专利名称：用单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护领域，特别涉及到小电流接地系统发生单相接地故障时的选线方法。
背景技术：
我国66kV及以下配网系统中性点均采用非直接接地方式，其中消弧线圈接地已经上升到主导方式，通常称为小电流接地系统。因接地故障电流�。收咸卣鞑幻飨裕胫涮椎南呗方拥乇；�(以下简称选线)动作正确率低，对配网自动化的影响已经上升到首位。目前市场通用模式是采用多重判据完成接地选线，如比幅比相法、5次谐波法、有功功率法、首半波法、残流增量法、信号注入法、小波法、特征指纹法、连续判定法、粗糙理论法等等。尽管如此，动作正确率还是排在所有的继电保护装置之后。世纪初，统计到80、0%的接地选线装置退出运行。2003年杨以涵教授公开了《小电流接地电网单相接地故障选线方法与装置》(申请号200310119119. 2)，提出了用多种判据的选线方法，将动作率正确率提高了一大步，各制造企业也随之效仿。运行统计出，过渡电阻接地占接地类型的绝大多数，事实表明，各种判据的选线准确率随着过渡电阻的增加而降低，运行情况均不理想。2004年国家电网公司 ((IOkV 66kV消弧线圈装置技术标准》出台，第“2. 4. 5. 2”条的规定，最大残流不超过5A， 是指金属性接地故障，过渡电阻介入后，残流更�。馐沟梦忍芯菰嚼丛嚼�。2004年颁布了电力行业标准《小接地电流系统单相接地保护装置》(01^八872—2004)，第“4.5. 1”规定，接地选线的最小工作电压为20V，相当于过渡电阻上的压降占91. 65%，以此推算出残流最大只有1A，最小可能接近零，暂态分量也极其微弱，在这种情况下，误选、漏选率会急速上升。利用暂态分量实现选线(首半波法、小波法等)的理论基础是认定接地瞬间架空线路参数大都满足尽<2再(波阻取250 500Ω )，接地故障瞬间产生的高幅值、高频率的
衰减振荡电流P 比稳态值大十几倍乃至几十倍，这种暂态特征可以保证首半波法、小波法的正确选线。这里采用了单回架空线路分布参数的波阻数据，而所研究的配电线路，情况则大不相同。一段母线上通常有十数条主线路并联在一起，每条主线路上还有数条分支线 (包括电缆线路)；变电站母线上、送出线路上还有数十乃至上百台配电变压器的入口电容， 这些均是集中参数的特征，用分布参数推算出来的线路波阻值(250 500Ω )判定接地瞬间大都会产生暂态衰减振荡远远偏离实际。例如，对某35kV架空线路系统进行金属性接地
测试w ,电容电流& = 25.6^ ,振荡频率Jij = 500& ,等值电阻馬=2唇=20Ω ,与教科书
上理论数值相差一个数量级之多。而今负荷集中的IOkV线路，多为电缆线路或架空/电缆混合线路，推算A只有数欧姆，衰减振荡的暂态分量根本不存在。有研究机构总结出，小波法距离实用还遥远。即使出现概率最低的金属性短路，衰减振荡电流的频率、幅值也远达不到分布参数推算出来的水平。学术界早已经认定，小电流接地系统接地选线是电力企业一项重要的实用技术， 至今没有得到很好的解决，当前没有任何一种单一选线方案能够适应小电流接地系统的各种情况，做到100%正确选线。寻求判据简单、高正确动作率的接地选线判据，是当前电力行业期待解决的课题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的问题，经过多次试验，本发明使用接地故障瞬间传送电量符号的单一判据，满足(DL/T872—2004)选线技术标准，实现100%准确选线，突破当前必须使用多重判据的综合选线方法。本发明是通过以下技术方案实现的
一种用单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法，其包括以下步骤
51、采集所述小电流接地系统的各线路的零序电流波形；
52、判断Sl中所选取的电流启动信号是否大于预先设定的阈值厶，如为是，进入S3；如为否，重回Sl进行数据采集；
53、电流比幅排序依电流从大到小的顺序，选取前三回线路的电流值作为比较样本，
其余样本放弃，该比较样本为沾)、h(fi、m ；
54、计算样本电量按β= 聯,2ms ^ 4ms,分别计算出三个比较样本在0- t0
时段传输的电量ft、S2 > 03 ；
55、判断是否存在唯一符号反向的线路如β的符号与β2、Qi相反，进入S6； a、β2、 β3的符号相同，转入S7;
56、判定C1所对应的线路为故障线路；
57、判定为母线故障；
58、测量零序电压，零序电流超过阈值/。和零序电压超过阈值洱同时出现，判定不是
干扰，转入S9 ；只出现零序电流超过阈值/D，或只出现零序电压超过阈值％ ,判定是干扰， 重回Sl ；
59、选出故障线路，发出报警信号。作为本发明优选的技术方案，Sl中所述零序电流波形分别取自各线路的零序电流互感器；S8中零序电压取自PT开口三角或中性点PT。作为本发明优选的技术方案，任一线路零序电流超过阈值Α时，判定为小电流接
地系统出现单相接地故障；零序电压超过阈值^为辅助判据，重复证实接地故障的存在。作为本发明优选的技术方案，S2中，采集方法为记录各线路接地瞬间一段完整的原始电流波形；S3中，沾)、i2(t)、m是指同步采集的每回线路的电流中，按同一时刻幅值从大到小排序后，选取的前三个电流值。作为本发明优选的技术方案，所述G为;3mS。与现有技术相比，本发明具备如下优点
1、接地瞬间容性电流交换是电流的主体特征，本发明以传输电量的符号为判据，既适用于非振荡衰减，也适用于振荡衰减；2、提高判据对过渡电阻接地的适应能力。只要线路接地瞬间的一次电流足以克服零序CT励磁电流引起的误差，该判据能准确选线，使零序CT的适应性更加宽松。3、利用原始波形，不滤波、不分解，实现简单。
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明； 图1是消弧线圈接地系统单相接地等值电路示意图2是本发明流程图。
具体实施例方式如图1所示，Zf为故障点的等值零序电压，存为故障线路的零序电流，存、存、 ^^ f为非故障线路的零序电流，存为中性点的电流；Q Cy C3L L Ck为各线路等值电容；%为接地故障点的过渡电阻，L为中性点经消弧线圈接地的等值电感，HL·,·· i；为多条送出线路。接地瞬间，补偿电流不能立即建立起来，存=O，相当于消弧线圈开路，与中性点不接地系统的效果一样。不管 值的大小以及接地时刻的相位角是多少，非故障线路的容性电流只能由故障线路通过母线提供。依据基氏电流定律，序·=-(存+跨+L L +懲成立。
存一定是故障线路，且为最大，电流方向由线路指向母线，与非故障线路的电流方向相反。
数毫秒之后，消弧线圈中的电流逐渐升起，参与母线节点的功率交换，故障线路电流方向也随之变化，且有不确定性，与接地瞬间完全不同。本判据所使用的数据均在0-3mS之间，该时段故障线路与非故障线路的电流方向不受消弧线圈过渡过程的影响。4发生接地故障，系统出现零序电流，且^biO 为电流阈值)，满足启动条件，
采集所有线路的零序电流，比较同一时刻其它线路的零序电流的瞬时值，按从大到小的排
序，取前3回线路的电流4、S ^3为基准样本。故障线路一定是最大者、方向与h、6相反。
过渡电阻的存在，不仅衰减极快，而且限制了非故障线路容性电流的幅值，电流极其微弱。 因此规定从排序4开始，其它线路的电流不再参与计算程序，均判定为非故障线路。
tool ] 零序电压瞬时值μ^ /ο作为辅助判据，重复证实接地故障的存在。 系统存在着干扰信息，有时很高。例如母线始终存在三相不平衡电容电流、开关操作短时出现的尖峰脉冲均具有零序性质。电压回路断线、虚幻接地是电压回路的主要干扰， 电流电压的重复判定防止装置误判。
所选取的3回电流包括了故障线路1力)和非故障线路^ 、b ,不管有无衰减
振荡，不管接地瞬间的相位角是否为零,W)与h &、W)在0-3mS时段方向一定相反。如
果巧 在工频正半周出现，同一时刻的、&(<) 一定在工频负半周，反之一样。因此，在
0-3mS时段，所传输电量的符号也一定相反，即Q1是一种符号(正或负)，是故障线路；Q2与
03 一定是另一种符号(负或正)，是非故障线路；不参与计算的线路，也是非故障线路。即使存在衰减过零的振荡电流，也不会影响电量的符号。与上述判定原则对应，Q1、Q2、Qi的符号相同时，判定母线故障。综上，总结出用单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法，其流程如图2所示，具体步骤如下
51、数据采集采集所述小电流接地系统的各线路的零序电流波形；
52、判断Sl中所选取的电流启动信号是否大于阈值，如为是，进入S3；如为否，重回Sl 进行数据采集；
53、电流比幅排序依电流大小顺序，选取前三回线路作为比较样本，其余样本放弃，该比较样本为沾)J2W、动)；
54、计算样本电量按β= i\(t)dt、 η = 3ι7分别计算出3个比较样本在0_3mS时段传
JOν
输的电量a、β2、β3 ；
ss、判断是否存在唯一符号反向的线路如a的符号与込、相反，进入se 、Q2 、β3的符号相同，转入S7;
56、判定G1对应的线路4为故障线路；
57、判定为母线故障；
58、测量所述小电流接地系统的零序电压，零序电流超过阈值4和零序电压超过阈值 U0同时出现，判定不是干扰，转入S9 ；只出现零序电流超过阈值Α,或只出现零序电压超过
阈值巧，判定是干扰，重回Sl ；
59、选出故障线路，发出报警信号。本发明不限于上述实施方式，根据上述实施方式所做的基于本发明设计构思的变形也属于本发明保护范围。例如-.t0还可为2ms或^isJms效果较优；Sl中的数据采集是记录各线路接地瞬间一段完整的原始电流波形，依照从大到小的排序，选取前3个电流值作为基准样本，也就是说，是指同步采集每回线路的电流，再按同一时刻幅值的大小排序；
如果不同的线路出现相等的电流，即ν为、m 4 相等，可任选其中1回为基准样本。
权利要求
1.一种单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法，其特征在于包括以下步骤51、采集所述小电流接地系统的各线路的零序电流波形；52、判断Sl中所选取的电流启动信号是否大于预先设定的阈值厶，如为是，进入S3；如为否，重回Sl进行数据采集；53、电流比幅排序依电流从大到小的顺序，选取前三回线路的电流值作为比较样本，其余样本放弃，该比较样本为Hit) ^hit) ；54、计算样本电量按β= \\(i)di、2ms (t0‘ 4ms,分别计算出三个比较样本在0_to时段传输的电量、β2、β3 ;55、判断是否存在唯一符号反向的线路如^的符号与这、Qi相反，进入se； a、β2、 G3的符号相同，转入S7;56、判定^所对应的线路为故障线路；57、判定为母线故障；58、测量所述小电流接地系统的零序电压，零序电流超过阈值/Q和零序电压超过阈值 Uii同时出现，判定不是干扰，转入S9 ；只出现零序电流超过阈值4 ,或只出现零序电压超过阈值％ ,判定是干扰，重回Sl ；59、选出故障线路，发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的用单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法， 其特征在于，Sl中所述零序电流波形取自母线上各线路的零序电流互感器；S8中零序电压值取自母线PT开口三角或中性点PT。
3.根据权利要求1所述的单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法，其特征在于，任一线路零序电流超过阈值时，判定为小电流接地系统出现单相接地故障；零序电压超过阈值坏为辅助判据，重复证实接地故障的存在。
4.根据权利要求1所述的用单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法， 其特征在于，S2中，所述采集方法为记录各线路接地瞬间一段完整的原始电流波形；S3中，h(i) ^2( ) J3(t)是指同步采集的每回线路的电流中，按同一时刻幅值从大到小排序后，选取的前三个电流值。
5.根据权利要求1所述的用单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法， 其特征在于，所述G为:3mS。
全文摘要
本发明提供一种用单一判据实现小电流接地系统单相接地故障的选线方法，其包括以下步骤采集各线路的零序电流波形，当任一线路零序电流瞬时值超过设定阈值时，判定为系统出现单相接地故障；记录各线路接地瞬间一段完整的电流波形，依照大小排序，选取前3回电流、、作为基准样本，分别计算出0-3mS所传输的电量、、；其中1回线路的符号与另外2回相反，判定为故障线路；符号相同的2回线路以及其他未参与计算的线路均判定为非故障线路；3回线路的符号同时为正或同时为负者，判定为母线故障。本发明能够实现小电流接地系统的接地选线,过渡电阻将母线零序电压降低到15%相电压时,仍能正确动作。
文档编号G01R31/02GK102353873SQ20111019711
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者张振旗, 邱嘉文 申请人:珠海威瀚科技发展有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
