专利名称：单相接地继电保护装置的制作方法
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。
技术背景
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。
在上述技术方案中，优选地，小波变换模块采用三次中心B样条函数的导函数作 为小波函数，小波系数序列Ih1Jkez，{gk}kez为
IhJkez= (0. 125,0. 375,0. 375,0. 125) (k = -1,0,1,2),
IgJkez = (-2,2) (k = 0,1),
经过小波变换模块的小波变换后，将电流暂态行波模量分解成以下形式
权利要求
1.一种单相接地继电保护装置，其特征在于，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，确定是否发生所述单相接地故障； 开出模块，用于将所述故障判定模块的输出开出； 电源模块，用于为所述单相接地继电保护装置提供电源。
2.根据权利要求1所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述信号处理模块包括相模转换模块，用于将所述电流暂态行波转换成所述电流暂态行波模量，将所述电压 暂态行波转换成所述电压暂态行波模量；小波变换模块，用于将所述电流暂态行波模量和所述电压暂态行波模量分别进行小波 变换，分别得到所述电流暂态行波模量的小波变换系数和所述电压暂态行波模量的小波变 换系数；模极大值提取模块，用于根据所述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，根据所述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，用于根据所述电流的小波变换模极大值来确定所述电流暂态行波 模量的波头极性，根据所述电压的小波变换模极大值来确定所述电压暂态行波模量的波头 极性。
3.根据权利要求2所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述小波变换模块采 用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，小波系数序列{hk}kez，{&}kez为{hk} k e z = (0· 125,0. 375,0. 375,0. 125) (k = -1,0,1,2)，IgkIkez= (-2,2) (k = 0,1),经过所述小波变换模块的所述小波变换后，将所述电流暂态行波模量分解成以下形式k<. k其中，A2^n)为所述电流暂态行波模量i (n)的小波逼近系数，为所述电流暂态 行波模量i (η)的小波变换系数。经过所述小波变换模块的所述小波变换后，将所述电压暂态行波模量分解成以下形式
4.根据权利要求3所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述模极大值提取模 块判定所述小波变换系数的模极大值的规则为对于任意给定的正数ε > 0，当满足Ιη-η」< ε时，对任意的η乒η0,有|恢2义％)>|恢2//( )|成立，( )|称为所述电流暂态行波模量的所述小波变换系数的模极 大值；对于任意给定的正数ε > 0，当满足Ιη-η」< ε时，对任意的η乒η0,有 Iw^(AZlj)卜|W2,M(n)|成立，^ ( JI称为所述电压暂态行波模量的所述小波变换系数的模极大值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，经过所述 相模转换模块的所述相模转换之后，所述电流暂态行波模量包括零模电流分量Ιο、α模电 流分量Ia、β模电流分量Ie和Y模电流分量Iy中的任一种或其组合；所述电压暂态行 波模量包括零模电压分量队、α模电压分量Ua、β模电压分量U0和γ模电压分量Uy中 的任一种或其组合。
6.根据权利要求5所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述故障判定模块在 判定所述零模电流分量Itl与所述零模电压分量Utl的波头极性相反时，确定所述线路故障， 否则，确定所述线路未发生故障。
7.根据权利要求5所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述故障判断模块在 判定所述α模电流分量Ia或β模电流分量Ie中任意一个与相对应的所述电压暂态行波 模量的波头极性相反时，确定所述线路故障；在确定所述α模电流分量Ia和所述β模电 流分量Ie与相对应的所述电压暂态行波模量的波头极性均相同时，确定所述线路未发生 故障。
8.根据权利要求5所述的单相接地继电保护装置，其特征在于，所述故障判定模块在 判定所述β模电流分量Ie或所述Y模电流分量Iy中任意一个与相对应的所述电压暂态 行波模量的波头极性相反时，确定所述线路故障；在确定所述β模电流分量Ie和Y模电 流分量Iy与相对应的所述电压暂态行波模量的波头极性均相同时，确定所述线路未发生故障。
全文摘要
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，用于分别从电流暂态行波和电压暂态行波获取电流暂态行波模量的波头极性和电压暂态行波模量的波头极性；故障判定模块，用于比较由信号处理模块获取的电流暂态行波模量的波头极性和电压暂态行波模量的波头极性，在两者波头极性相反的情况下，确定发生单相接地故障；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。通过本发明的技术方案，克服了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陷，提高了单相接地继电保护的灵敏性和可靠性。
文档编号G01R31/08GK102035173SQ201010565358
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者施慎行, 王珺, 董新洲 申请人:清华大学