[发明专利]配电网中性点小电阻接地系统零序电流保护死区消除方法

说明书

本发明公开了配电网中性点小电阻接地系统零序电流保护死区消除方法，具体步骤如下：A、采用准零磁通零序电流互感器，向集中保护装置提供中性点和各出线高精度零序电流模拟量；B、自适应设置出线零序电流保护阈值和中性点电流阈值；C、各出线或中性点电流超过设定阈值之后，通过虚拟方波比相判据，判定线路或母线接地故障，启动线路或主变10kV进线开关跳闸回路，经整定时限跳闸，切除接地故障。本发明基于虚拟矩形方波的相位判定接地故障线路，可准确判定线路或母线金属性接地和高过渡电阻接地，至少在过渡电阻为5kΩ时有足够的灵敏度。解决常规零序电流保护的保护死区随着系统电容电流的增大而增大的弊端，填补国内配网小电阻接地系统的空白。

技术领域

本发明涉及到10kV～20kV配电网中性点经小电阻接地系统零序电流保护领域，具体为用接地故障始端[t₁,t₂]区间零序电流最大瞬时值构成虚拟方波比相判据，实现高过渡电阻接地零序电流保护，消除零序电流保护死区的方法。

背景技术

我国一些大中型城市，10-20kV配电线路全部采用电缆线路，系统电容电流往往可达数百乃至千余安，甚至单回线路电容电流可达百余安，中性点相应采用了低电阻接地(大都采用10Ω电阻)方式。按躲过区外接地故障时本线路出现的最大不平衡电流来整定。运行中环供方式经常出现，每回线路自身的电容电流可能随时会有变化，因此最大不平衡电流不是确定值，通常取40-60A，某些20kV系统的整定值竟高达150A，当过渡电阻大于65-134Ω时，零序电流小于启动设定值，形成保护死区。由于中性点设备是按短时动热稳定选型，保护拒动必然给电力设备及人身安全构成巨大威胁。适应高过渡电阻接地、消除保护死区的零序电流保护研究课题延续不断，但是，只停留在仿真试验阶段，至今没有出台理想的解决方案。

公告号CN105140897B公开了一种适用于小电阻接地系统单相接地故障的保护方法，采用零序电压作为制动量，自适应调整零序电流的整定值，可兼顾金属性接地的灵敏性与高阻接地保护的可靠性。该专利给出最小动作整定值I_set.min＝3A-10A；所举案例以零序电流整定值I_set＝5A为例，取对应的母线零序整定电压U₀＝1.3×5A×10Ω＝65V，叙述了判据的动作过程。判据存在以下问题：1)小电阻接地系统中性点大都使用10Ω电阻，最大接地电流通常在700A左右，应视为零序电流互感器测量上限，最低也应选额定电流为600A的电流互感器，所举案例中最小电流整定值I_set.min＝5A时，占额定值的0.83％，无论是测量级还是保护级，对于穿缆结构零序电流互感器，远达不到最小精确工作电流的边界，更检测不到正常运行时的不平衡电流，测量误差在不可控的范围之内。2)零序电压是零序电流的间接表示符号，U₀＝I₀Z₀，此处Z₀是母线背后等值零序阻抗，是固定值，与过渡电阻没有关系，该专利给出拐点电压U_res.g＝1.3×5x10＝65V，占额定值的1.12％，远远超出了DL/T726限定的剩余电压的测量范围，测量误差在不可控的范围之内。因此，无法线性转换电流电压模拟量，随后的动作逻辑就无从谈起。3)高过渡电阻形成微小接地电流时，存在过零熄弧现象，所以仿真或人为用固定过渡电阻现场试验，得到的标准正弦电流波形，与实际高过渡电阻接地电流和保护装置的动作行为不能符合。此外，判据增加了电压量，且受电压回路断线影响，计算复杂，降低可靠性，给运行维护带来许多麻烦。站在用户立场换位思考，该专利无法实施。4)任何数字仿真模型都不计入电气量非线性传递过程对运算结果的影响，仿真结果无法形成实用化产品。国家自然科学基金资助项目(51477184)，中国南方电网有限责任公司科技项目(GZHKJ00000020)的论文就是该专利的实用篇，案例将启动电流整定为4A，取制动拐点零序电压为133V(占额定值的2.3％)，没有计及剩余电压的测量误差，在仿真模型上可实现过渡电阻900Ω正确动作，没有看到现场运行印证案例。