High-resistance Grounding Protection for Flexible Grounded Systems Based on Low-frequency Transient Zero-sequence Current Distortion Rate

LI Xiaobo; ZHANG Shile; PENG Chaohong

doi:10.7500/AEPS20230922007

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High-resistance Grounding Protection for Flexible Grounded Systems Based on Low-frequency Transient Zero-sequence Current Distortion Rate

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- High-resistance Grounding Protection for Flexible Grounded Systems Based on Low-frequency Transient Zero-sequence Current Distortion Rate
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 13, Pages: 171-183(2024)
- 作者机构：
  
  中国矿业大学电气工程学院，江苏省徐州市 221116
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20230922007
  CLC：
- Received：22 September 2023，
  
  Revised：2024-02-01，
  
  Published Online：31 May 2024，
  
  Published：10 July 2024
- 稿件说明：
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李晓波,张世乐,彭超红.基于低频暂态零序电流畸变率的灵活接地系统高阻接地保护[J].电力系统自动化,2024,48(13):171-183.

LI Xiaobo,ZHANG Shile,PENG Chaohong.High-resistance Grounding Protection for Flexible Grounded Systems Based on Low-frequency Transient Zero-sequence Current Distortion Rate[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(13):171-183.
李晓波,张世乐,彭超红.基于低频暂态零序电流畸变率的灵活接地系统高阻接地保护[J].电力系统自动化,2024,48(13):171-183. DOI： 10.7500/AEPS20230922007.

LI Xiaobo,ZHANG Shile,PENG Chaohong.High-resistance Grounding Protection for Flexible Grounded Systems Based on Low-frequency Transient Zero-sequence Current Distortion Rate[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(13):171-183. DOI： 10.7500/AEPS20230922007.

摘要

灵活接地系统中，基于稳态故障特征构成的单相接地保护普遍存在耐过渡电阻能力低的问题，并联小电阻投入后该问题进一步突出。文中研究了并联小电阻投入后故障线路与非故障线路低频暂态零序电流中暂态直流分量比值关系，发现暂态直流分量比值仅与对地电容有关。分析了故障线路与非故障线路低频暂态零序电流畸变率之间比值关系，进一步提出了一种基于低频暂态零序电流畸变率的灵活接地系统单相高阻接地故障选线方法。通过比较特定时间窗口内各馈线低频暂态零序电流畸变率的大小实现故障选线，并可准确区分母线故障与出线故障。该方法能够避免零序电压互感器断线与零序电流互感器极性反接的影响，且受故障距离影响小。同时，该方法采用暂态故障特征构成选线判据，有利于克服并联小电阻投入后稳态故障分量微弱的问题，对互感器精度要求不高。最后，通过实时数字仿真和实验平台分别验证了所述方法的准确性和有效性。

Abstract

In flexible grounded systems

single-phase grounding protection based on steady-state fault characteristics generally has low resistance to transition resistance

and this problem is further exacerbated after the connection of parallel small resistors. This paper studies the relationship between the ratio of the transient DC component in the low-frequency transient zero-sequence current of faulty and non-faulty lines after the connection of parallel small resistors

and finds that the transient DC component ratio is only related to the capacitance to ground. The relationship between the ratio of low-frequency transient zero-sequence current distortion rates of faulty and non-faulty lines is analyzed

and a method for line fault selection based on low-frequency transient zero-sequence current distortion rates in flexible grounded systems with high-resistance grounding faults is further proposed. Fault line selection is achieved by comparing the magnitude of low-frequency transient zero-sequence current distortion rates of each feeder within a specific time window

and busbar faults and outgoing line faults can be accurately distinguished. This method can avoid the impact of zero-sequence voltage transformer disconnection and zero-sequence current transformer polarity reversal

and is less affected by fault distance. At the same time

this method uses transient fault characteristics to form a line selection criterion

which is beneficial for overcoming the weak steady-state fault component after connection of parallel small resistors

and has low requirements for instrumental transformer accuracy. Finally

the accuracy and effectiveness of the method are verified through real-time digital simulation and experimental platforms.

关键词

Keywords

references

要焕年，曹梅月 . 电力系统谐振接地［M］. 2版 . 北京：中国电力出版社， 2009 .

YAO Huannian ， CAO Meiyue . Power system resonant grounding ［M］. 2nd ed . Beijing ： China Electric Power Press ， 2009 .

徐丙垠，李天友，薛永端 . 配电网继电保护与自动化［M］. 北京：中国电力出版社， 2017 .

XU Bingyin ， LI Tianyou ， XUE Yongduan . Relaying protection and automation of distribution networks ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2017 .

TANG T ， HUANG C ， HUA L ， et al . Single-phase high-impedance fault protection for low-resistance grounded distribution network ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2018 ， 12 （ 10 ）： 2462 - 2470 .

叶远波，汪胜和，谢民，等 . 高阻接地故障时消弧线圈并联小电阻接地的控制方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 19 ）： 181 - 186 .

YE Yuanbo ， WANG Shenghe ， XIE Min ， et al . Study on the control method of high impedance faults in the neutral via arc suppression coil paralleled with a low resistance grounded system ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 19 ）： 181 - 186 .

黄志方，魏立新，李刚 . 消弧线圈并联小电阻的灵活接地方式［J］. 广东电力， 2014 ， 27 （ 6 ）： 64 - 67 .

HUANG Zhifang ， WEI Lixin ， LI Gang . Flexible grounding via arc-suppression coil and low resistance in parallel ［J］. Guangdong Electric Power ， 2014 ， 27 （ 6 ）： 64 - 67 .

曾祥君，王福恒，李理，等 . 中压配电网接地故障快速安全处置技术［J］. 供用电， 2021 ， 38 （ 12 ）： 2 - 8 .

ZENG Xiangjun ， WANG Fuheng ， LI Li ， et al . Fast and safe disposal technology of grounding fault in medium voltage distribution network ［J］. Distribution & Utilization ， 2021 ， 38 （ 12 ）： 2 - 8 .

孟毅，严涛，周志强，等 . 中性点消弧线圈并联可控投切低电阻接地装置单相接地故障试验研究［J］. 湖北电力， 2017 ， 41 （ 11 ）： 20 - 23 .

MENG Yi ， YAN Tao ， ZHOU Zhiqiang ， et al . Experimental study on single phase grounding fault of a neutral grounding device consisted of an arc suppression coil and a parallel controllable switching low resistance ［J］. Hubei Electric Power ， 2017 ， 41 （ 11 ）： 20 - 23 .

中国南方电网有限责任公司 . 消弧线圈并联小电阻接地成套装置技术规范（征求意见稿）［EB/OL］.［ 2019-02-06 ］. http：//www.bidding.csg.cn/yjzjgg/1200039088.jhtml http://www.bidding.csg.cn/yjzjgg/1200039088.jhtml .

China Southern Power Grid Company Limited . Technical specification of arc suppression coil parallel low resistance grounding device（draft for comments）［EB/OL］. ［ 2019-02-06 ］. http：//www.bidding.csg.cn/yjzjgg/1200039088.jhtml http://www.bidding.csg.cn/yjzjgg/1200039088.jhtml .

乔一达，吴红斌，吴通华，等 . 含分布式电源的小电阻接地系统分区域零序保护［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 10 ）： 186 - 194 .

QIAO Yida ， WU Hongbin ， WU Tonghua ， et al . Regionalized zero-sequence protection for low-resistance grounded system with distributed generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 186 - 194 .

罗隆福，向博，许加柱，等 . 10 kV小电阻接地系统单相接地故障时的跨步电压仿真与实验研究［J］. 电力自动化设备， 2013 ， 33 （ 6 ）： 21 - 26 .

LUO Longfu ， XIANG Bo ， XU Jiazhu ， et al . Simulation and test of step voltage caused by single-phase grounding fault of 10 kV system earthed with low resistance ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2013 ， 33 （ 6 ）： 21 - 26 .

杨帆，任伟，沈煜，等 . 消弧线圈并联小电阻系统接地故障灵活处理策略［J］. 供用电， 2019 ， 36 （ 3 ）： 44 - 49 .

YANG Fan ， REN Wei ， SHEN Yu ， et al . Grounding fault processing strategy in petersen coil paralleled small resistance grounding system ［J］. Distribution & Utilization ， 2019 ， 36 （ 3 ）： 44 - 49 .

杨帆，金鑫，沈煜，等 . 基于零序导纳变化的灵活接地系统接地故障方向判别算法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 17 ）： 88 - 94 .

YANG Fan ， JIN Xin ， SHEN Yu ， et al . Dicrimination algorithm of grounding fault direction based on variation of zero-sequence admittance in flexible grounding system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 17 ）： 88 - 94 .

周宇，汤涛，曾祥君，等 . 基于零序电流幅值比倍增系数的灵活接地系统故障选线方法［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 23 ）： 112 - 120 .

ZHOU Yu ， TANG Tao ， ZENG Xiangjun ， et al . Fault line detection method for a flexible grounding system based on a zero-sequence current amplitude ratio multiplication coefficient ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 23 ）： 112 - 120 .

刘晓，薛永端，刘萃萃，等 . 基于电压-电流分区的灵活接地系统故障保护［J］. 电力系统及其自动化学报， 2023 ， 35 （ 4 ）： 124 - 131 .

LIU Xiao ， XUE Yongduan ， LIU Cuicui ， et al . Fault protection of flexible grounding system based on voltage-current partition ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2023 ， 35 （ 4 ）： 124 - 131 .

闫森，黄纯，刘映彤，等 . 基于零序功率比的灵活接地系统故障选线方法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2023 ， 35 （ 3 ）： 46 - 52 .

YAN Sen ， HUANG Chun ， LIU Yingtong ， et al . Flexible fault selection method of grounding system based on zero-sequence power ratio ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2023 ， 35 （ 3 ）： 46 - 52 .

齐郑，杭天琦，李悦悦 . 消弧线圈并联小电阻接地方式下的行波故障测距［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 175 - 182 .

QI Zheng ， HANG Tianqi ， LI Yueyue . Traveling wave fault location for arc-suppression coil in parallel with low resistance grounding mode ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 175 - 182 .

YU Kun ， ZENG Xiangjun ， HUANG Mingwei ． A fault section location technique for distribution systems based on wide-area fault information fuzzy clustering analysis ［C］// 2014 International Conference on Power System Technology ， October 20-22 ， 2014 ， Chengdu， China ： 903 - 908 ．

曹文思，吴擎，徐铭铭，等 . 基于分形理论与聚类分析的小电阻接地系统高阻接地保护方法［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 4 ）： 204 - 209 .

CAO Wensi ， WU Qing ， XU Mingming ， et al . High resistance grounding protection method for small resistance grounding systems based on fractal theory and cluster analysis ［J］. Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 4 ）： 204 - 209 .

RAI K ， HOJATPANAH F ， AJAEI F B ， et al . Deep learning for high-impedance fault detection and classification： transformer-CNN ［J］. Neural Computing and Applications ， 2022 ， 34 （ 16 ）： 14067 - 14084 .

汤涛，周宇，曾祥君，等 . 基于过渡电阻评估的灵活接地系统暂态故障选线方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 171 - 179 .

TANG Tao ， ZHOU Yu ， ZENG Xiangjun ， et al . Transient fault line selection method for flexible grounded system based on transition resistance evaluation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 171 - 179 .

配电网技术导则： Q/GDW 10370—2016 ［S］. 北京：中国电力出版社， 2017 .

Technical guidelines for distribution networks ： Q/GDW 10370—2016 ［S］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2017 .

国网设备部关于加大城市配电电缆网单相接地故障快速处置工作的通知［R］. 北京：国家电网有限公司， 2019 .

Notice of the SGCC Equipment Department on increasing the rapid handling of single-phase grounding faults in urban distribution cable networks ［R］. Beijing ： State Grid Corporation of China ， 2019 .

朱秀香，刘肖骢，姚敏东，等 . 配电网接地故障下相电流暂态变化量的分析及应用［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 187 - 196 .

ZZHU Xiuxiang ， LIU Xiaocong ， YAO Mindong ， et al . Analysis and application of transient change of phase current under grounding fault in distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 187 - 196 .

薛永端，刘珊，王艳松，等 . 基于零序电压比率制动的小电阻接地系统接地保护［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 16 ）： 112 - 117 .

XUE Yongduan ， LIU Shan ， WANG Yansong ， et al . Grounding fault protection in low resistance grounding system based on zero-sequence voltage ratio restraint ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 16 ）： 112 - 117 .

徐丙垠，薛永端，冯光，等 . 配电网接地故障保护若干问题的探讨［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 20 ）： 1 - 7 .

XU Bingyin ， XUE Yongduan ， FENG Guang ， et al . Discussion on several problems of earthing fault protection in distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 20 ）： 1 - 7 .

李晓波 . 柔性零残流消弧线圈的研究［D］. 徐州：中国矿业大学， 2010 .

LI Xiaobo . Research on flexible zero-residual-current arc suppression coil ［D］. Xuzhou ： China University of Mining and Technology ， 2010 .

董礼清，薛永端，李娟，等 . 小电流接地故障零序电压分布特征与测距［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 19 ）： 180 - 187 .

DONG Liqing ， XUE Yongduan ， LI Juan ， et al . Zero-sequence voltage distribution characteristics and location of non-solidly grounding fault ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 19 ）： 180 - 187 .

刘宝稳，曾祥君，马宏忠，等 . 参数不对称配电线路的等效模型与接地故障检测方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 13 ）： 159 - 167 .

ZLIU Baowen ， ZENG Xiangjun ， MA Hongzhong ， et al . Equivalent model and grounding fault detection method for distribution lines with asymmetry parameters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 13 ）： 159 - 167 .

林湘宁，高艳，刘沛，等 . 基于零序补偿导纳的小电流接地系统单相故障保护新方法［J］. 中国电机工程学报， 2006 ， 26 （ 10 ）： 45 - 49 .

LIN Xiangning ， GAO Yan ， LIU Pei ， et al . A novel method to identify the single phase-to-earth fault in the neutral un-effectual grounded system using the zero-sequence compensated admittance ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2006 ， 26 （ 10 ）： 45 - 49 .

刘宝稳，曾祥君，张慧芬，等 . 有源柔性接地配电网弧光高阻接地故障检测方法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 11 ）： 4001 - 4013 .

LIU Baowen ， ZENG Xiangjun ， ZHANG Huifen ， et al . Arc high resistance grounding fault detection method for active flexible grounding distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 4001 - 4013 .

ELKALASHY N ， LEHTONEN M ， DARWISH H ， et al . Modeling and experimental verification of high impedance arcing fault in medium voltage networks ［J］. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation ， 2007 ， 14 （ 2 ）： 375 - 383 .

电能质量公共电网谐波： GB/T 14549—1993 ［S］. 北京：中国电力出版社， 1993 .

Quality of electric energy supply harmonics in public supply network ： GB/T 14549—1993 ［S］. Beijing ： China Electric Power Press ， 1993 .

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