[发明专利]单相接地继电保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制技术，尤其涉及单相接地继电保护装置。

背景技术

国内配电系统的中性点多采用中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。这种系统发生单相接地时，接地相电压降低，非接地相电压升高。同时由于系统只能通过对地电容构成回路，对地电容容抗较大，导致故障电流非常小，不会影响到对用户的正常供电，不对系统的安全运行过程构成直接威胁。中国《电力设备过电压保护技术章程》规定，当中性点非有效接地系统该发生单相接地时，可以继续运行2个小时。但是，这种不正常的运行状态并不允许长期存在。首先，接地点会产生接地电弧，电弧高温会导致导线及其临近的绝缘永久性损坏，并可能发展成相间故障；其次非接地相电压升高对该相的绝缘造成威胁，长期运行会加速绝缘老化，而且在这个高电压的作用下配电系统也可能在其它位置被再次击穿，和先前的接地点一起构成短路电流通路，给用户带来更大的损失。

由于中性点非有效接地的配电系统发生单相接地后并没有形成短路回路，在系统和各条线路中流通的零序电流仅仅是线路对地电容电流，接地电流较小。而由于配电线路结构和参数常常是不对称的，使得正常运行时系统存在着不平衡的零序电流，该电流可能“淹没”由接地所引起的零序电流，使得单相接地保护非常困难。

目前，中性点非有效接地系统单相接地保护主要有以下方法：

1)刚刚发生接地的第一个半周期的时间内，故障相电压的突然降低引起分布电容对地放电，而非故障相电压的突然升高会使分布电容充电，从而引起电路的暂态过程。此时接地线路首半波零序电压和零序电流波头极性相反，而非接地线路波头极性相同，从而构成保护算法。但是由于电容电流的峰值大小与发生接地故障瞬间相电压的瞬时值有关，因此很难保证装置的可靠性。

2)系统进入稳态过程后，利用工频零序电压和电流构成的线路功率方向来判断线路是否发生故障。主要方法包括针对于中性点不接地系统的零序功率方向保护、中性点经消弧线圈接地系统的有功功率法以及能量函数法。但是由于算法使用了零序电流的工频分量，从而也无法避免单相接地故障发生后零序电流数值过小而使得保护的可靠性和灵敏性不高。

因此，需要一种单相接地继电保护方法，来克服中性点非有效接地系统因单相接地故障现象不明显而导致传统保护方法不灵敏或失效的缺点，从而提高单相接地继电保护的灵敏性和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种单相接地继电保护装置，能够克服中性点非有效接地系统因单相接地后故障电流不明显而导致传统保护方法不灵敏或失效的缺点，从而提高单相接地保护的灵敏性和可靠性。

本发明提供了一种单相接地继电保护装置，包括：信号采集模块，用于采集线路的电流暂态行波和电压暂态行波；信号处理模块，用于分别从所述电流暂态行波和所述电压暂态行波获取所述电流暂态行波模量的波头极性和所述电压暂态行波模量的波头极性；故障判定模块，用于比较由所述信号处理模块获取的所述电流暂态行波模量的波头极性和所述电压暂态行波模量的波头极性，并根据比较结果确定是否发生所述单相接地故障；开出模块，用于将故障判定模块的输出开出；电源模块，用于为单相接地继电保护装置提供电源。通过上述技术方案，根据电流暂态行波和电压暂态行波的波头极性来判断线路是否发生单相接地，可以灵敏而可靠地检测到单相接地故障。

在上述技术方案中，优选地，信号采集模块可以包括：变换器，将电流暂态行波和电压暂态行波，分别变换成小电流暂态行波模拟信号和小电压暂态行波模拟信号；数据采集电路，用于将小电流暂态行波模拟信号和小电压暂态行波模拟信号分别转换成电流暂态行波数字信号和电压暂态行波数字信号；数据存储器，用于存储电流暂态行波数字信号和电压暂态行波数字信号。

在上述技术方案中，优选地，信号处理模块可以包括：相模转换模块，用于将电流暂态行波转换成电流暂态行波模量，将电压暂态行波转换成电压暂态行波模量；小波变换模块，用于将电流暂态行波模量和电压暂态行波模量分别进行小波变换，分别得到电流暂态行波模量的小波变换系数和电压暂态行波模量的小波变换系数；模极大值提取模块，用于根据电流暂态行波模量的小波变换系数得到电流的小波变换模极大值，根据电压暂态行波模量的小波变换系数得到电压的小波变换模极大值；波头极性确定模块，用于根据电流的小波变换模极大值来确定电流暂态行波模量的波头极性，根据电压的小波变换模极大值来确定电压暂态行波模量的波头极性。