一种基于零序直流分量的小电流接地选线方法和系统与流程

本发明涉及电力系统自动化技术领域，特别是一种基于零序直流分量的小电流接地选线方法和系统。

背景技术：

我国6～66kv配电网大多采用小电流接地运行方式。小电流接地电网发生单相接地故障后，不会产生很大的短路电流，但也存在着不小的危害，为了建立安全而良好的电力环境，应尽快找到接地线路，予以切除。传统的选线方法大多基于故障稳态信号即零序无功功率方向法，但对于中性点经消弧线圈接地系统，由于工频稳态量被电感电流补偿，这种选线方法就失效了。因此针对中性点经消弧线圈接地系统，用的比较多是提取零序电流与零序电压暂态信号中的谐波分量，通过分析它们之间的关系来进行选线。但在过零点或经高阻发生接地故障时，暂态量会受到很大的抑制，使用谐波分量判别的方法就变得很不灵敏。在上述情况下，零序电流很大程度上只剩下稳态分量，在无法使用稳态量判据的情况下，几乎无法使用与暂态量相关的判别方法找到故障线路。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对中性点经消弧线圈接地的运行方式，提供一种基于零序直流分量的小电流接地选线方法，其能够可靠规避过零点或经高阻发生接地导致选线结果不准确的情况，提高小电流接地选线的准确性，提高电力系统运行的可靠性。

本发明采取的技术方案为：一种基于零序直流分量的小电流接地选线方法，包括：

对小电流接地电网中各条线路的零序电压及零序电流进行采样；

根据采样得到的零序电压判断各条线路是否发生零序电压突变；

响应于任一线路发生零序电压突变，判断零序电压突变是否由系统单相接地故障导致；

响应于零序电压突变由系统单相接地故障导致，在系统三相线电压对称的基础上，根据各条线路在零序电压突变时刻前后，零序电流直流分量的变化量，判别发生单相接地故障的线路。

本发明针对中性点经消弧线圈接地的系统发生单相接地故障时，由于电感电流过补偿的运行方式，无法利用传统的零序无功功率进行故障选线的情况，利用零序电流中暂态直流分量来进行选线，丰富了配电网接地选线的判别方法，提高了接地选线的准确性。

优选的，对小电流接地电网中各条线路的零序电压和零序电流进行采样的采样频率至少为6khz。即本发明采用高频采样，可提高故障识别的可靠性。

优选的，线路发生零序电压突变的判断依据为：当前采样点k与一个周波前的采样点(k-n)之间的零序电压采样值变化量，大于预设的突变量门槛值；n为当前采样频率下每周波的采样点数。为了使选线的启动不过度敏感，突变量的门槛可以取略大一点的数值，具体可取经验值。

小电流接地电网中，各条线路接入同一母线，因此理论上各线路的电压突变时刻即故障时刻应该是相同的。

优选的，系统发生单相接地故障的判断方法为：

计算线路零序电压突变时刻之后一个周波内的各采样点零序电压的基波有效值，若任一线路的任一采样点零序电压的基波有效值大于预设的零序电压启动门槛值，则系统发生了单相接地故障。否则说明零序电压的突变是系统内的干扰引起的，不必再继续进行接地选线判别。发生单相接地故障时，系统中各线路的三路线电压仍然对称，此时，当零序电压突变是由单相接地故障引起，则可继续做接地选线的判别。零序电压启动门槛值可取经验值。

优选的，所述基于各条线路在零序电压突变时刻前后，零序电流直流分量的变化量，判别发生单相接地故障的线路，包括，对于各发生零序电压突变的线路：

获取零序电压突变时刻前后各一个周波的零序电流采样点数据；

计算零序电压突变时刻前后零序电流直流分量的变化量；

将计算得到的零序电流直流分量的变化量与预设的零序直流分量选线判别门槛值进行比较，若达到或超出门槛值，则判定相应线路发生了单相接地故障。

优选的，故障发生时刻前后零序直流分量采用傅氏算法求得，或者取相应一周波的零序电流采样点值的平均值。也可根据实际情况采用其他现有算法。

优选的，所述零序直流分量选线判别门槛值为10¹ma级。也即本发明利用故障后第一个周波计算得到的直流分量的变化量判别单相接地故障线路的直流分量突变门槛值一般设置为几十毫安，可以将直流分量明显的故障判别出来。

本发明还公开一种基于零序直流分量的小电流接地选线系统，包括：

零序电压电流采样单元，用于对电网中各条线路的零序电压及零序电流进行采样；

零序电压突变判别单元，用于根据采样得到的零序电压判断相应线路是否发生零序电压突变；

系统单相接地故障判别单元，用于在线路发生零序电压突变时，判断线路零序电压突变是否由单相接地故障导致；

以及单相接地故障线路判别单元，用于基于零序电压突变时刻前后零序电流直流分量的变化量，判别发生单相接地故障的线路。

有益效果

本发明通过对电力系统中各条线路的零序电压及零序电流进行高频采样，并且不断计算零序电压的突变量，在发生零序电压突变时启动接地选线的判别，继而确定故障的发生时刻，根据系统电气参数确定判别门槛值，并基于零序电流在故障时刻前后各一个周波的采样点数据，计算故障发生后零序电流直流分量的变化量，最终根据直流分量的变化量与判别门槛值的对比结果选出故障线路。本发明适用于中性点经消弧线圈接地的运行方式，能够可靠地解决经消弧线圈接地系统无法使用稳态量判据的缺陷，使用暂态量的判据便于更准确地分析零序电流的故障特征，从而提高接地选线判别的准确性，丰富了配电网接地选线的方法，提高电力系统运行的可靠性。

附图说明

图1所示为本发明方法的一种实施例流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

实施例1

本实施例为一种基于零序直流分量的小电流接地选线方法，包括：

对小电流接地电网中各条线路的零序电压及零序电流进行采样；

根据采样得到的零序电压判断各条线路是否发生零序电压突变；

响应于任一线路发生零序电压突变，判断零序电压突变是否由系统单相接地故障导致；

响应于零序电压突变由系统单相接地故障导致，在系统三相线电压对称的基础上，根据各条线路在零序电压突变时刻前后，零序电流直流分量的变化量，判别发生单相接地故障的线路。

本发明针对中性点经消弧线圈接地的系统发生单相接地故障时，由于电感电流过补偿的运行方式，无法利用传统的零序无功功率进行故障选线的情况，利用零序电流中暂态直流分量来进行选线，丰富了配电网接地选线的判别方法，提高了接地选线的准确性。

本发明对电网中各条线路的零序电压和零序电流进行采样的采样频率至少为6khz，即采用高频采样，可提高故障识别的可靠性。

在采样的同时，本发明不断计算各线路的零序电压突变量，从而在线路发生零序电压突变时启动接地选线的判别。其中线路发生零序电压突变的判断依据为：当前采样点k与一个周波前的采样点(k-n)之间的零序电压采样值变化量，大于预设的突变量门槛值；n为当前采样频率下每周波的采样点数。即每一个最新采样点与一个周波前的采样点数据的变化量为：

u0.tbl＝u0(k)-u0(k-n)(1)

其中，u0.tbl为零序电压采样值变化量，u0(k)为采样计数为k的采样点数值。当u0.tbl大于设定的突变量门槛值时，启动接地选线的判别。为了使选线的启动不过度敏感，突变量的门槛可以取略大一点的数值，具体可取经验值。

若系统中任一线路发生了零序电压突变，则进一步判断相应线路零序电压突变是否由系统单相接地故障导致，即判断系统是否发生了单相接地故障。系统发生单相接地故障的判断方法为：

计算线路零序电压突变时刻之后一个周波内的各采样点零序电压的基波有效值，若任一线路的任一采样点零序电压的基波有效值大于预设的零序电压启动门槛值，则系统发生了单相接地故障。否则说明零序电压的突变时系统内的干扰引起的，不必再继续进行接地选线判别。发生单项接地故障时，系统中各线路的三路线电压仍然对称，因此，当零序电压突变是由单相接地故障引起时，可继续做接地选线的判别。零序电压启动门槛值可取经验值。

小电流接地电网中，各条线路接入同一母线，因此理论上各线路的电压突变时刻即故障时刻应该是相同的。本发明在进行选线时基于相同的单相接地故障时刻进行各条线路的判别选线分析。

在选线前预设零序直流分量选线判别门槛值，该门槛值根据电力系统的电气参数确定。首先分析中性点经消弧线圈接地的系统发生单相接地故障时，决定零序电流中直流分量的相关参数如下：

假定在单相接地故障发生后，uφ为故障相电压；c为电网的三相对地电容；l0为零序回路中的等值电感；r为零序回路中的等值电阻；l、rl分别为消弧线圈的调谐电感与等效损耗电阻，可以列出下述关系式：

其中，ic0与il0分别为零序电流中的电容电流与电感电流；ω为系统角频率；为发生故障时刻故障相电压的相位。由式(2)与(3)可以得到发生单相接地故障后零序电流的表达式如下：

从上式可以看出，零序电流中的直流分量为其中为电感电流的稳态分量幅值；为发生故障时刻故障相电压的相位；τl为消弧线圈电感回路直流分量的衰减时间常数。

因此零序电流的直流分量主要由故障相的电压幅值、电感大小及故障相角有关，并且以指数方式不断衰减，其中最主要的影响因素就是故障相角，当时，衰减的直流分量的起始值最大；当时，衰减的直流分量的起始值最小。通过分析众多仿真实验与实际现场的录波波形，利用故障后第一个周波计算得到的直流分量的变化量判别接地故障的门槛为10¹ma级，一般可以设置为几十毫安。发生故障时，故障角度越接近0度，故障相电压越大，所产生的直流分量越大，此时门槛值一般取几十毫安，就可以将直流分量明显的故障判别出来。

所述基于各线路零序电压突变时刻前后零序电流直流分量的变化量，判别发生单相接地故障的线路，包括，对于各发生零序电压突变的线路：

获取零序电压突变时刻前后各一个周波的零序电流采样点数据；

计算零序电压突变时刻前后零序电流直流分量的变化量；

将计算得到的零序电流直流分量的变化量与预设的零序直流分量选线判别门槛值进行比较，若达到或超出门槛值，则判定相应线路发生了单相接地故障。

故障发生时刻前后一周波的零序直流分量采用傅氏算法求得，或者取相应一周波的零序电流采样点值的平均值或近似平均值。也可根据实际情况采用其他现有算法。

实施例2

本实施例为一种基于零序直流分量的小电流接地选线系统，包括：

零序电压电流采样单元，用于对电网中各条线路的零序电压及零序电流进行采样；

零序电压突变判别单元，用于根据采样得到的零序电压判断相应线路是否发生零序电压突变；

系统单相接地故障判别单元，用于在线路发生零序电压突变时，判断线路零序电压突变是否由单相接地故障导致；

以及单相接地故障线路判别单元，用于基于零序电压突变时刻前后零序电流直流分量的变化量，判别发生单相接地故障的线路。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。