一种适用于小电阻接地系统单相接地故障的保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种小电阻接地系统单相接地故障保护方法，适用于带有零序过电流 保护的小电阻接地方式配电网，属于配电网继电保护领域。
【背景技术】
[0002] 受自然环境、送电走廊等因素影响，中性点有效接地配网中常发生非线性高阻接 地故障，短路电流较小，传统确定整定值的零序过电流保护无法可靠动作W切除故障。由于 故障长期存在，在故障点处易发生火灾事故，严重时会造成人员伤亡。近年来，单相高阻接 地故障发生时，如何正确检测到故障并动作于跳闽或发出告警信号，已成为小电阻接地系 统高阻接地故障保护技术研究和应用的热点、重点。
[0003] 现场常用确定动作电流整定值的零序过电流保护方法，其整定值需躲过区外线路 发生金属性接地故障时流过区内线路的对地电容电流。在区外发生单相金属性接地故障 时，如果区内线路较长则保护安装处流过的对地电容电流较大，因此该动作电流整定值较 高（一般在20AW上），当区内发生高阻接地故障时保护很可能拒动，即该保护的耐高阻能 力不足。一种利用零序功率方向的保护方法反应于故障零序电压电流对应的零序功率方向 而动作，但该方法对零序电压、电流极性校验有严格的要求，且高阻接地故障时用于判断功 率方向的零序电压幅值较小，计算得到的零序功率方向会有较大偏差，存在保护死区。
[0004] 谐波算法利用快速傅里叶变换提取故障电流中的各次谐波含量，根据谐波电流大 小识别故障。但不同接地介质时，零序电流的总谐波含量（totalharmonicdistcxrtion， T皿)、二次谐波W及=次谐波的含量变化很大，该方法很难给定一个合适的阔值。利用固体 介质电击穿原理建立精确的非线性电弧模型，并对故障点电压电流波形对应的伏安特性曲 线拟合提取故障特征，提出的基于伏安特性崎变的高阻接地故障检测新型算法，比基于谐 波的方法有更高的灵敏性和可靠性。但对于非线性特征不明显、波形崎变不明显的高阻接 地情况，利用该算法尚不能有效识别并检测到故障。 阳0化]本专利主要解决小电阻接地系统发生单相接地故障时的保护问题，W兼顾金属性 接地故障或小电阻接地故障时的保护灵敏度与高阻接地故障时的保护可靠性为前提，从原 理、策略上对传统零序过电流保护做出相应地改进。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于解决小电阻接地系统发生单相接地故障，特别是高阻接地时的故 障保护问题，基于对传统零序过电流保护的分析，提出了一种利用馈线保护安装处的零序 电压作为制动量、自适应地对零序过电流保护的整定值进行调整的保护方案。 阳007] 本发明的技术解决方案为：
[0008] a.给定馈线零序过电流保护的最小动作整定值
[0009] b.检测并计算保护安装处工频零序电流（实际为3倍工频零序电流，下同）幅值 31。与工频零序电压幅值U。；
[0010]C.当工频零序电流31。大于最小动作整定值Iwt.mm时，利用保护安装处零序电压 U。作为制动量，执行下述步骤用W自适应调整零序过电流保护整定值IWt; W11]d.判断零序电压幅值U。是否满足大于一个预设的拐点电压Uf。,.,，即： 阳01引U〇>U"s'g
[001引 1)如果满足，则零序过电流保护整定值Iwt调整为：
[0014] Iset=KW〇-U"s.g)+Iset.mm
[0015] 公式中K为制动系数；
[0016] 。如果不满足，零序过电流保护整定值Let保持最小动作整定值Isetmi。不变。
[0017] e.判断保护安装处工频零序电流幅值31。是否大于等于调整后零序过电流保护整 定值Iwt,即： 阳01引 3I〇>Iset
[0019] 1)如果满足，则确认区内发生接地故障，在故障电流持续时间超过预设动作时限 时输出跳闽信号或告警信号；
[0020] 2)如果不满足，则保护复归，线路正常运行。 阳OW上述方案中：
[0022] 制动系数K、拐点电压及最小动作整定值I 的设定原则，应保证金属性接 地故障或故障点过渡电阻较小时有足够的保护灵敏度系数、高阻接地故障时能可靠动作， 同时在存在一定干扰电流或区外线路接地时不误动。具体分析如下：
[0023] 1.步骤a中最小动作整定值Iwtmm的设定，综合考虑系统不对称运行工况和满足 系统的耐高阻能力的要求，一般条件下将设定为3-10A;
[0024] 2.步骤d中制动系数K的设定原则：分别根据区内故障、区外故障时极端情况下 保护安装处工频零序电流幅值与工频零序电压幅值间关系曲线的斜率KsH.mi。、KH.m。、及动作 可靠系数吃。1 ( 一般取1. 3)而确定。
[0025] 对于区内故障而言，零序电流与零序电压（制动电压）关系曲线的斜率为：
[0026]
[0027] 其中，Csoh为区外线路对地分布电容之和，R。为中性点电阻。
[002引对于区外故障而言，零序电流与零序电压（制动电压）的关系曲线的斜率为：K= 3?Cw其中，Cw为区内线路的对地分布电容。
[0029] 实际应用中，为了适用于不同保护，减少整定值的计算工作量，各保护的整定值可 W相同。
[0030] 为了使保护的动作电流整定值始终小于区内接地故障时流过保护安装处的工频 零序电流幅值，考虑满足极端情况时（即系统只有一条线路且发生单相接地故障，无健全 线路）：
[0031]
[0032] 为了使保护的动作电流整定值大于区外接地故障时流过保护安装处的工频零序 电流幅值，考虑满足极端情况时（即Cdh=C。.max,C。.max为各出线对地分布电容的最大值）： 阳的引KH.max=3"C〇.max
[0034] 综合W上分析，并考虑动作可靠系数为Krel，得到K的取值范围为：
[0035]
[0036] 即制动系数K需满足的条件为：
[0037]
[0038] 工程应用中，可根据金属性接地和小电阻接地故障时要求的保护灵敏度在该范围 内合理选择制动系数K的值。
[0039] 3.步骤d中拐点电压Uf。,.,的设定原则：为保证区内高阻接地时保护可靠动作，需 引入动作可靠系数吃。1。在最小动作电流极端情况下力
^和吃。云者 数值确定的基础上，得拐点电压为： W40]Ures.g=K托山et.nunRn
[0041] 与现有技术相比本发明的有益效果为：基于谐波、伏安特性崎变的方法建立在故 障点存在非线性特征的基础上，应用受到限制。与上述方法相比，本保护在线性电阻、非线 性电阻接地时均可适用，应用范围广；与零序功率方向保护相比，本发明不需要对零序电 压、电流的极性进行校验，不存在高阻接地故障时由于零序电压幅值的减小引入的计算偏 差；与传统零序过电流保护相比，本发明利用反映故障点过渡电阻大小的零序电压幅值作 为制动量，自适应调整电流动作定值，保证了区内发生高阻接地故障时保护能够可靠动作， 同时区外发生金属性接地或小电阻接地故障时保护可靠不误动。在IOkV系统中，可将保护 的耐高阻接地能力提高到900Q左右。只需将本发明所提保护方案转化为计算机的算法嵌 入到馈线零序保护中，即可实现，具有很高的工程应用价值。
【附图说明】
[0042] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步说明：
[0043] 附图1为一种采用零序电压作为制动量实现零序过电流保护的原理框图；
[0044] 附图2为电压比率制动曲线； W45] 附图3为对数坐标下确定的整定值曲线（位于上方的Iwt-U。整定曲线的斜率为：
;位于下方的的Iwt-U。整定曲线的斜率为：K= 1(,。13?(：。.。。^同时图中标注出根 据工程需要最终确定的Iwt-U。整定曲线）；
[0046] 附图4为一种典型IOkV小电阻接地系统结构图。
【具体实施方式】
[0047] 为实现上述目的，本发明可用下述技术方案来实现：
[0048] I、由于本发明所提保护方案中整定值在正常运行时设定为5A，若系统采用=相 电流互感器二次侧输出合成的方法来获取零序电流时，可能会出现保护的整定值小于=相 负荷不平衡时所产生的不平衡电流，造成保护误动。当系统中均采用零序电流互感器时，= 相负荷不平衡不会影响到保护的正常工作，即本发明更适用于利用零序电流互感器获取零 序电流的情况。
[0049] 附图1所示的一种采用零序电压作为制动量实现的零序过电流保护系统，由线路 保护安装处的零序电压滤过器、零序电流互感器、嵌入的保护方案模块、电流继电器（KA)、 信号继电器化巧、时间继电器化T)组成。该系统具体工作原理如下：
[0050] 1)正常运行时：
[0051] 当系统进行如单相重合闽动作、S相不同期重合闽、空投变