灵活接地系统的故障阶段识别方法和装置与流程

1.本发明属于电力领域，尤其涉及一种灵活接地系统的故障阶段识别方法和装置。


背景技术：

2.现有的不同规模配电网中性点接地方式的选择原则中，灵活接地方式已然成为配电网中性点接地方式的重要选择之一。但目前灵活接地系统接地故障保护大多还是直接沿用小电阻接地系统接地保护方法，对于出线保护，通过检测并联小电阻上的电流或小电阻并联开关辅助触点状态，既可有效辨识系统故障阶段(并联小电阻是否投入)，还可防止保护在小电阻并联前误动。但实际应用时，该方法将受到电流互感器的带负载能力或开关辅助触点数量的限制，同时，其也会受到母线并列、分列运行的影响。对于线路区段保护，若无通信能力则无法直接获取并联小电阻电流或并联小电阻投入信号，虽然可以延时功能躲过消弧线圈补偿阶段，但需要通过统一并联小电阻投切装置与线路区段保护装置对瞬时性故障的判定逻辑，而目前现场小电阻投切装置和保护装置大都来自不同厂家，工程上实现各装置对瞬时性故障判定逻辑的统一具有一定的困难。因此，根据保护装置处自身电气量准确辨识灵活接地系统故障阶段可有效提高小电阻接地系统接地保护方法在灵活接地系统的适用性。


技术实现要素：

3.为了解决或者改善上述问题，本发明提供了一种灵活接地系统的故障阶段识别方法和装置，具体技术方案如下：
4.本发明提供一种灵活接地系统的故障阶段识别方法，适用于设置有配电网小电阻接地系统的灵活接地系统，包括：通过设置于所述灵活接地系统的线路检测装置，测量得到对应位置的零序阻抗测量值；识别所述灵活接地系统中性点小电阻是否投入；中性点小电阻已投入时，若检测装置处零序阻抗测量值不大于零序阻抗门槛值，则判定所述灵活接地系统处于消弧线圈并小电阻阶段，且所述线路检测装置位于故障点上游；中性点小电阻未投入时，若检测装置处零序阻抗测量值大于零序阻抗门槛值，则判定为所述灵活接地系统处于消弧线圈补偿阶段，或所述线路检测装置位于故障点下游或健全线路。
5.优选的，所述测量得到对应位置的零序阻抗测量值，包括：测量对应位置的零序电压和零序电流，所述零序阻抗测量值＝所述零序电压与所述零序电流的比值。
6.优选的，计算所述零序阻抗测量值，包括：当所述零序电压大于最小精工电压，且3倍所述零序电流大于最小精工电流时，按所述零序电压和所述零序电流的实际测量值计算所述零序阻抗测量值；当3倍所述零序电流小于所述最小精工电流，而所述零序电压大于所述最小精工电压时，所述零序电流取0a，所述零序电压取实际测量值，所述零序阻抗测量值为正无穷；当零序电压小于所述最小精工电压，且3倍所述零序电流小于所述最小精工电流时，所述零序电流取0a，所述零序电压取固定值，所述零序阻抗测量值为正无穷；当零序电压小于所述最小精工电压，且3倍所述零序电流值大于所述最小精工电流时，所述零序电压
取电压固定值，所述零序电流取实际测量值。
7.优选的，根据现场保护用的零序电流互感器的测量精度对所述最小精工电流进行整定；根据所述线路检测装置对应位置的保护用零序电压互感器最低测量精度设置所述最小精工电压。
8.优选的，所述最小精工电流为所述零序电流互感器的最低测量精度的1.5倍；所述最小精工电压为所述零序电压互感器的最低测量精度的1～1.2倍；所述零序阻抗门槛值z
set
＝3*k
rel
*r，其中，k
rel
为可靠系数，在1.2～1.5之间，r为中性点并联小电阻阻值；所述电压固定值u＝(r*i
min
)/3,i
min
为所述最小精工电流。
9.本发明提供一种灵活接地系统的故障阶段识别装置，适用于设置有配电网小电阻接地系统的灵活接地系统，包括：第一模块，用于通过设置于所述灵活接地系统的线路检测装置，测量得到对应位置的零序阻抗测量值；第二模块，用于识别所述灵活接地系统中性点小电阻是否投入；第三模块，用于识别故障阶段，其中，中性点小电阻已投入时，若检测装置处零序阻抗测量值不大于零序阻抗门槛值，则判定所述灵活接地系统处于消弧线圈并小电阻阶段，且所述线路检测装置位于故障点上游；中性点小电阻未投入时，若检测装置处零序阻抗测量值大于零序阻抗门槛值，则判定为所述灵活接地系统处于消弧线圈补偿阶段，或所述线路检测装置位于故障点下游或健全线路。
10.优选的，所述测量得到对应位置的零序阻抗测量值，包括：测量对应位置的零序电压和零序电流，所述零序阻抗测量值＝所述零序电压与所述零序电流的比值。
11.优选的，计算所述零序阻抗测量值，包括：当所述零序电压大于最小精工电压，且3倍所述零序电流大于最小精工电流时，按所述零序电压和所述零序电流的实际测量值计算所述零序阻抗测量值；当3倍所述零序电流小于所述最小精工电流，而所述零序电压大于所述最小精工电压时，所述零序电流取0a，所述零序电压取实际测量值，所述零序阻抗测量值为正无穷；当零序电压小于所述最小精工电压，且3倍所述零序电流小于所述最小精工电流时，所述零序电流取0a，所述零序电压取固定值，所述零序阻抗测量值为正无穷；当零序电压小于所述最小精工电压，且3倍所述零序电流值大于所述最小精工电流时，所述零序电压取电压固定值，所述零序电流取实际测量值。
12.优选的，根据现场保护用的零序电流互感器的测量精度对所述最小精工电流进行整定；根据所述线路检测装置对应位置的保护用零序电压互感器最低测量精度设置所述最小精工电压。
13.优选的，所述最小精工电流为所述零序电流互感器的最低测量精度的1.5倍；所述最小精工电压为所述零序电压互感器的最低测量精度的1～1.2倍；所述零序阻抗门槛值z
set
＝3*k
rel
*r，其中，k
rel
为可靠系数，在1.2～1.5之间，r为中性点并联小电阻阻值；所述电压固定值u＝(r*i
min
)/3,i
min
为所述最小精工电流。
14.本发明的有益效果为：可提高小电阻接地系统接地保护原理在灵活接地系统中的适用性，避免保护在小电阻并联前误动。
附图说明
15.图1是根据本发明的一种灵活接地系统单相接地故障定位方法的示意图；
16.图2是根据本发明的10kv灵活接地系统仿真模型的示意图。
具体实施方式
17.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。
18.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
19.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
20.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
21.为解决背景提到的技术问题，本发明提供一种灵活接地系统单相接地故障定位方法，可以灵活接地系统中性点电阻阻值取10ω为例，取最小精工电压umin＝120v、最小精工电流imin＝1.6a、零序阻抗门槛值zset＝50ω、固定值u＝20v。具体如下：
22.步骤1：故障发生后，线路区段保护装置启动，对电压互感器pt、电流互感器ct测量得到的零序电压和3倍零序电流值进行判定，若零序电压测量值大于umin(最小精工电压，即最小精确工作电压，可以取值为120v)，取测量值，否则取固定数值u(即电压固定值，可以取值为20v)；若3倍零序电流测量值大于imin(最小精工电流，即最小精确工作电流可以取值为1.6a)，取测量值，否则取0a(零安培)；
23.步骤2：根据步骤1中零序电压、零序电流取值计算零序电流取实际测量值z，若z大于零序阻抗门槛值zset(可以取值为50ω)，则返回步骤1，否则进入下一步骤。
24.步骤3：判定为保护装置位于小电阻并联后的故障点上游线路，启动小电阻接地系统保护原理判据，提高动作可靠性；或保护直接作用于断路器跳闸。
25.其中，配电网根据不同类型分为灵活接地系统和小电阻接地系统，针对单相接地故障而言，灵活接地系统与小电阻接地系统发生接地故障后有不同的保护原理(即判定并切除故障线路的方法)，而小电阻接地系统的单相接地故障保护原理仅在灵活接地系统的小电阻并联后适用，因此为了在灵活接地系统中采用小电阻接地系统接地保护原理，就需要判别灵活接地系统的小电阻是否并联，本专利目的即为了判定灵活接地系统小电阻是否并联，若判定为小电阻并联，则此时可采用小电阻接地系统的单相接地故障保护原理进行接地故障检测。
26.其判别流程如图1所示：
27.装置启动，循环次数k＝1，(后续u
0k
会随循环次数变更为u
01
、u
02
····u0k
，i
0k
同理)；
28.判断零序电压u
0k
的测量值是否大于等于120v，是则令零序电压u
0k
为实际测量值u0，否则令零序电压u
0k
为固定值u；
29.判断3倍零序电流值i
0k
是否大于等于1.6a，是则令零序电流值为实际测量值i
0k
，否则令零序电流值为0a；
30.计算零序电流取实际测量值z；
31.如果z不大于50ω，则判断保护装置位于小电阻并联后的故障点上游线路，或者启动小电阻节点系统单相接地故障保护原理，并判断是否满足原理判据，是则判断保护装置位于小电阻并联后的故障点上游线路，不是则等待指令；
32.如果z大于50ω，循环次数k＝k+1，重新执行本流程。
33.图2为基于matlab仿真平台搭建的10kv灵活接地系统仿真模型，共计5条出线。线路模型参数为：架空线正序电阻0.17ω/km、正序电感1.017mh/km、正序电容0.115μf/km、零序电阻0.32ω/km、零序电感3.56mh/km、零序电容0.0062μf/km；电缆正序电阻0.27ω/km、正序电感0.255mh/km、正序电容0.376μf/km、零序电阻2.7ω/km、零序电感1.109mh/km、零序电容0.276μf/km；线路负序参数与正序参数相同。系统对地电容电流约为92a，补偿度为-10％，消弧线圈电感为0.1816h，消弧线圈等值电阻rl为1600ω，并联小电阻rn为10ω；设置线路对地电导约占对地容纳的4％。故障线路a相发生接地故障，故障位置在fk处，k＝1，2，3，分别距母线10km、8km、9km，fk前、后2km处各有一检测装置pk、qk；小电阻于故障发生1.2s后投入。
34.根据仿真参数及上述整定原则，取最小精工电压umin＝120v、最小精工电流imin＝1.6a、零序阻抗门槛值zset＝50ω、固定值u＝20v。表1为小电阻并联前后检测装置处零序电压、零序电流仿真数据和零序阻抗测量值计算结果。表1中，“100(过渡电阻)、600(过渡电阻)、800(过渡电阻)、800(过渡电阻)、1500(过渡电阻)、1500(过渡电阻)、300(过渡电阻)、300(过渡电阻)、2000(过渡电阻)、2000(过渡电阻)、3000(过渡电阻)、3000(过渡电阻)、”表示零序电压、零序电流低于最小精工电压、最小精工电流；“6.3(z)、8.1(z)、15.0(z)、20.7(z)、30.0(z)”表示零序阻抗测量值由零序电压取20v时计算得到的数值；“∞”表示零序阻抗测量值由零序电流取0a时计算得到。
35.表1不同故障情形下检测装置处各电气量仿真数据及零序阻抗计算结果：
[0036][0037]
[0038][0039]
由表1中计算结果可以看出，只有小电阻并联后的故障点上游线路零序阻抗测量值会低于整定值z，本方案z取50ω。因此本计算方法可作为系统故障阶段辨识依据或用于线路区段保护，且可靠性较高。
[0040]
本方案可提高小电阻接地系统接地保护原理在灵活接地系统中的适用性，避免保护在小电阻并联前误动：
[0041]
(1)故障发生时刻，保护装置启动，根据装置处的零序电压、零序电流测量值计算零序阻抗测量值，当零序阻抗测量值大于z时，不进行故障判别，意味着在小电阻并联前，小电阻接地系统接地保护方法的判据对所有线路均不生效，避免了保护在小电阻并联前误动的可能。
[0042]
(2)当零序阻抗测量值小于z时，再进行故障判别，此时保护判据仅对小电阻并联后的故障线路生效，保证了选择性。
[0043]
同时，该辨识原理也可单独作为灵活接地系统接地保护方法，用于线路区段保护，线路装置仅利用利用自身位置处的信息即可判断区内区外故障，对于绝大多数不具备通信条件的配电线路，可通过多级保护的方式切除故障或装设故障指示器提高巡线效率，对于具备ftu的线路，终端仅需上传报警信号或跳闸信号，通信压力小且可靠性高，且终端之间不需要精确对时。
[0044]
但此时判据仅利用了零序电压、零序电流的幅值信息，若在该判据生效后，引入利用其他故障信息(相位特征、谐波特征、波形畸变特征等)的小电阻接地系统接地保护原理，则可进一步提高保护的动作准确性，进一步贴合国家电网公司和南方电网公司对灵活接地系统高供电可靠性和高供电安全性的要求。
[0045]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0046]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，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，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
[0047]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种灵活接地系统的故障阶段识别方法，其特征在于，适用于设置有配电网小电阻接地系统的灵活接地系统，包括：通过设置于所述灵活接地系统的线路检测装置，测量得到对应位置的零序阻抗测量值；识别所述灵活接地系统中性点小电阻是否投入；中性点小电阻已投入时，若检测装置处零序阻抗测量值不大于零序阻抗门槛值，则判定所述灵活接地系统处于消弧线圈并小电阻阶段，且所述线路检测装置位于故障点上游；中性点小电阻未投入时，若检测装置处零序阻抗测量值大于零序阻抗门槛值，则判定为所述灵活接地系统处于消弧线圈补偿阶段，或所述线路检测装置位于故障点下游或健全线路。2.根据权利要求1所述灵活接地系统的故障阶段识别方法，其特征在于，所述测量得到对应位置的零序阻抗测量值，包括：测量对应位置的零序电压和零序电流，所述零序阻抗测量值＝所述零序电压与所述零序电流的比值。3.根据权利要求2所述灵活接地系统的故障阶段识别方法，其特征在于，计算所述零序阻抗测量值，包括：当所述零序电压大于最小精工电压，且3倍所述零序电流大于最小精工电流时，按所述零序电压和所述零序电流的实际测量值计算所述零序阻抗测量值；当3倍所述零序电流小于所述最小精工电流，而所述零序电压大于所述最小精工电压时，所述零序电流取0a，所述零序电压取实际测量值，所述零序阻抗测量值为正无穷；当零序电压小于所述最小精工电压，且3倍所述零序电流小于所述最小精工电流时，所述零序电流取0a，所述零序电压取固定值，所述零序阻抗测量值为正无穷；当零序电压小于所述最小精工电压，且3倍所述零序电流值大于所述最小精工电流时，所述零序电压取电压固定值，所述零序电流取实际测量值。4.根据权利要求3所述灵活接地系统的故障阶段识别方法，其特征在于，根据现场保护用的零序电流互感器的测量精度对所述最小精工电流进行整定；根据所述线路检测装置对应位置的保护用零序电压互感器最低测量精度设置所述最小精工电压。5.根据权利要求4所述灵活接地系统的故障阶段识别方法，其特征在于，所述最小精工电流为所述零序电流互感器的最低测量精度的1.5倍；所述最小精工电压为所述零序电压互感器的最低测量精度的1～1.2倍；所述零序阻抗门槛值z
set
＝3*k
rel
*r，其中，k
rel
为可靠系数，在1.2～1.5之间，r为中性点并联小电阻阻值；所述电压固定值u＝(r*i
min
)/3,i
min
为所述最小精工电流。6.一种灵活接地系统的故障阶段识别装置，其特征在于，适用于设置有配电网小电阻接地系统的灵活接地系统，包括：第一模块，用于通过设置于所述灵活接地系统的线路检测装置，测量得到对应位置的零序阻抗测量值；第二模块，用于识别所述灵活接地系统中性点小电阻是否投入；
第三模块，用于识别故障阶段，其中，中性点小电阻已投入时，若检测装置处零序阻抗测量值不大于零序阻抗门槛值，则判定所述灵活接地系统处于消弧线圈并小电阻阶段，且所述线路检测装置位于故障点上游；中性点小电阻未投入时，若检测装置处零序阻抗测量值大于零序阻抗门槛值，则判定为所述灵活接地系统处于消弧线圈补偿阶段，或所述线路检测装置位于故障点下游或健全线路。7.根据权利要求6所述灵活接地系统的故障阶段识别装置，其特征在于，所述测量得到对应位置的零序阻抗测量值，包括：测量对应位置的零序电压和零序电流，所述零序阻抗测量值＝所述零序电压与所述零序电流的比值。8.根据权利要求7所述灵活接地系统的故障阶段识别装置，其特征在于，计算所述零序阻抗测量值，包括：当所述零序电压大于最小精工电压，且3倍所述零序电流大于最小精工电流时，按所述零序电压和所述零序电流的实际测量值计算所述零序阻抗测量值；当3倍所述零序电流小于所述最小精工电流，而所述零序电压大于所述最小精工电压时，所述零序电流取0a，所述零序电压取实际测量值，所述零序阻抗测量值为正无穷；当零序电压小于所述最小精工电压，且3倍所述零序电流小于所述最小精工电流时，所述零序电流取0a，所述零序电压取固定值，所述零序阻抗测量值为正无穷；当零序电压小于所述最小精工电压，且3倍所述零序电流值大于所述最小精工电流时，所述零序电压取电压固定值，所述零序电流取实际测量值。9.根据权利要求8所述灵活接地系统的故障阶段识别装置，其特征在于，根据现场保护用的零序电流互感器的测量精度对所述最小精工电流进行整定；根据所述线路检测装置对应位置的保护用零序电压互感器最低测量精度设置所述最小精工电压。10.根据权利要求9所述灵活接地系统的故障阶段识别装置，其特征在于，所述最小精工电流为所述零序电流互感器的最低测量精度的1.5倍；所述最小精工电压为所述零序电压互感器的最低测量精度的1～1.2倍；所述零序阻抗门槛值z
set
＝3*k
rel
*r，其中，k
rel
为可靠系数，在1.2～1.5之间，r为中性点并联小电阻阻值；所述电压固定值u＝(r*i
min
)/3,i
min
为所述最小精工电流。

技术总结
本发明属于电力领域，尤其涉及灵活接地系统的故障阶段识别方法和装置，方法包括通过设置于所述灵活接地系统的线路检测装置，测量得到对应位置的零序阻抗测量值；识别所述灵活接地系统中性点小电阻是否投入；中性点小电阻已投入时，若检测装置处零序阻抗测量值不大于零序阻抗门槛值，则判定所述灵活接地系统处于消弧线圈并小电阻阶段，且所述线路检测装置位于故障点上游；中性点小电阻未投入时，若检测装置处零序阻抗测量值大于零序阻抗门槛值，则判定为所述灵活接地系统处于消弧线圈补偿阶段，或所述线路检测装置位于故障点下游或健全线路。可提高小电阻接地系统接地保护原理在灵活接地系统中的适用性，避免保护在小电阻并联前误动。误动。误动。


技术研发人员：黎丽洁 田君杨 韦晗 张勋 廖海亮 李海勇 林桢 朱明龙 蒋连钿 韦彩云 李优 于秀杰 顾钟柏 周学林 苏培燊 黄明才 周磊 李达昆 商琼玲 陆贻名 彭少辉 张翠媚 韦俏倩 刘晓
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/13