一種基於GOOSE的分布式接地選線方法及系統與流程
2023-04-25 01:19:42 2
本發明涉及一種電力系統輸配電的接地故障保護方法，特別涉及一種接地選線方法。
背景技術：
我國電網3-66kv電壓等級的系統，其中性點一般採用小電流接地方式，包括中性點不接地、經消弧線圈接地、經高阻接地，又稱為中性點非有效接地方式。小電流接地系統的特點在於，發生單相接地故障時，不構成短路迴路，故障電流基本為電容電流，數值較小，並且系統三相線電壓依舊保持對稱，短時內對正常用電無明顯影響，可帶故障運行1-2小時。因此提高了系統運行的可靠性。特別是在瞬時故障條件下，短路點可以自行滅弧恢復絕緣，這對於減少用戶短時停電次數具有積極意義。
小電流接地系統雖然可靠性高，但是由於單相接地故障時，非故障相電壓會升高為線電壓，長期帶故障運行，系統內絕緣薄弱環節易被擊穿，造成相間短路或三相短路，導致故障範圍擴大，嚴重影響供電安全性和可靠性。因此，發生永久性單相接地故障時，有必要儘快定位故障線路並切除。
小電流接地系統發生單相接地故障時，具有短路電流小、故障特徵不明顯的特點，特別是經消弧線圈接地系統，消弧線圈對接地電容電流補償後，故障線路與非故障線路的電流更加接近，故障特徵更加不明顯。經過了國內外多年的研究，目前已經有比幅法、比相法、諧波法、暫態分量法等多種接地選線方法，在實際應用中一般都需要單獨配置專門的小電流接地選線裝置。
所有選線方法，不論基於穩態量還是暫態量、基波還是諧波，都可以歸為兩大類，一類是比幅法，通過比較各線路零序分量的幅值，尋找差異進行故障選線；一類是比相法，通過比較各線路零序分量的相位，尋找差異進行故障選線。其中比相法要求各線路的零序ct極性必須一致，而現場存在零序ct極性難以校驗的問題，導致所有基於比相法的選線方法都受到限制；另外，小電流接地選線裝置由於只接入零序電流，如果發生零序ct斷線也無法校驗，影響選線準確率；再 者，配置小電流接地選線裝置需要增加很多電纜接入，施工量很大。因此，當前的小電流接地選線方法和小電流接地選線裝置存在可改進之處。
技術實現要素：
本發明的目的是：針對小電流接地系統，提供一種基於goose的分布式接地選線方法及系統，由各保護裝置計算接地選線所需的特徵量，並轉換為goose信號進行共享，實現故障選線，同時在保護裝置中進行零序極性ct自動校正以及斷線監測，提高故障選線準確率。
為了達成上述目的，本發明的解決方案是：
一種基於goose的分布式接地選線方法，其特徵在於，對於中性點非有效接地系統，由變電站各線路的保護裝置分別計算各自的接地故障特徵量，並轉換為goose信號利用通信網絡共享，綜合比較變電站各線路的故障特徵量識別故障線路，具體包括如下步驟：
步驟1：變電站各線路的保護裝置計算各自的接地故障特徵量；
步驟2：變電站各線路的保護裝置進行零序ct監測以及極性自動修正，通過比較自產零序電流和外接零序電流的幅值和極性，監測零序ct斷線，並根據自產零序電流的極性對相位接地故障特徵量進行修正；
步驟3：變電站各線路的保護裝置將接地故障特徵量轉換為goose信號發送至通信網絡；
步驟4：變電站各線路的保護裝置從通信網絡接收其他線路的接地故障特徵量，綜合比較變電站全部線路的接地故障特徵量，識別故障線路，如果故障線路為自身所在線路，則根據設定進行跳閘隔離故障。
其中，接地故障特徵量傳輸方法的特徵在於，將接地故障特徵量轉換為goose信號，通過站控層網絡或者過程層網絡進行傳輸。
其中，步驟2中零序極性自動校正方法的特徵在於，接地故障發生時，線路保護裝置自動比較自產零序電流與外接零序電流相對於自產零序電壓的相位，判別零序電流是否極性接入有誤，如果極性有誤，則發出報警信號，同時對接地故障的相位特徵量以自產零序電流相對於自產零序電壓的相位為基準進行自動修正。
本發明的方案還包括一種基於goose的分布式接地選線系統，其特徵在於， 由變電站的各線路保護裝置和通信網絡構成，各線路保護裝置通過通信網絡相連，通過goose信號共享各線路的接地故障特徵量，接地選線流程採用權利要求1所述的分布式接地選線方法。
採用上述方案後，本發明的有益效果是：
(1)能夠自動校正零序ct的極性，提高比相式選線判據的準確率；
(2)能夠對零序pt、零序ct進行監測，降低斷線對選線準確率的影響；
(3)不需要增加接地選線裝置，不需要增加電纜接線，也不需要增加通信網絡接線。
附圖說明
圖1是本發明所應用的小電流接地系統主接線示意圖舉例；
圖2是本發明的基於goose的分布式選線方法的流程圖；
圖3是本發明的基於goose的分布式選線系統的配置圖。
具體實施方式
以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
小電流接地系統包括中性點不接地、經消弧線圈接地、經高阻接地等形式，圖1是以中性點經消弧線圈接地的典型情況為例。圖1中l1-l5為該供電系統中的5條線路，實際系統中並不限於5條。接地故障發生時，如圖1中l3發生了單相接地故障，三相之間的線電壓仍然保持對稱，但是健全相的對地電壓會升高，金屬性單相接地的情況下，健全相對地電壓會升高至1.732倍正常相電壓的水平，故障相對地電壓降為0，此時全系統會產生顯著的零序電壓，因此一般會選取零序電壓作為接地故障發生的判別條件。由於中性點為非有效接地，短路電流不能形成通路，在沒有消弧線圈補償時，非故障線路流過自身的對地電容電流，故障線路流過全系統非故障線路對地電容電流之和，會存在一些差異，但是由於實際故障電流仍然很小，特徵不夠明顯；特別是存在消弧線圈時，會對故障線路中流過的零序電流進行補償，此時故障電流會更小，故障特徵更加不明顯。
經過了國內外多年的研究，目前已經有多種接地選線方法，一般通過提取零序電流中的工頻分量、諧波分量或者暫態分量等，分析故障線路和非故障線路之 間的差異，一種差異是幅值大小，另一種差異是相位差別，因此可以歸為比幅式和比相式兩大類。絕大多數選線方法都是綜合變電站各線路的接地故障特徵量進行比較，得到選線結果，一般都採用配置專門的選線裝置，接入電壓及變電站全部線路的零序電流集中實施。事實上，變電站各線路都是配置保護裝置的，如果由各自的保護裝置計算出接地故障特徵量，再通過通信網絡實現信息共享，則可以在保護裝置內部實現故障選線，而不必再單獨配置接地選線裝置。
基於goose的分布式接地選線方法的流程參考圖2，主要有如下四個步驟：
步驟1：變電站各線路的保護裝置計算各自的接地故障特徵量：
一般情況下，變電站各線路的保護裝置已經接入了三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流等電氣量，不需單獨為接地選線增加電纜接入其他電氣量，在沒有零序電壓、零序電流接入時，還可以通過三相電壓、三相電流通過軟體進行合成。
在變電站各線路的保護裝置中配置接地選線故障量的計算程序。當發生接地故障時，零序電壓升高，保護裝置啟動，進入故障處理流程，計算接地選線所需的各種故障特徵量，例如用於工頻量特徵選線的零序基波幅值、零序基波相位；用於五次諧波特徵選線的五次諧波幅值、五次諧波相位；用於暫態量特徵選線的首半波峰值、相位，或者經小波變換得到的模極大值；用於有功分量選線的有功分量的幅值、相位等。實際需要計算哪種或者哪幾種接地故障特徵量，可以根據所選的接地方法進行設定。
本線路的保護裝置由於接入了所需的全部電氣量，因此有條件計算各種所需的接地故障特徵量。
步驟2：變電站各線路的保護裝置進行零序ct監測以及極性自動修正：
由於零序電流一般在接地故障時才會出現，對於單獨配置的接地選線裝置，零序ct的極性接入是否正確正常時難以校驗，這會導致基於比相法的選線方法準確率大為降低。而對於保護裝置，在同時接入了三相電流和零序電流後，可以通過三相電流自產的零序電流和外部接入的零序電流進行比較，自動校驗其相位是否正確。
保護裝置在程序中通過對三相電流做矢量和，得到自產零序電流，通過對三相電壓做矢量和，得到自產零序電壓。由於保護裝置的三相電流相對於三相電壓的極性都是經過正確校驗的，因此自產零序電流相對於自產零序電壓的極性是符 合正確校驗的。正常情況下，自產零序電流應該與外接零序電流的相位和幅值都應該是基本相同的。接地故障發生時，程序自動比較自產零序電流與外接零序電流相對於自產零序電壓的相位，可以判別零序電流是否極性接入有誤，如果極性有誤，則發出報警信號，同時對接地故障的相位特徵量以自產零序電流相對於自產零序電壓的相位為基準進行自動修正。通過這種自動校驗和自動修正，可以保證變電站各線路的接地故障相位特徵量極性一致。
同理，對於單獨配置的接地選線裝置，零序ct是否斷線也是無法自動校驗的。而在保護裝置中，通過比較自產零序電流與外接零序電流的幅值差，當超過門檻值時，經延時判定為零序ct斷線，發出報警信號，以供現場人員及時發現。
步驟3：變電站各線路的保護裝置將接地故障特徵量轉換為goose信號發送至通信網絡：
通過步驟1和步驟2，各保護裝置得到自身的接地故障特徵量，之後將其轉換為goose信號，發送至通信網絡上。
goose是符合iec61850標準的標準協議，根據iec61850標準的規定，goose信號的通信延遲應小於4ms，因此goose信號具有高實時性的特點。goose信號既可以傳輸布爾量，又可以傳輸模擬量，因此接地故障的幅值特徵量、相位特徵量都可以傳輸。
為了實現goose信號的傳輸，變電站的各保護裝置之間應具備通信網絡，而常規變電站本身都具備站控層網絡，可採用站控層goose，智能化變電站具備過程層網絡，還可以採用站控層goose，不論常規變電站還是智能化變電站，都不需要單獨再增加通信網絡即可實現goose信號的傳輸。
步驟4：變電站各線路的保護裝置從通信網絡接收其他線路的接地故障特徵量，綜合比較變電站全部線路的接地故障特徵量，識別故障線路，如果故障線路為自身所在線路，則根據設定進行跳閘隔離故障：
各保護裝置從通信網絡上獲取變電站各線路的接地故障特徵量goose信號，從而可以獲得變電站所有線路的接地故障特徵量，綜合進行幅值比較和相位比較，實現故障選線。如果選線結果為自身線路，並且設定為直接跳閘，則可以根據設定直接跳閘實現故障隔離。
本發明還提出一種基於goose的分布式接地選線系統，其構成參考圖3，由變電站各線路的保護裝置和通信網絡構成，各保護裝置通過通信網絡相連。圖3 中，p0為電源支路l0的保護裝置，l1-l5為5條線路，p1-p5為相應線路的保護裝置，圖3僅為舉例，實際不限於5條線路。圖3中採用中性點經消弧線圈接地方式，僅為一種舉例，實際該系統適用於中性點採用不接地、經消弧線圈接地或經高阻接地等非有效接地方式。該系統的程序流程採用本發明中提出的基於goose的接地方式系統轉換方法。各保護裝置中具備計算接地故障特徵量的程序、綜合比較特徵量進行故障選線的程序。當發生接地故障時，各保護裝置計算自身線路的接地故障特徵量，同時監測自身的零序電流是否存在異常，並對相位特徵量進行自動修正，處理完畢後將故障特徵量結果轉換為goose信號發送至通信網絡，並從通信網絡獲取變電站其他線路的接地故障特徵量，之後綜合比較進行故障選線，如果為自身所在線路故障還可以根據設定進行跳閘隔離故障。
綜上，本發明的基於goose的分布式選線方法及系統可實現為小電流接地系統實現接地故障選線，而且不需要增加設備、電纜接線或者通信接線。
以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。