经小电阻接地方式具有能够快速切断故障电流、降低过电压水平的能力，部分城市配电网已逐渐改为中性点经小电阻接地方式，并逐步将其10kV配电网改为中性点经小电阻接地方式。

配电网中发生单相接地故障占配电网故障的80％，而其中高阻接地故障由于其故障特征微弱，传统的零序电流保护难以识别和切除故障，但数值不大的故障电流在故障点常发生电弧和高温引发火灾造成人员伤亡；同时，不平衡程度高也是目前配电网的一大特点，线路参数不平衡会使配电网发生单相接地故障时的故障特征发生变化，进一步增加了高阻接地故障识别的难度。因此，高阻接地故障的检测一直是配电网继电保护研究的热点之一。

目前，针对小电阻接地系统的高阻接地故障保护的研究中，一般是利用线路发生单相接地故障时的暂态信息来设计保护，主要有小波分析法、暂态能量法，但发生高阻接地故障时暂态量衰减快速且特征微弱，导致难以实现准确提取故障暂态量；而利用稳态信息进行故障判别的方法仍为目前研究的主流方向。

公开号为CN108037402B的中国发明专利公开了一种小电阻接地系统单相高阻接地故障检测方法，其方法根据单相瞬时无功理论，利用母线零序电压以及馈线的零序电流计算瞬时有功功率和瞬时无功功率，再由此计算得该馈线的功率因数平方值，通过功率因数平方值的大小及其持续时间来判断线路是否发生了单相接地故障。但是，在上述现有技术中，在处理配电网的高阻接地故障中，难以对高阻接地故障进行正确识别且快速反应，甚至还会出线误动的情况，且传统的零序电流保护的耐受过渡电阻能力弱，容易导致对高阻接地故障失效。

发明内容

本发明提供了一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护方法及系统，解决了在处理配电网的高阻接地故障中，难以对高阻接地故障进行正确识别且快速反应，甚至还会出线误动的情况，且传统的零序电流保护的耐受过渡电阻能力弱，容易导致对高阻接地故障失效的技术问题。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护方法，包括以下步骤：

响应配电网的高阻接地故障保护请求，获取配电网各馈线出线的工频零序电压有效值和工频零序电流有效值；

将所述工频零序电流有效值与预设的最大不平衡电流阈值进行比较，若所述工频零序电流有效值大于所述预设的最大不平衡电流阈值，则执行下一步；

将所述工频零序电压有效值与预设的零序电压下限阈值进行比较，若所述工频零序电压有效值大于所述预设的零序电压下限阈值，则执行下一步；

计算每条馈线出线在发生高阻接地故障前后的三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值；

将每条馈线出线的所述最大有功功率工频变化量比值与预设的动作整定值进行比较；

若所述最大有功功率工频变化量比值大于所述预设的动作整定值，则发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断。

优选地，本方法还包括：

通过下式对预设的最大不平衡电流阈值进行赋值为：

式中，3I

优选地，本方法还包括：

通过下式计算小电阻接地的配电网在非故障运行下的中性点电压为：

式中，

通过所述中性点电压计算预设的零序电压下限阈值3U

优选地，本方法还包括：

通过下式对预设的动作整定值进行赋值为：

S

式中，S

优选地，计算每条馈线出线在发生高阻接地故障前后的三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值的步骤具体包括：

获取每条馈线出线在发生高阻接地故障前后分别对应的一个周波的三相电压和三相电流；

对每条馈线出线在发生高阻接地故障前后分别对应的一个周波的三相电压和三相电流进行傅里叶变换处理，得到每条馈线出线的三相电压工频变化量和三相电流工频变化量；

根据每条馈线出线的三相电压工频变化量和三相电流工频变化量计算每条馈线出线的三相有功功率工频变化量；

通过计算三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值为：

式中，S

优选地，若所述最大有功功率工频变化量比值大于所述预设的动作整定值，则发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断的步骤具体包括：

若所述最大有功功率工频变化量比值大于所述预设的动作整定值，则延时预设的计时设定值后，发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断。

第二方面，本发明还提供了一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护系统，包括：

工频数据获取模块，用于响应配电网的高阻接地故障保护请求，获取配电网各馈线出线的工频零序电压有效值和工频零序电流有效值；

电流比较模块，用于将所述工频零序电流有效值与预设的最大不平衡电流阈值进行比较，若所述工频零序电流有效值大于所述预设的最大不平衡电流阈值，则生成并发送电压比较指令至电压比较模块；

所述电压比较模块，用于将所述工频零序电压有效值与预设的零序电压下限阈值进行比较，若所述工频零序电压有效值大于所述预设的零序电压下限阈值，则生成并发送比值计算指令至比值计算模块；

所述比值计算模块，用于计算每条馈线出线在发生高阻接地故障前后的三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值；

比值比较模块，用于将每条馈线出线的所述最大有功功率工频变化量比值与预设的动作整定值进行比较；

跳闸模块，用于若所述最大有功功率工频变化量比值大于所述预设的动作整定值，则发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断。

第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；

以及处理器，用于与所述存储器通信以执行所述可执行指令从而完成上述方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，用于存储计算机可读取的指令，所述指令被执行时执行上述方法的步骤。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过获取配电网各馈线出线的工频零序电压有效值和工频零序电流有效值，将工频零序电流有效值与预设的最大不平衡电流阈值进行比较，还将工频零序电压有效值与预设的零序电压下限阈值进行比较，同时，通过计算每条馈线出线在发生高阻接地故障前后的三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值，利用最大有功功率工频变化量比值与预设的动作整定值进行比较，若最大有功功率工频变化量比值大于预设的动作整定值，则发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断，从而基于三相有功功率工频变化量比值的差异这一新的保护特征量来判断高阻接地故障的故障线路，从而对高阻接地故障进行正确识别且快速反应，且避免了在较高的过渡电阻下对高阻接地故障的识别失效的问题发生。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的10kV小电阻接地系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护方法，包括以下步骤：

S1、响应配电网的高阻接地故障保护请求，获取配电网各馈线出线的工频零序电压有效值和工频零序电流有效值。

在实际应用中，可以在各馈线出线(靠近母线处)设置监测终端，以实时获取配电网各馈线出线的工频零序电压有效值和工频零序电流有效值。

S2、将工频零序电流有效值与预设的最大不平衡电流阈值进行比较，若工频零序电流有效值大于预设的最大不平衡电流阈值，则执行下一步。

需要说明的是，若工频零序电流有效值不大于预设的最大不平衡电流阈值，则返回至步骤S1。

同时，通过下式对预设的最大不平衡电流阈值进行赋值为：

式中，3I

其中，系统不对称度可以取1％。

S3、将工频零序电压有效值与预设的零序电压下限阈值进行比较，若工频零序电压有效值大于预设的零序电压下限阈值，则执行下一步。

其中，零序电压下限阈值需要考虑躲过系统正常运行时的不对称电压，故由KVL可得，通过下式计算小电阻接地的配电网在非故障运行下的中性点电压为：

式中，

通过中性点电压计算预设的零序电压下限阈值3U

在一般示例中，一般10kV配电网的单条线路对地电容电流不超过50A，系统对地电容电流最大为200A，取系统对地电容电流为200A，则ωC

需要说明的是，若工频零序电压有效值不大于预设的零序电压下限阈值，则返回至步骤S1。

S4、计算每条馈线出线在发生高阻接地故障前后的三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值。

S5、将每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值与预设的动作整定值进行比较。

其中，通过下式对预设的动作整定值进行赋值为：

S

式中，S

需要说明的是，为保证能正确区分故障线路与非故障线路，K

S6、若最大有功功率工频变化量比值大于预设的动作整定值，则发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断。

需要说明的是，若最大有功功率工频变化量比值不大于预设的动作整定值，则返回至步骤S1。

需要说明的是，本发明通过获取配电网各馈线出线的工频零序电压有效值和工频零序电流有效值，将工频零序电流有效值与预设的最大不平衡电流阈值进行比较，还将工频零序电压有效值与预设的零序电压下限阈值进行比较，同时，通过计算每条馈线出线在发生高阻接地故障前后的三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值，利用最大有功功率工频变化量比值与预设的动作整定值进行比较，若最大有功功率工频变化量比值大于预设的动作整定值，则发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断，从而基于三相有功功率工频变化量比值的差异这一新的保护特征量来判断高阻接地故障的故障线路，从而对高阻接地故障进行正确识别且快速反应，且避免了在较高的过渡电阻下对高阻接地故障的识别失效的问题发生。

在一个具体实施例中，步骤S4具体包括：

S401、获取每条馈线出线在发生高阻接地故障前后分别对应的一个周波的三相电压和三相电流。

其中，可以获取并记录每条馈线出线在发生高阻接地故障前一个周波的三相电压和三相电流，以及记录每条馈线出线在发生高阻接地故障后的0.02s延时后的一个周波的三相电压和三相电流。

S402、对每条馈线出线在发生高阻接地故障前后分别对应的一个周波的三相电压和三相电流进行傅里叶变换处理，得到每条馈线出线的三相电压工频变化量和三相电流工频变化量。

需要说明的是，将三相电压和三相电流进行傅里叶变换处理后，从而将三相电压和三相电流转换至频域中，并进行作差处理，可以得到条馈线出线的三相电压工频变化量和三相电流工频变化量。

S403、根据每条馈线出线的三相电压工频变化量和三相电流工频变化量计算每条馈线出线的三相有功功率工频变化量。

其中，三相有功功率工频变化量的计算方式可以为：

式中，ΔP

S404、通过计算三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值为：

式中，S

在一个具体实施例中，步骤S6具体包括：

若最大有功功率工频变化量比值大于预设的动作整定值，则延时预设的计时设定值后，发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断。

其中，预设的计时设定值的取值需要考虑保护之间的配合问题，本实施例中，可与现有的零序过流Ⅰ段相配合，其延时值可与现有的零序过流Ⅱ段相同，无需重新设定。

以下为结合本实施例提供的一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护方法的实施例的部分算例。

如图2所示，图2示意了本算例中仿真所采用的10kV小电阻接地系统，R

表1馈线参数

其中，故障点F1、F2分别设置在馈线1的末端以及馈线2的首端，以所有馈线作为观察样本；考虑裕度，相有功功率工频变化量比值整定值设置为5，仿真结果如下表2、3所示，Di(i＝1,2…)为馈线i首端的智能检测装置计算的三相有功功率工频变化量之比结果。

表2F1点A相接地故障检测结果

表3F2点A相接地故障检测结果

由表2和表3可表明，在单相高阻接地故障的情况下，本方法所提出的高阻接地故障保护方案能够实现正确动作。

为了进一步证明本方法能够在较高的过渡电阻下，仍能够对高阻接地故障进行正确识别，进而在仿真模型的线路中另外加入不平衡对地电容，以此模拟实际情况中线路参数不平衡的配电网系统。以馈线1、2、4作为观察样本，仿真结果如下表4所示：

表4F1点A相接地故障检测结果

其中，电弧模型采用控制论电弧模型，其电弧方程为：

式中，g为电弧电导；Q为时间常数；G电弧稳定电导；α为比例系数；i

本发明中，控制论的电弧模型参数设置为：α＝2.85×10

表5电弧接地故障仿真结果及动作情况

由表4和表5可表明，在单相高阻接地故障、线路参数不平衡、电弧接地故障的情况下，本方法所提出的高阻接地故障保护方案能够实现正确动作。同时，当过渡电阻达到了2000Ω时，故障线路的故障相与非故障相之间的有功工频变化量比值S大于整定值S

以上为本发明提供的一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护方法的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护系统的实施例的详细描述。

为了便于理解，请参阅图3，本发明还提供了一种小电阻接地配电网的高阻接地故障保护系统，包括：

工频数据获取模块100，用于响应配电网的高阻接地故障保护请求，获取配电网各馈线出线的工频零序电压有效值和工频零序电流有效值；

电流比较模块200，用于将工频零序电流有效值与预设的最大不平衡电流阈值进行比较，若工频零序电流有效值大于预设的最大不平衡电流阈值，则生成并发送电压比较指令至电压比较模块300；

电压比较模块300，用于将工频零序电压有效值与预设的零序电压下限阈值进行比较，若工频零序电压有效值大于预设的零序电压下限阈值，则生成并发送比值计算指令至比值计算模块400；

比值计算模块400，用于计算每条馈线出线在发生高阻接地故障前后的三相有功功率工频变化量比值，并确定每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值；

比值比较模块500，用于将每条馈线出线的最大有功功率工频变化量比值与预设的动作整定值进行比较；

跳闸模块600，用于若最大有功功率工频变化量比值大于预设的动作整定值，则发出动作跳闸指令，以对相应的馈线进行切断。

本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；以及处理器，用于与存储器通信以执行可执行指令从而完成上述方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机存储介质，用于存储计算机可读取的指令，指令被执行时执行上述方法的步骤。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，电子设备和计算机存储介质的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，电子设备，计算机存储介质和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。