三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法与系统技术方案

本发明专利技术电力系统继电保护、电气监测领域，公开了三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法与系统，本发明专利技术以母线零序电流幅值超限作为系统的启动判据，获取母线及各线路出口处的暂态电流和电压后，以暂态电流行波的Daubechies小波模极值比较法选择故障线路，进而计算故障线路各相电流Hermitian小波能量以选择故障相，经微处理器触发旁路接地开关动作，在不影响电网线路运行的前提下，使故障电流经限流电阻泄放至大地，从而保护了系统的运行稳定性。本发明专利技术所提出的保护方法检测速度快、成本低、装置简便，相比现有单相接地保护装置可靠性更高，安全性更好。安全性更好。安全性更好。

【技术实现步骤摘要】
三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法与系统


[0001]本专利技术属于电力系统继电保护、电气监测领域，具体涉及一种三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法与系统。

技术介绍

[0002]单相接地故障是电力系统最常见的一种故障，对于6kV及以下的1：N型小电流接地系统发生单相接地故障，如煤矿井下配网发生人身触电事故，直接关乎人的生命与财产安全。及时发现接地故障并实现快速隔离，对于低压配网的稳定运行尤为重要。因此，亟需开展用于三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法与系统的研究。
[0003]我国6kV及以下低压配网多采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。当发生单相接地故障时，接地点流过的大电流约为整个系统的对地电容电流之和，故障相电压接近0，非故障相电压升高为倍，但三相线电压对称可继续运行2小时。单相接地故障发生后，流经故障线路的故障电流大小与过渡电阻有关，对于过渡电阻小于等于1000Ω的接地故障，为了保证系统的稳定性，故障检测及保护动作所需总时间不得超过1/4个工频信号周期(即5ms)。现有单相接地故障检测与保护方法主要分为稳态法、暂态法和注入信号法，检测速度慢、可靠性不高，装置整定易受到线路分布参数的影响，且保护多采用直接切断故障线路的手段或物理电路搭建的检漏装置等，无法实现故障的安全隔离。国网宁夏电力有限公司电力科学研究院在2018年提出了一种中性点不接地配电网防人身触电控制方法(申请公布号：CN107979068A)，利用零序电压和三相电压瞬时值判断事故的发生，并动作于断路器断开故障线路，这种故障切除方法会使得系统中感性负载(储能元件)反电势产生的感应电流继续流过故障点，进而二次伤害人身安全。国网浙江省电力有限公司杭州供电公司在2021年提出了一种基于相电流相位差的配电网单相接地故障选线方法(申请公布号：CN114047402A)，利用相电流比幅比相法确定故障所在线路，但实际由于线路电容分布、消弧线圈的存在，单相接地故障发生后各相电流幅值差别不大，其选线可靠性难以保证。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法与系统，能够实现快速故障检测，诊断故障所在相线，并触发相应的旁路接地开关动作泄放电容电流的低成本、易实现的检测方法及保护系统。
[0005]为了达到上述目的，三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法，包括：
[0006]获取母线中各支路的暂态电流和暂态电压，计算母线零序电流分量，判断零序电流分量是否超过预设阈值，若是，则进行故障选线，若否，则再次获取母线的暂态电流；
[0007]根据母线中各支路采集到的暂态电压和暂态电流，计算各支路电流行波分量，通过Daubechies小波分解各支路电流的前行波或反行波，选取最能体现故障特征的尺度下的细节分量模极值，判断接地故障所在线路为故障线路；
[0008]根据故障线路的判别结果，对故障线路采集到的暂态电流和电压作进行计算，确
定故障相；
[0009]根据故障相判别结果，启动对应支路的旁路接地开关，完成故障的隔离。
[0010]计算母线零序电流分量的方法如下：
[0011]根据定步长双数据窗实时采集母线各支路暂态电流，主窗和副窗间隔预设信号周期同步移动，从而得到母线零序电流分量。
[0012]利用Daubechies小波分解各支路电流的前行波或反行波的具体方法如下：
[0013]根据母线中各支路采集到的暂态电压和暂态电流，计算各支路在故障前后窗口期内的三相暂态电压和电流变化量，并对暂态电压和电流变化作Clark变换；
[0014]由故障点流向检测点的行波为正向行波，反之为反向行波，结合线路波阻抗计算电流正正向行波分量和反向行波分量。
[0015]Daubechies小波为：
[0016][0017]其中，b
k
为小波系数，2x
‑
k为支撑长度。
[0018]判断接地故障所在线路的方法如下：
[0019]通过Daubechies小波分解各支路电流的前行波或反行波，选取最能体现故障特征的尺度下的细节分量模极值，将所有分量模极值进行比较，选择出模极值最大和极性与其他支路相反的线路为接地故障所在线路。
[0020]确定故障相的方法如下：
[0021]利用Hermitian小波对各相暂态电流进行奇异值检测，将时域卷积计算转化为频域乘积运算，变换后的模值表示信号的瞬时能量，模值与时间的变化关系即为Hermitian幅度图，计算相同尺度下各相Hermitian小波变换后的幅度图能量，所含能量最大的相判断为故障相。
[0022]不含尺度因子a的Hermitian小波的时域表达式为：
[0023][0024]含尺度因子a的Hermitian小波的频域表达式为：
[0025][0026]对变换后的各相小波幅度图求解同一尺度a下所含的能量，能量积分运算为：
[0027][0028]式中，N为一个采样窗包含的采样点数，选择能量最大的相为故障相。
[0029]三相低压线路单相接地故障的监测和保护系统，包括：
[0030]零序电流分量获取模块，用于获取母线中各支路的暂态电流和暂态电压，计算母线零序电流分量，判断是否进行故障选线；
[0031]故障线路判断模块，用于根据母线中各支路采集到的暂态电压和暂态电流，计算
各支路电流行波分量，通过Daubechies小波分解各支路电流的前行波或反行波，选取最能体现故障特征的尺度下的细节分量模极值，判断接地故障所在线路为故障线路；
[0032]故障相判断模块，用于根据故障线路的判别结果，对故障线路采集到的暂态电流和电压作进行计算，确定故障相；
[0033]隔离模块，用于根据故障相判别结果，启动对应支路的旁路接地开关，完成故障的隔离。
[0034]隔离模块包括微处理器，微处理器连接母线中各支路上的常开开关和滞后相常闭开关。
[0035]接地开关通过三相继电器串联全控型电子器件IGBT和24V直流电源，每相全控型电子器件IGBT由微处理器控制其触发和关断。
[0036]与现有技术相比，本专利技术以母线零序电流幅值超限作为系统的启动判据，获取母线及各线路出口处的暂态电流和电压后，以暂态电流行波的Daubechies小波模极值比较法选择故障线路，进而计算故障线路各相电流Hermitian小波能量以选择故障相，经微处理器触发旁路接地开关动作，在不影响电网线路运行的前提下，使故障电流经限流电阻泄放至大地，从而保护了系统的运行稳定性。本专利技术所提出的保护方法检测速度快、成本低、装置简便，相比现有单相接地保护装置可靠性更高，安全性更好。
[0037]进一步的，本专利技术提取故障后系统暂态电参数的奇异值并放大，利用Hermitian小波将时域卷积计算转化为频域乘积运算，加快了运算速度，相比于现有的选线与选相方法，提高了故障定位的准确性和可靠性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法，其特征在于，包括：获取母线中各支路的暂态电流和暂态电压，计算母线零序电流分量，判断零序电流分量是否超过预设阈值，若是，则进行故障选线，若否，则再次获取母线的暂态电流；根据母线中各支路采集到的暂态电压和暂态电流，计算各支路电流行波分量，通过Daubechies小波分解各支路电流的前行波或反行波，选取最能体现故障特征的尺度下的细节分量模极值，判断接地故障所在线路为故障线路；根据故障线路的判别结果，对故障线路采集到的暂态电流和电压作进行计算，确定故障相；根据故障相判别结果，启动对应支路的旁路接地开关，完成故障的隔离。2.根据权利要求1所述的三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法，其特征在于，计算母线零序电流分量的方法如下：根据定步长双数据窗实时采集母线各支路暂态电流，主窗和副窗间隔预设信号周期同步移动，从而得到母线零序电流分量。3.根据权利要求1所述的三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法，其特征在于，利用Daubechies小波分解各支路电流的前行波或反行波的具体方法如下：根据母线中各支路采集到的暂态电压和暂态电流，计算各支路在故障前后窗口期内的三相暂态电压和电流变化量，并对暂态电压和电流变化作Clark变换；由故障点流向检测点的行波为正向行波，反之为反向行波，结合线路波阻抗计算电流正正向行波分量和反向行波分量。4.根据权利要求1所述的三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法，其特征在于，Daubechies小波为：其中，b
k
为小波系数，2
‑
k为支撑长度。5.根据权利要求1所述的三相低压线路单相接地故障的监测和保护方法，其特征在于，判断接地故障所在线路的方法如下：通过Daubechies小波分解各支路电流的前行波或反行波，选取最能体现故障特征的尺度下的细节分量模极值，将所有分量模极值进行比较，选择出模极值最大和极性与其他支路相反的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤晓君，李文博，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：