[发明专利]基于零序电流投影分量比值的小电阻接地系统故障保护方法

权利要求书

1.一种基于零序电流投影分量比值的小电阻接地系统故障保护方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：故障启动：保护装置采集各出线及中性点零序电流，当中性点零序电流超过I_set时保护启动，I_set为零序电流启动门槛值；

S2：投影比值判别：

(1)投影法保护计算：设系统有n条出线，

当系统发生单相接地故障时，中性点接地电阻3R_n与各条出线的对地零序电容C_0i(i＝1,2,…,n)并联得到零序阻抗Z₀：

其中，为系统对地零序电容；ω为工频角速度；

根据分压公式，母线零序电压为：

系统中性点零序电流为：

对于健全出线Li(i＝1,2,…,n)而言，其零序电流等于本线路对地零序电容电流：

故障出线的零序电流为所有健全线路零序电流与中性点零序电流矢量和：

其中，为所有健全线路对地零序电容矢量和；

通过式(3)和式(4)，得出中性点零序电流和健全线路零序电流满足如下规律：

R_n＝10Ω，带入参数值可得即中性点零序电流大于健全线路零序电流10倍以上；

通过式(3)和式(5)，得出故障出线零序电流和中性点零序电流关系：

由式(7)可知故障出线零序电流幅值略大于中性点零序电流；

由式(6)、(7)可知故障出线零序电流幅值同样大于健全线路零序电流幅值10倍以上，继续进行后续的单相接地故障零序电流相位特征分析；

(2)投影法保护原理：

当出线发生单相接地故障时零序电流及在中性点电流上的投影分量如式(8)所示：

式中，为线路Li对应的对地零序电容电流，为线路Li在中性点零序电流上的投影分量，θ_i为线路Li与中性点零序电流的夹角；

根据式(9)设计第k条线路的选线特征值ρ_k：

式中，I_Rn为中性点电流，I_Pi为线路Li在中性点零序电流上的投影分量，由式(8)计算得到；这里的I_Rn和I_Pi均为标量；在投影计算后，故障线路投影分量I_Pn与I_Rn幅值近似相等，方向相反；而健全线路投影分量I_Pi大小近似为0，方向与I_Rn同向或反向；

其中分子为中性点零序电流减去除第k条出线外其余所有出线零序电流投影分量之和，分母为中性点零序电流加除第k条出线外其余所有出线零序电流投影分量之和；

a.若出线发生单相接地故障：

根据分析，健全线路投影分量I_Pi大小近似为0，可知所有健全线路投影分量标量之和亦趋近于0；

对于故障线路而言：

对于健全线路而言：

由此可知，故障线路的选线特征值约等于1，即使有各种不对称情况的出现，ρ值理论上趋近于1；而健全线路的ρ值理论上趋于无穷大，实际上，不平衡零序电流或者线路不对称的情况一定存在，所以ρ值反应在计算结果上在100～9999之间；

b.若母线发生单相接地故障：

此时所有出线均为健全线路，但ρ值与出线接地时并不同，所有出线ρ值计算结果均与式(10)相似，如果所有线路选线特征值ρ均为1，判定为母线接地；

根据a和b两种情况，若保护启动后所有ρ值均为1，为母线接地故障；否则为出线接地故障，ρ值为1的线路对应为故障线路；根据分析，不存在出线接地同时两条线路ρ值计算为1的线路；

考虑到不平衡零序电流或者测量误差等情况，将ρ值整定从约等于1扩大到ρ∈(0,2)；

S3：相位判别：

在故障后采集所有出线的零序电流，得到零序电流相位

(1)全部线路的投影法判别参数ρ_k＝1，且各出线相位差在30°以内，则判定为母线发生接地故障；

(2)投影法判别参数第k条出线的ρ_k＝1，其余线路ρ_k很大，第k条出线的零序电流相位为若超前其他所有出线的相位60°～135°时，则判定为第k条出线故障；

S4：后续保护程序：

在判断故障结束后，保护装置控制故障出线的断路器动作或者控制母线的断路器动作，切除故障，实现故障保护。