[发明专利]一种基于线路电容转移电荷的电缆单极接地故障保护方法

说明书

本发明涉及一种基于线路电容转移电荷的电缆单极接地故障保护方法，包括以下步骤：计算区内故障时转移电荷量和区外故障时转移电荷量的大小；按照区内故障时转移电荷量与区外故障时转移电荷量之和的二分之一确定故障识别判据阈值；当线路发生单极接地故障时，相关启动判据判断可能有故障发生，启动保护；测量线路两端保护安装处的电流，计算线路两端的差动电流，而后进行积分运算得到线路转移电荷量；使用线路区内故障判据：当转移电荷量大于整定值时，判断该故障为区内故障，该段线路跳闸切除，从而清除故障；若判断故障结果为区外故障，则不进行操作，由其他线路的相关保护进行跳闸和切除。

技术领域

本发明涉及一种基于线路电容转移电荷的电缆单极接地故障保护方法。

背景技术

直流配电网是以电压源型模块化多电平换流器为核心的新型配电技术，其电压等级一般为几千伏到几十千伏，多为单极对称接线形式，为保证可靠性，一般采用中性点小电流接地。当线路发生单极接地故障时，故障电流很小，故障极电压会降低到接近于零，而非故障极电压会变为额定电压的两倍左右。由于非故障极电压的抬升会使得系统中出现较大过电压，对相关线路和电气设备的安全运行造成很大威胁。因此，需要对直流配电网线路单极接地故障进行准确识别和定位，及时隔离故障线路来保障系统的安全运行。

传统的针对配电网单极接地故障的研究较少，一般采用外接信号注入的方法，需要额外增加信号会发生设备，且由于故障电流太小，对检测设备的精度要求较高；采用电流方向相关性的方法受到故障过渡电阻的影响；选取线路故障暂态特定频段的识别方法，增加了保护算法的复杂度。因此，针对直流配电网单极接地故障，研究方法可靠、判断准确的识别定位方法，具有重要的价值。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于线路电容转移电荷的电缆单极接地故障保护方法。针对小电流接地方式的直流配电网电缆线路单极接地故障，根据故障接地点的故障电流馈入情况，计算故障后线路故障极电容放电回路电流、非故障极电容充电回路电流和系统接地点回路电流。对线路的暂态差动电流进行积分，以计算线路电容转移电荷量，通过转移电荷量的大小区分线路区内单极接地故障和区外单极接地故障。此单极接地故障判据能够可靠识别接地故障线路，且具有很强的抗过渡电阻能力。

一种基于线路电容转移电荷的电缆单极接地故障保护方法包括以下步骤：

(1)计算区内故障时转移电荷量Q_区内和区外故障时转移电荷量Q_区外的大小：

其中，l₁、l₂、l₃分别为各段线路的长度；C_cb为单位长度的线路分布电容值；U_dc为线路极间电压值。

(2)按照区内故障时转移电荷量与区外故障时转移电荷量之和的二分之一确定故障识别判据阈值Q_set：

Q_set＝(Q_区内+Q_区外)/2

(3)当线路发生单极接地故障时，相关启动判据判断可能有故障发生，启动保护；

(4)测量线路两端保护安装处的电流i_m、i_n，计算线路两端的差动电流i_diff，而后进行积分运算得到线路转移电荷量Q_t：

(5)对计算得到的转移电荷量Q_t，使用线路区内故障判据：

Q_t≥Q_set：区内故障

当转移电荷量大于整定值时，判断该故障为区内故障，该段线路跳闸切除，从而清除故障；若判断故障结果为区外故障，则不进行操作，由其他线路的相关保护进行跳闸和切除。