一种基于相电流突变量的接地故障保护方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于相电流突变量的接地故障保护方法，其步骤为：S1：在线监测配电网的零序电压，当零序电压超过电压限定值时，采集各线路的暂态相电流信号；S2：提取各线路暂态相电流突变量；S3：对各线路相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关系数[ρAB ρBC ρCA]，通过比较得到相间最小相关系数ρmin；S4：根据相间相关系数的大小来判断故障线路。本发明具有原理简单、易于实现、能够有效地提高保护精度和可靠性等优点。
【专利说明】
一种基于相电流突变量的接地故障保护方法
技术领域
[0001] 本发明主要涉及到配电网接地技术领域，特指一种基于相电流突变量的接地故障 保护方法。
【背景技术】
[0002] 我国配电网广泛采用中性点非有效接地方式，这种运行方式能有效提高电力供应 可靠性，但其单相接地故障时，故障电流特征微弱，电弧不稳定等因素，选线问题一直是困 扰电力工作者的难题。目前，故障选线研究已经初步取得一些成果，但在实际应用中选线准 确率仍然$父低，有待进一步提尚。
[0003] 现有的配电网接地故障保护方法主要有注入信号法、稳态方法和暂态方法三种。 注入信号法的主要难点是:①需要增加信号注入设备，投资大;②不能检测瞬时性和间歇性 故障，接收灵敏度低;③故障电阻较大时，故障线路与非故障线路的信号差异不明显。稳态 方法，主要包括零序电流比幅比相法、负序电流法、谐波法等。稳态方法的主要难点是:故障 电流微弱，容易受电弧不稳定性、受过渡电阻、中性点接地方式的影响较大等因素的影响， 尤其在经高阻接地、消弧线圈过补偿时，很容易产生误判。暂态保护以小波算法为代表，故 障特征明显，且不受消弧线圈及电弧不稳定的影响，具有检测灵敏度高等优点。小波算法的 主要难点是:①容易受小波基函数及分解尺度等因素的影响;②对采样数据进行大量逐层 提取与分离，乘法运算量十分巨大。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种原理简单、易于实现、能够有效地提高保护精度和可靠性的基于相电流突变量的接地故 障保护方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种基于相电流突变量的接地故障保护方法，其步骤为：
[0007] SI:在线监测配电网的零序电压，当零序电压超过电压限定值时，采集各线路的暂 态相电流ig号；
[0008] S2:提取各线路暂态相电流突变量；
[0009] S3:对各线路相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关系数[PAB PBC PCA]，通过比较得到相间最小相关系数Pmin ;
[0010] S 4:根据相间相关系数的大小来判断故障线路；当所有线路的最小相间相关系数 都满足Pimin>PS(3t时，判定为母线故障，跳闸隔离故障母线，其中i = l、2.....η;否则，判定为 线路故障，其中相关系数最小所对应的线路即为故障线路，跳闸隔离故障线路。
[0011] 作为本发明的进一步改进:所述步骤S3中，相间相关系数P的计算公式为：
[0012]
[0013] 式中设x(n)、y(n)为2个离散信号序列，对应暂态相电流突变量采样值，N表示离散 采样信号序列的长度。
[0014] 作为本发明的进一步改进:所述步骤Sl中，电压限定值为15%的相电压。
[0015]作为本发明的进一步改进:所述步骤S4中，Pset取0.5。
[0016] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0017] 1、本发明的基于相电流突变量的接地故障保护方法，只需测量被保护对象各相电 流的突变量，易于实现;利用相电流突变量的相间相关系数的大小作为保护判据，打破了将 故障特征量与整定值进行比较作为保护判据的传统;无需对信号进行滤波处理，利用了弧 光故障暂态分量，有效提高了保护的抗弧光故障能力。本发明不受系统运行方式变化的影 响，在高阻故障时仍然有较高的保护精度和可靠性;通过波形的相关性分析来进行选线，计 算简单，有效解决了配电网接地故障保护判断整定困难和可靠性不高的难题。
[0018] 2、本发明的基于相电流突变量的接地故障保护方法，通过对单相接地故障时相电 流暂态信号特征的分析，利用各线路暂态相电流突变量的突变量的差异，对其进行相间两 两相关性分析;无需对信号进行处理及设置故障特征量的整定值，计算简单，易于实现，有 效地提高了保护的精度和可靠性，具有深远的意义和广阔的应用前景。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明方法的流程示意图。
[0020] 图2是本发明在具体应用实例中的原理示意图。
【具体实施方式】
[0021] 以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0022] 如图1所示，本发明的基于相电流突变量的接地故障保护方法，其步骤为：
[0023] SI:在线监测配电网的零序电压，当零序电压越限时（即超过电压限定值），采集各 线路的暂态相电流信号；
[0024] S2:提取各线路暂态相电流突变量；
[0025] S3:对各线路相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关数[PAB PBC PCA]，通过比较得到相间最小相关系数Pmin ;
[0026] S4:根据相关系数的大小来判断故障线路。当所有线路的最小相关系数都满足 P1 min>Pset(i = U2.....η)时，判定为母线故障，跳闸隔离故障母线;否则，判定为线路故障， 其中相关系数最小所对应的线路即为故障线路，跳闸隔离故障线路。
[0027] 在具体应用实例中，采集的暂态相电流信号进行预处理，提取出各相电流突变量 (参见图2)，假设故障发生前，三相对称，各电气量不带上标，中性点位移电压Uo为零，没有 if，故障发生后各电气量加上u/"从图中可知流过线路始端的三相电流主要由负荷电流、及 各相的对地电容电流组成。
[0028] 故障前，流过首端三相电流计算如下：
[0029]
[0030] 式中k为线路1、2、…、n，p表示A、B、C三相，Ck为各线路每相的对地等效电容ikP、 ikP。、ikLA别为各相的首端电流、对地电容电流及负荷电流。
[0031] 当发生单相接地故障后，故障线路1的故障相电流为：
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] 之后，对各线路各相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关系数数 组[PAB PBC PCA]，暂态相电流突变量波形相似度可以通过相关系数来来描述，相关系数P的 计算公式如下：
[0040]
[0041] 式中设x(n)、y (η)为2个离散信号序列，对应暂态相电流突变量采样值，N表示离散 采样信号序列的长度。
[0042] 最后，通过比较线路相间相关系数数组[PAB PBC PCA]的大小得到各线路的相间最 小相关系数Pi min。
[0043] 在具体应用实例中，为使本发明所提出的保护方法适合在配电自动化终端单元上 就地实现，选择就地测量量为故障特征量:各线路暂态相电流突变量。
[0044] 作为优选实施例，本实例的步骤Sl中，电压限定值取为15%的相电压。
[0045] 作为优选实施例，本实例的步骤S4中，由于故障线路故障相与健全相电流突变量 波形差异很大，相间最小相关系数很小甚至为负;非故障线路各相电流突变量波形相近，几 乎一致，相间最小相关系数较大(0.8~1.0)，因此P se3t通常取0.5。
[0046] 如图2所示，为本发明在具体应用实例中的接地故障实验示意图，母线上带有U、 L2、L3、L4四条馈线，Ld20km的架空线路，LAlOkm的电缆线路，L3为混合线路，由IOkm的架 空线路和5km的电缆线路组成，L 4为30km的架空线路，各馈线参数如表1所示，在各馈线出口 安装保护装置。
[0047]表1
[0049] 分别以线路L^L2及母线在不同故障条件下（包括故障距离、接地电阻、故障初相 等)发生单相接地故障时进行实验测试，安装在线路端口的保护装置获取各线路三相暂态 电流信号;从信号提取出相应的相电流突变量作为故障特征量，计算出各线路的相电流突 变量的相间相关系数数组，并比较得到该线路的最小相关系数P imin;最后根据相关系数的 大小判定出故障线路。
[0050] 表 2
[0052]测试结果如上表2所示，从中可以看出，无论是经高阻接地还是故障初相角较小 时，故障线路的相间最小相关系数均为最小值，而且受电阻变化及角度的影响不大，远小于 非故障线路，很容易判断出故障线路；当母线故障时，各线路相关系数相差不大，均大于设 定值P set(取值为0.5)，因此，可判定为母线故障。实验结果表明本发明方法具有较高的准确 性、有效性和可靠性。
[0053]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护 范围。
【主权项】
1. 一种基于相电流突变量的接地故障保护方法，其特征在于，步骤为： SI:在线监测配电网的零序电压，当零序电压超过电压限定值时，采集各线路的暂态相 电流信号； S2:提取各线路暂态相电流突变量； S3:对各线路相电流突变量进行相间两两相关性分析，得到相间相关系数[PAB PBC PCA]，通过比较得到相间最小相关系数Pmin; S4:根据相间相关系数的大小来判断故障线路；当所有线路的最小相间相关系数都满 足Pimin>Pset时，判定为母线故障，跳闽隔离故障母线，其中i = l、2.....n;否则，判定为线 路故障，其中相关系数最小所对应的线路即为故障线路，跳闽隔离故障线路。2. 根据权利要求1所述的基于相电流突变量的接地故障保护方法，其特征在于，所述步 骤S3中，相间相关系敬P的计貸公式为：式中设X(n)、y(n)为2个离散信号序列，对应暂态相电流突变量采样值，N表示离散采样 信号序列的长度。3. 根据权利要求1或2所述的基于相电流突变量的接地故障保护方法，其特征在于，所 述步骤Sl中，电压限定值为15%的相电压。4. 根据权利要求1或2所述的基于相电流突变量的接地故障保护方法，其特征在于，所 述步骤S4中，Pset取0.5。
【文档编号】H02H7/22GK105914718SQ201610275548
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】曾祥君, 刘谋海, 谷应科
【申请人】长沙理工大学