零序电流保护方法、装置、系统和存储介质与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及零序电流保护方法、装置、系统和存储介质。


背景技术：

2.现有的中性点经小电阻接地的配电网需配置零序过流保护，一般情况下零序电流保护动作定值的整定计算需要考虑被保护线路电容电流和正常运行时最大不平衡电流的影响，因此零序电流保护的动作电流定值都偏高，这样会导致在一些情况下无法启动零序电流保护，例如在发生高阻接地故障时，故障电流比较小，零序电流保护往往会拒动。虽然通常情况下高阻接地故障不影响系统对负荷的正常供电，但是极易引发人体触电和电气火灾事故，对中性点经小电阻接地的配电网高阻接地故障进行零序电流保护就显得尤为重要。
3.目前针对高阻接地故障的零序电流保护方法，需要获取多个线路的电流信息以及电压信息，对测量设备的同步性以及精确度要求较高，实际应用中难以满足，从而无法得到精确的零序电流保护。


技术实现要素：

4.基于此，本发明提供一种零序电流保护方法、装置、系统和存储介质，考虑到高阻接地故障的问题，仅利用母线的正负零序电压信息以及零序电流即可实现零序电流保护，另外更加完整地考虑线路模型以及线路长度等因素，构建更加精准的零序电流修正系数，补偿过渡电阻对零序电流的影响。
5.第一方面，本发明提供零序电流方法，所述方法应用于小电阻接地系统，所述小电阻接地系统包括接地变压器、系统侧主变压器、电容、母线以及若干馈线；所述接地变压器一端连接母线，另一端接地；所述系统侧主变压器一端连接电网，另一端连接母线；所述电容一端连接母线，另一端接地；所述馈线的始端与母线连接，所述馈线包括非故障馈线和故障馈线，所述方法包括：
6.获取母线的正序电压、负序电压、零序电压以及任一条非故障馈线的始端零序电流；
7.若所述始端零序电流大于预设的最大不平衡电流，则计算修正系数，所述修正系数用于修正电路的零序电流值；
8.若修正后电路的零序电流值大于预设的零序电流保护整定值，则启动保护动作，切除故障线路；
9.其中，所述修正系数具体为：k为修正系数，为母线负序电压，为母线正序电压，为母线零序电压，b
′0为零序电压比例系数，b
′2为负
序电压比例系数。
10.第二方面，本发明提供零序电流保护装置，所述装置应用于小电阻接地系统，所述小电阻接地系统包括接地变压器、系统侧主变压器、电容、母线以及若干馈线；所述接地变压器一端连接母线，另一端接地；所述系统侧主变压器一端连接电网，另一端连接母线；所述电容一端连接母线，另一端接地；所述馈线的始端与母线连接，所述馈线包括非故障馈线和故障馈线，所述装置包括：
11.参数获取模块，用于获取母线的正序电压、负序电压、零序电压以及任一条非故障馈线的始端零序电流；
12.第一判断模块，用于若所述始端零序电流大于预设的最大不平衡电流，则计算修正系数，所述修正系数用于修正电路的零序电流值；
13.第二判断模块，用于若修正后电路的零序电流值大于预设的零序电流保护整定值，则启动保护动作，切除故障线路；
14.其中，所述修正系数具体为：k为修正系数，为母线负序电压，为母线正序电压，为母线零序电压，b
′0为零序电压比例系数，b
′2为负序电压比例系数。
15.第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面零序电流保护方法的步骤。
16.第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，执行第一方面零序电流保护方法。
17.采用上述技术方案的有益效果为：本技术针对小电阻接地系统，考虑到高阻接地的情况，只需要获取正负零序的电压信息以及零序电流信息，即可实现零序电流保护；另外，充分考虑线路模型以及线路长度等因素，构建更加精准地零序电流修正系数，补偿过渡电阻对零序电流的影响，从而使现有的零序电流保护动作值整定方式和保护配合能够自主地适应单相高阻接地故障。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
19.图1为本技术一个实施例中提供的小电阻接地系统示意图；
20.图2为本技术一个实施例中提供的零序电流保护方法示意图；
21.图3为本技术一个实施例中提供的小电阻接地系统单相接地复合序网示意图；
22.图4为本技术一个实施例中提供的小电阻接地系统单相接地零序网络示意图；
23.图5为本技术一个实施例中提供的零序电流保护装置示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了更详细说明本发明，下面结合附图对本发明提供的零序电流保护方法、装置、存储介质和设备，进行具体地描述。
25.现有的零序过流保护设定的动作定值都偏高，在发生高阻接地故障时，由于故障电流比较小，零序电流保护往往会处于拒动状态。而高阻故障极易引发人体触电和电气火灾事故，配电网高阻接地故障进行零序电流保护具有重要意义。
26.本技术实施例提供零序电流保护方法的具体应用场景。所述零序电流保护方法应用于小电阻接地系统，所述小电阻接地系统如附图1所示，小电阻接地系统包括接地变压器、系统侧主变压器、电容、母线以及若干馈线；其中，接地变压器一端连接母线，另一端接地；系统侧主变压器一端连接电网，另一端连接母线；电容一端连接母线，另一端接地；馈线的始端与母线连接，所述馈线包括非故障馈线和故障馈线。当所述零序电流保护方法应用于小电阻接地系统时，还包括用于数据处理的终端设备，所述终端设备包括但不限于智能手机和计算机设备，其中计算机设备可以是台式计算机、便携式计算机、膝上型计算机、平板电脑等设备中的至少一种。用户对终端设备进行操作，发出零序电流保护的启动保护指令，终端设备执行本发明的零序电流保护的方法，具体过程请参见零序电流保护方法实施例。
27.基于此，本技术实施例中提供了一种零序电流保护方法，以该方法应用于终端设备为例进行说明，结合附图2示出的零序电流保护方法示意图。
28.步骤s101：获取母线的正序电压、负序电压、零序电压以及任一条非故障馈线的始端零序电流。
29.步骤s102：若所述始端零序电流大于预设的最大不平衡电流，则计算修正系数，所述修正系数用于修正电路的零序电流值。
30.其中，修正系数具体为：k为修正系数，为母线负序电压，为母线正序电压，为母线零序电压，b
′0为零序电压比例系数，b
′2为负序电压比例系数。
[0031][0032]
其中，b
′0为零序电压比例系数，b
′2为负序电压比例系数，c2为故障馈线单位长度对地负序电容，z2为故障馈线单位长度负序阻抗，y
up(2)
为故障馈线的负序等效导纳，c0为故障馈线单位长度对地零序电容，z0为故障馈线单位长度零序阻抗，y
up(0)
为故障馈线的零序有效导纳，ln为故障馈线的总长度。
[0033]
在计算得到具体的修正系数后，对整个电路中的零序电流值进行修正。
[0034]
具体地，结合附图3小电阻接地系统单相接地复合序网示意图和附图4小电阻接地系统单相接地零序网络示意图，所述修正系数的推导过程如下：
[0035]
步骤s1011故障馈线的始端零序电流的具体表达式为：
[0036]
[0037]
任一条非故障馈线的始端零序电流的具体表达式为：
[0038][0039]
其中，为等效电源电动势，z
1∑
为正序网络等效阻抗过渡电阻，z
2∑
为负序网络等效阻抗过渡电阻，z
0∑
为零序网络等效阻抗过渡电阻，rf为过渡电阻，c0为故障馈线单位长度对地零序电容，z0为故障馈线单位长度零序阻抗，l
nu
为故障点距离故障馈线始端的长度，y
up(0)
为故障馈线的零序有效导纳。
[0040]
步骤s1012：构建修正系数的具体表达式为：
[0041]
步骤s1013：利用改修正系数对故障馈线和非故障馈线的零序电流进行修正可得：
[0042]
修正后的故障馈线始端零序电流的具体表达式为：
[0043][0044]
修正后的非故障馈线始端零序电流的具体表达式为：
[0045][0046]
步骤s1014：经过修正后的故障馈线始端零序电流与故障馈线发生金属性接地故障时的表达式完全相同，由此可得：
[0047]
母线出口处零序电压的具体表达式为：
[0048][0049]
故障点处零序电压的具体表达式为：
[0050][0051]
则母线出口处零序电压又可表示为：
[0052][0053]
其中，b0为第一零序电压比例系数。
[0054]
同理，母线出口处负序电压的具体表达式为：
[0055][0056]
故障点处负序电压的具体表达式为：
[0057][0058]
则母线出口处负序电压又可表示为：
[0059][0060]
其中，b2为第一负序电压比例系数。
[0061]
步骤s1015：根据故障点处负序电压、零序电压公式结构相同，可使两者相除，得到负序等效阻抗和零序等效阻抗的比值：
[0062][0063]
公式可变换表示为：
[0064][0065]
进一步的，设置负荷的正负序阻抗相等，并且等效正负阻抗和线路正负阻抗相等，则有：z
1∑
＝z
2∑
。
[0066]
另外，当负荷的正负序阻抗相等时，母线出口处正序电压具体表示为：
[0067][0068]
其中，c1为故障馈线单位长度对地正序电容，z1为故障馈线单位长度正序阻抗，y
down(1)
为故障馈线的正序有效导纳。
[0069]
母线出口处负序电压具体表示为：
[0070][0071]
由于正序电压和负序电压的表达式中括号的第三项远远小于1，可忽略不考虑。因此正序电压和负序电压表达式括号内的因式相等，两者相除可得：
[0072][0073]
步骤s1016：可构造修正系数k的具体表达式为：
[0074][0075]
其中，该比值受故障位置影响。
[0076]
由于本发明实施例需尽量考虑故障特征不明显的情况，则以故障发生在线路末端的情况作为优先修正考虑，得到：
[0077][0078]
步骤s103：若修正后电路的零序电流值大于预设的零序电流保护整定值，则启动保护动作，切除故障线路。
[0079]
将修正后整个电路的零序电流与预设的零序电流保护整定值进行比较，在修正后整个电路的零序电流大于预设的零序电流保护整定值时，启动保护动作，切除故障线路，以免故障线路造成触电或电气火灾事故。
[0080]
本技术针对小电阻接地系统，考虑到高阻接地的情况，只需要获取正负零序的电压信息以及零序电流信息，即可实现零序电流保护；另外，充分考虑线路模型以及线路长度等因素，构建更加精准地零序电流修正系数，补偿过渡电阻对零序电流的影响，从而使现有的零序电流保护动作值整定方式和保护配合能够自主地适应单相高阻接地故障。
[0081]
另外，本技术实施例的零序电流保护方法还包括步骤s201：若所述始端零序电流小于或等于预设的最大不平衡电流，则返回步骤s101重新获取母线的正序电压、负序电压、零序电压以及任一条非故障馈线的始端零序电流，并判断始端零序电流是否大于预设的最大不平衡电流；直至所述始端零序电流大于预设的最大不平衡电流。另外，本技术实施例的零序电流保护方法还包括步骤s202：若修正后电路的零序电流值小于或等于预设的零序电流保护整定值，则返回步骤s101重新获取母线的正序电压、负序电压、零序电压以及任一条非故障馈线的始端零序电流，并判断所述始端零序电流是否大于预设的最大不平衡电流；直至修正后电路的零序电流值大于预设的零序电流保护整定值。
[0082]
应该理解的是，虽然附图2的流程图中各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以按其他的顺序执行。而且附图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子阶段或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0083]
上述本发明公开的实施例中详细描述了零序电流保护方法，对于本发明公开的上述方法可以采用多种形式的设备实现，因此本发明还公开了对应上述方法的零序电流保护装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。
[0084]
如附图5所示，本发明实施例公开了一种零序电流保护装置，所述装置应用于小电阻接地系统，所述小电阻接地系统包括接地变压器、系统侧主变压器、电容、母线以及若干馈线；所述接地变压器一端连接母线，另一端接地；所述系统侧主变压器一端连接电网，另一端连接母线；所述电容一端连接母线，另一端接地；所述馈线的始端与母线连接，所述馈线包括非故障馈线和故障馈线，所述装置包括：
[0085]
参数获取模块301，用于获取母线的正序电压、负序电压、零序电压以及任一条非故障馈线的始端零序电流；
[0086]
第一判断模块302，用于若所述始端零序电流大于预设的最大不平衡电流，则计算修正系数，所述修正系数用于修正电路的零序电流值；
[0087]
第二判断模块303，用于若修正后电路的零序电流值大于预设的零序电流保护整定值，则启动保护动作，切除故障线路；
[0088]
其中，所述修正系数具体为：k为修正系数，为母线负序电压，为母线正序电压，为母线零序电压，b
′0为零序电压比例系数，b
′2为负序电压比例系数。
[0089]
关于零序电流保护装置的具体限定可以参见上文中对于方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或者部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可
以硬件形式内嵌于或者独立于终端设备的处理器中，也可以以软件形式存储与终端设备的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0090]
在一个实施例中，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述零序电流保护方法的步骤。
[0091]
所述计算机可读存储介质可以是诸如闪存、eeprom(电可擦除可编只读程存储器)、eprom(可擦除可编只读程存储器)、硬盘或者rom之类的电子存储器。可选的，计算机可读存储介质包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。计算机可读存储介质具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入这一个或者多个计算机程序产品中，所述程序代码可以以适当形式进行压缩。
[0092]
在一个实施例中，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行上述零序电流保护方法步骤。
[0093]
所述计算机设备包括存储器、处理器以及一个或多个计算机程序，其中一个或多个计算机程序可以被存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个应用程序配置用于执行上述零序电流保护方法。
[0094]
处理器可以包括一个或多个处理核。处理器利用各种接口和线路连接整个计算机设备内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行计算机设备的各种功能和处理数据。可选地，处理器可以采用数字信号处理(digital signal processing，dsp)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)、可编程逻辑阵列(programmable logic array，pla)中的至少一种硬件形式来实现。处理器可集成中央处理器(central processing unit，cpu)、埋点数据的上报验证器(graphics processing unit，gpu)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，cpu主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；gpu用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器中，单独通过一块通信芯片进行实现。
[0095]
存储器可以包括随机存储器(random access memory，ram)，也可以包括只读存储器(read-only memory)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储终端设备在使用中所创建的数据等。
[0096]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。