一种分布式小电流接地选线方法及选线系统与流程

本公开属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种分布式小电流接地选线方法及选线系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

小电流接地系统包括中性点不接地系统与中性点经消弧线圈接地系统。据发明人了解，目前电力系统继电保护仍没有准确、可用的分布式小电流接地选线方法，现有小电流接地选线方法及其系统都是集中式的，而集中式的小电流接地选线系统需要把接在同一母线段内的所有线路的零模电流都接入同一台接地选线装置(接地保护装置)，同一母线段内的供电线路可能多达二十余条，因此，接地保护装置的引入线需要很多，在空间位置不好安排，对于各个接地保护装置的维护管理也十分不方便。

技术实现要素：

本公开为了解决上述问题，提出了一种分布式小电流接地选线方法及选线系统，本公开保证了引入线的位置便于安排，方便接地选线系统的维护与管理。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种分布式小电流接地选线方法，在连接同一母线的各供电线路上分布式布置接地保护装置，所述接地保护装置获取母线各相电压、连接母线的供电变压器的电流以及被保护供电线路的零模电流，若母线零序电压大于整定值，则执行以下选线步骤：

判断故障相别；

去除被保护供电线路零模电流i0,i中的工频电流，去除选定频率sf以上的所有高频电流，获得被保护供电线路零模去工频去高频剩余电流i0,i,α；去除变压器故障相电流中的工频电流，去除选定频率sf以上的所有高频电流，获得变压器故障相的去工频去高频剩余电流ig,t,α；

计算各被保护供电线路零模去工频去高频剩余电流i0,i,α的能量在t1与t2时间段的积分wi；计算变压器的故障相去工频去高频剩余电流ig,t,α的能量在该时间段的积分wg,t，如果有线路同时满足以下条件，则判断该线路为故障线路；

wi＞iset,7；

iset,7、iset,8、iset,9分别为整定值；k4、k5是比例系数。

作为进一步的限定，t1与t2时间段的选取为在保护装置启动后至整组复归的时间前的一段时间内；

或是首半波时间段；

或只包括暂态电流时间段；

或只包括稳态电流时间段；

或包括暂态电流时间段和稳态电流时间段；

或是多段间隔的时间段的组合。

作为可选择的实施方案，所述接地保护装置获取连接母线的供电变压器的两相电流，当故障相是缺失的相别时，故障相的去工频去高频剩余电流用已知的两相去工频去高频剩余电流之和的反方向代替。

作为可选择的实施方案，所述接地保护装置获取连接母线的供电变压器的一相电流，当故障相是缺失的相别时，故障相的去工频去高频剩余电流用已知的一相去工频去高频剩余电流乘二的积的反方向代替。

作为可选择的实施方案，所述接地保护装置获取连接母线的供电变压器的三相电流或两相电流或一相电流。

一种分布式小电流接地选线系统，包括电源、变压器和多个供电线路，电源给变压器送电，变压器给母线送电，多个供电线路均连接同一母线，变压器小电流接地，每个供电线路都配置有各自的接地保护装置，所述接地保护装置按照上述选线方法进行故障选线。

作为可选择的实施方案，变压器的三相分别给母线的对应相送电，变压器的各相分别有电流互感器，各电流互感器的二次侧电流分别输入各条供电线路的接地保护装置。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开分布式小电流接地选线系统的每台接地保护装置的引入线较少，方便装置引入线的布置与空间位置安排，装置维护管理方便。

(2)本公开把电流中的工频电流去除，又去除选定频率sf以上的所有高频电流，能够达到精准去除干扰信号，且最大限度保留有用信息的目的。

(3)本公开从电流中构建出的去工频去高频剩余电流的波形更加有特色，利用一对有特色的电流波形的同方向相似性或反方向相似性来分析故障线路，判断结果更可靠，灵敏度很高。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是一种实施例的分布式小电流接地选线系统结构示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：

一种典型实施方式，如图1所示的分布式小电流接地选线系统。电源给变压器t送电，变压器t给母线m送电，变压器t中性点经消弧线圈l接地。假设母线m连接有n条供电线路，n＝6。六条线路分别是l1、l2、l3、l4、l5、l6。每条线路都有各自的接地保护装置bh1、bh2、bh3、bh4、bh5、bh6，为了绘图方便，图1只画出bh1。6条供电线路的电流互感器ta1、ta2、ta3、ta4、ta5、ta6的零模电流i0,i(i＝1，2，3，4，5，6)分别输入各条线路的接地保护装置bh1、bh2、bh3、bh4、bh5、bh6，零模电流i0,i的参考方向与常规一致是母线指向线路。i0,i表示是瞬时值，表示是相量。众所周知，零模电流的工频分量就是零序电流。母线电压互感器tv的三相电压分别输入各条线路的接地保护装置bh1、bh2、bh3、bh4、bh5、bh6；变压器t的a、b、c相分别给母线m的a、b、c相送电，变压器t的a、b、c相分别有电流互感器taa、tab、tac。电流互感器taa、tab、tac二次侧电流分别输入各条线路的接地保护装置bh1、bh2、bh3、bh4、bh5、bh6。电流互感器taa、tab、tac二次侧电流分别反映一次侧电流ia,t、ib,t、ic,t，一次侧电流ia,t、ib,t、ic,t的参考方向是母线指向变压器。

各条线路的接地保护装置分别计算母线零序电压如果母线零序电压大于整定值，说明电力系统发生接地故障，各条线路的接地保护装置各自开始选线流程。小电流接地选线的选线策略与判据，具体是：

(1)判断故障相别；例如：ua、ub、uc最小的相别是故障相；(2)去除本线路零模电流i0,i中的工频电流，去除选定频率sf以上的所有高频电流，获得本线路零模去工频去高频剩余电流i0,i,α；去除变压器t故障相电流中的工频电流，去除选定频率sf以上的所有高频电流，获得变压器t故障相的去工频去高频剩余电流ig,t,α；例如：a相是故障相，则有ig,t,α＝ia,t,α(3)计算本线路零模去工频去高频剩余电流i0,i,α的能量在t1与t2时间段的积分wi，可用计算；计算变压器t故障相去工频去高频剩余电流ig,t,α的能量在t1与t2时间段的积分wg,t，可用计算；(4)如果wi＞iset,7，且且则本线路是故障线路。

其中：0≤t1，t1＜t2＜tset1；tset1是小电流接地保护装置启动后至整组复归的时间。建议取k4＝0～0.5，k4＝1～2；第7整定值iset,7、第8整定值iset,8、第9整定值iset,9可根据运行经验确定。

当然，在各实施例中，电流去除工频和高频电流的方法有很多，例如：

零模电流去除工频电流的方法：(1)零模电流在a/d采样后，通过数字工频陷波器得到零模去工频剩余电流。(2)取零模电流暂态电流消失以后的一个工频周波的稳态电流做样本，进行工频傅氏转换，转换获得的工频电流信息在接地保护整个时间段的拓展就是工频电流。该零模电流在接地保护整个时间段都减去拓展出来的工频电流就是零模去工频剩余电流。(3)取零模电流暂态电流消失以后的一个工频周波的稳态电流做样本，该样本在接地保护整个工作时间段的拓展就是工频电流。该零模电流在接地保护整个工作时间段都减去拓展出来的工频电流就是零模去工频剩余电流。附带效果是也去除了零模电流中的偶次的高次谐波分量，放大了零模电流中的奇次的高次谐波分量。但不会对选线判断产生不利影响。(4)其他方法。

零模电流去除高频电流的方法：(1)零模电流在a/d采样前，先通过模拟低通滤波器(例如：电容器)。(2)零模电流在a/d采样后，通过数字低通滤波器。(3)其他方法。

下面分析小电流接地选线判据的工作特性。

不论是电力系统发生接地故障之前，或之后，电力系统各条线路都存在不平衡零序电流。经验表明：不平衡零序电流基本是工频电流。小电流接地选线在高阻接地故障时，不能正确选线的主要原因是故障信号很弱小，不平衡电流的幅值已经接近故障信号大小。把零模电流中的工频电流去除，又去除选定频率sf以上的所有高频电流，用剩余的零模去工频去高频剩余电流作接地选线判据。这样，既精准去除干扰信号，又最大限度保留有用信号，实现既消除了零模电流中的主要干扰，又突出了零模电流有用的故障信号特征，可用弱小故障信号判断故障线路的目的。

接地故障突然发生时，各条线路零模电流的暂态电流幅值大于本线路工频零序电流幅值数倍或十几倍；故障线路零模电流的暂态电流幅值最大。在首半波时间内，非故障线路零模电流的暂态电流同方向变化，故障线路零模电流的暂态电流与非故障线路的暂态电流反方向变化。

大量故障录波数据表明：线路发生接地故障，特别是高阻接地，接地点的弧光电阻绝大多数是变化的，而且电弧接地会产生大量高频衰减电流，电弧接地可能会断续存在。如果是稳定接地，零模去工频去高频剩余电流还有五次谐波，以及其他高次谐波。

线路发生接地故障，所有非故障线路的零模去工频去高频剩余电流都从线路流入大地，并从大地接地点流入故障线路，从故障线路流入故障相母线，再从故障相母线流入变压器故障相线圈，从变压器故障相的线圈流入变压器中性点；接在变压器中性点的消弧线圈对暂态电流及其高频电流有很高的电抗，而变压器线圈对暂态电流及其高频电流只有漏抗，所以，该零模去工频去高频剩余电流从变压器中性点流入变压器非故障的另两相，再按比例流入各条线路，形成各条线路的零模去工频去高频剩余电流。如果零模去工频去高频剩余电流中有直流衰减电流，则从中性点消弧线圈流入大地，又从故障点流入故障线路的故障相。可见，变压器故障相线圈的去工频去高频剩余电流ig,t,α等于从故障点流入故障线路的故障相的零模去工频去高频剩余电流。故障线路的零模去工频去高频剩余电流等于从故障点流入故障线路的故障相的零模去工频去高频剩余电流减去本线路从线路流入大地的零模去工频去高频剩余电流之差。因此，如果第i条线路是故障线路，则变压器故障相的去工频去高频剩余电流ig,t,α与故障线路的零模去工频去高频剩余电流i0,i,α反方向，且wg,t大于wi。如果第i条线路是故障线路，则有可见，如果不等式成立，则该线路是故障线路。

如果第i条线路不是故障线路，则有可见，不等式不会成立，判断该线路不是故障线路。

同理，要求wi＞iset,7，也是为了保证判断可靠性。如果线路的零模去工频去高频剩余电流i0,i,α的能量太小，误差就大，可能出现误选线。因此，要求线路的零模去工频去高频剩余电流i0,i,α的能量大于第7整定值。进一步，还可以用本线路零模去工频去高频剩余电流i0,i,α的能量比较集中的时间段来定义t1与t2时间段。或者，用本线路零模去工频去高频剩余电流i0,i,α的能量比较集中的多个间断的时间段的组合来定义t1与t2时间段。所述时间段的选取方式为在保护装置启动后至整组复归的时间前的一段时间内；或是首半波时间段；或只包括暂态电流时间段；或只包括稳态电流时间段；或包括暂态电流时间段和稳态电流时间段；或是多段间隔的时间段的组合。根据不同的实际运行配电网状况，选取不同的时间段组合方式，灵活应用，实现最佳效果。

现在广泛应用的暂态法接地选线只在故障发生首半波时间内，比较各条线路零模电流的暂态波形的初始方向与幅值大小。过了首半波时间，判据就失效了。判据的有效时间段很短。本实施例的t1与t2可以取比较长的区段。本实施例判据算法可包含符合暂态法接地选线的故障特征区段，还可以包含不符合暂态法接地选线的故障特征区段。判据可靠性与灵敏度优于暂态法选线方法。

变压器三相电流的主要成分是负荷电流，负荷电流远远大于三相电流中的去工频去高频剩余电流。但是，作为判据之一的变压器故障相去工频去高频剩余电流在去工频时已经把负荷电流去除了，所以，小电流接地选线判据不会受负荷电流干扰。

小电流接地选线判据可使用于中性点不接地系统，也可使用于中性点经消弧线圈接地系统。

本公开分布式接地保护装置的引入线较少，方便装置引入线的布置与空间位置安排，装置维护管理方便。

本实施例提供的一种小电流接地系统接地选线方法完全可以实现。有广阔应用前景。

实施例二：

如图1所示配电网，变压器t的a、b、c相分别有电流互感器taa、tab、tac。电流互感器taa、tab、tac分别反映一次侧电流ia,t、ib,t、ic,t。但是有些配电网的变压器t的a、c相分别有电流互感器，b相没有电流互感器。

现场实际运行经验表明，小电流接地系统发生接地故障，变压器中性点消弧线圈的衰减直流分量很小，忽略不计对小电流接地选线判据影响很小。所以，当b相是故障相时，令变压器t故障相的去工频去高频剩余电流ig,t,α＝-(ia,t,α+ic,t,α)，仍然可以用本公开方法选择故障线路。只是，灵敏度与可靠性略差于实施例一。与实施例一相同的内容，在此不再累赘。

实施例三：

如图1所示配电网，变压器t的a、b、c相分别有电流互感器taa、tab、tac。电流互感器taa、tab、tac分别反映一次侧电流ia,t、ib,t、ic,t。为了进一步减少接地保护装置的引入线，接地保护装置可只取一相电流，例如取a相电流。

不难分析，当b相是故障相时，令变压器t故障相的去工频去高频剩余电流ig,t,α＝-2ia,t,α，进行计算，仍然可以用本公开方法选择故障线路。当c相是故障相时，令变压器t故障相的去工频去高频剩余电流ig,t,α＝-2ia,t,α，进行计算，仍然可以用本公开方法选择故障线路。只是，灵敏度与可靠性略差于实施例一。与实施例一相同的内容，在此不再累赘。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。