一種基於小電流接地選線裝置的配電網接地故障定位方法與流程
2024-02-09 02:55:15 1
本發明涉及電力系統配電網單相接地故障檢測技術領域，具體涉及一種基於小電流接地選線裝置的配電網接地故障定位方法。
背景技術：
隨著用電需求的不斷增加，35kv及以下電壓等級的配電網的線路越來越長，分支線路越來越多，網絡結構越來越複雜，線路故障率也比較高，成為影響供電網可靠性的核心問題。儘管微機繼電保護裝置能夠檢測和切除短路故障，以暫態法原理為代表的新一代小電流接地選線裝置能夠檢測和切除接地故障，但是，目前只能定位到故障線路，還無法精確定位故障點。
目前，故障點定位基本上都需要人工現場查找，往往需要耗費大量人力、物力和時間，直接影響配電網的可靠供電能力和供電質量。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供了一種基於小電流接地選線裝置的配電網接地故障定位方法，具體技術方案如下：
一種基於小電流接地選線裝置的配電網接地故障定位方法包括以下步驟：
（1）小電流接地選線裝置採集故障時刻的母線零序電壓和各條線路首端零序電流；
（2）故障指示器採集故障時刻的故障電流峰值信號和零序電流信號；
（3）小電流接地選線裝置選出故障線路：
1）計算各條線路零序電流暫態高頻分量，記零序電流幅值為val(i)(j)，相位為phas(i)(j)，其中i表示線路號，i=1,2,...,n；j表示頻率次數，j=5,...,60，比較各條線路各頻率次數對應的零序電流幅值val(i)(j)，找到其中的最大值max{val(i)(j)}，對應的j值即為特徵頻率fs，各條線路的零序電流在特徵頻率fs下的幅值即為特徵分量，記各條線路的特徵分量幅值為val(i)(fs)，特徵分量的相位值為phas(i)(fs)；
2）將各條線路的特徵分量幅值val(i)(fs)按從大到小排序，並以首線路l1的特徵分量的相位值phas(1)(fs)為參考，計算其它各條線路的特徵分量的相位與首線路l1的特徵分量的相位的相位差，記為ph(i)，即
ph(i)=phas(i)(fs)-phas(1)(fs)；
若，則判定對應的第i條線路與首線路l1同相，記該條線路的f(i)=1；若，則判定對應的第i條線路與首線路l1反相，記該條線路的f(i)=-1；
3）在步驟2）中所得的所有f(i)值中，如果有且僅有一條線路的f(i)值與其它線路不同，記該條線路為lx，且其對應的特徵分量幅值val(x)(fs)滿足：
；
則判定線路lx為接地線路，其中k1值為整定值可靠係數，取值範圍為0.7~0.9；
4）提取故障線路lx的零序電流峰值幅值ip_line，零序電流基波幅值val_line(1)、零序電流5次諧波幅值val_line(5)；
（4）小電流接地選線裝置收集故障線路lx上的故障指示器採集的特徵信號：
小電流接地選線裝置向故障線路lx上所有的故障指示器下發數據召喚指令，故障線路lx上的故障指示器收到小電流接地選線裝置下發的數據召喚指令後，從步驟（2）中採集的信號量中提取故障電流峰值信號ip_fi(s)、零序電流信號的基波幅值val_fi(s)(1)和零序電流信號的基波相位pha_fi(s)(1)、零序電流5次諧波幅值val_fi(s)(5)和零序電流5次諧波相位pha_fi(s)(5)，s為故障線路lx上的故障指示器的編號，從線路首端到末端依次編號，s=1,2,3…m，m為故障線路lx上安裝的故障指示器的總數；
（5）單相接地故障定位判斷：
1）判據1：
；
判據1適用於中性點不接地系統和消弧線圈接地系統；其中ip_line為故障線路lx的零序電流峰值幅值，ip_line為經過零序互感器傳變後的二次值，krel1為可靠係數，取值範圍為0.9~1.2，kct為故障線路lx得零序電流互感器變比，按實際變比值整定，ip_fi(1)為故障線路lx上靠近母線的第一組故障指示器採集的故障電流峰值信號幅值的最大值，ip_fi(1)為一次值；
2）判據2：
；
判據2適用於中性點不接地系統；其中val_fi(1)(1)為故障線路lx上靠近母線的第一組故障指示器採集的零序電流信號的基波幅值，為一次值，krel2為可靠係數，取值範圍為0.9~1.2，kct為故障線路lx得零序電流互感器變比，按實際變比值整定，val_line(1)為故障線路lx的零序電流基波幅值；
3）判據3：
；
判據3適用於中性點不接地系統和消弧線圈接地系統，val_fi(1)(5)為故障線路lx上靠近母線的第一組故障指示器採集的零序電流5次諧波幅值，為一次值；krel3為可靠係數，取值範圍為0.9~1.2，kct為故障線路lx得零序電流互感器變比，按實際變比值整定，val_line(5)為故障線路lx的零序電流5次諧波幅值；
4）對於中性點不接地系統，如果滿足判據1的條件，且滿足判據2或判據3，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上的第一組故障指示器之後，繼續執行後續故障點定位；否則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上第一組故障指示器之前；
對於消弧線圈接地系統，如果同時滿足判據1和判據3的條件，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上的第一組故障指示器之後，繼續執行後續故障點定位；否則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上的第一組故障指示器之前；
5）判據4：
；
判據4適用於中性點不接地系統，其中，為故障線路lx上所有故障指示器採集的零序電流基波幅值中的最大值，對應的故障指示器組號為p，為故障線路lx上所有故障指示器採集的零序電流基波幅值中的最大值對應的相位；、為故障線路lx上第p組故障指示器後面的一組故障指示器採集的零序電流基波的幅值及對應的相位；kset1為整定的可靠係數，取值範圍為2~5；的計算公式如下：
；
其中m為故障線路lx上安裝的故障指示器的總數；
6）判據5：
；
判據5適用於中性點不接地系統及消弧線圈接地系統，其中，為故障線路lx上所有故障指示器採集的零序電流5次諧波幅值中的最大值，對應的故障指示器組號為q，為故障線路lx上所有故障指示器採集的零序電流5次諧波幅值中的最大值對應的相位；、為故障線路lx上第q組故障指示器後面的一組故障指示器採集的零序電流5次諧波的幅值及其對應相位；kset2為整定的可靠係數，取值範圍為2~5；的計算公式如下：
；
其中m為故障線路lx上安裝的故障指示器的總數；
7）對於中性點不接地系統，如果滿足判據4的條件或者判據5的條件，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上第p組故障指示器之後；如果p≠q，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上第q組故障指示器之後；如果判據4、判據5都不滿足條件，則判為故障定位失敗；
對於消弧線圈接地系統，為了避免消弧線圈補償電流影響，只採用判據5判斷故障線路lx上故障點位置，如果滿足判據5的條件，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上第q組故障指示器之後，否則判定故障定位失敗。
進一步，步驟（1）中的採樣速率不低於25.6khz。
進一步，步驟（2）中所述故障指示器每隔1~2km在不同單相線路相對設置3個；在不同單相線路相對設置的3個故障指示器為一組故障指示器；所述故障指示器包括3個採集單元、1個匯集單元，3個採集單元分別與1個匯集單元連接；所述故障電流峰值信號由全電流信號經過低頻截止頻率為150hz的高通濾波電路後採集得到；零序電流信號由故障指示器的3個採集單元採集的相電流信號經過匯集單元合成得到。
進一步，步驟（3）中特徵分量提取採用數據窗法，以步驟（1）中各條線路首端零序電流採樣值中的最大值所發生的對應時刻t為中心取一周波數據，對該數據窗進行傅立葉計算，得到該條線路每個頻率次數的零序電流幅值val(i)(j)和及其相位phas(i)(j)，找到其中的零序電流的最大幅值max{val(i)(j)}，其對應的頻率j即為特徵頻率fs。
進一步，步驟（4）中小電流接地選線裝置是通過gprs的通信方式向故障線路lx上所有的故障指示器下發數據召喚指令。
本發明提出的一種基於小電流接地選線裝置的配電網接地故障定位方法，綜合暫態原理小電流接地選線裝置與線路上故障指示器採集的信息，可實現配電網單相接地故障精確定位，有利於現場故障查找，提高配網故障處理效率，較少停電時間，提升配電網供電可靠性。本發明能夠準確定位配電網單相接地故障，小電流接地選線裝置採用暫態信號特徵頻帶選線理論，選線準確率達98%以上，可準確捕捉暫態信號，可實現故障分析和溯源，同時支持負荷在線測量、統計和分析。
附圖說明
圖1是本發明一種基於小電流接地選線裝置的配電網接地故障定位方法的流程圖。
具體實施方式
為了更好的理解本發明，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明：
研究發現：（1）中性點不接地系統中，故障線上，從母線至故障點處，越靠近故障點，各處零序電流越大；（2）中性點不接地系統中，故障線上，從故障點到線路末端，越靠近故障點，各處零序電流越大；（3）中性點不接地系統中，線路首端零序電流小於故障點上遊故障指示器採集零序電流，顯著大於故障點下遊的零序電流；（4）中性點不接地系統中，故障點上遊的零序電流相位與故障點下遊的零序電流相位相反；（5）消弧線圈接地系統中，故障點上遊的零序電流全部受到消弧線圈補償電流影響，（1）、（3）、（4）所述結論可能不再滿足；（6）消弧線圈接地系統中，故障點下遊的零序電流特徵仍然與結論（2）一致；（7）消弧線圈接地系統中，首容性頻段內的暫態分量基本不受消弧線圈影響，結論（1）至（4）仍然成立。根據這些特徵，本發明提供了一種基於小電流接地選線裝置的配電網接地故障定位方法，具體技術方案如下：
一種基於小電流接地選線裝置的配電網接地故障定位方法包括以下步驟：
（1）小電流接地選線裝置採集故障時刻的母線零序電壓和各條線路首端零序電流，採樣速率不低於25.6khz，以保證不失真地捕捉接地瞬間零序電流暫態信號；
（2）故障指示器採集故障時刻的故障電流峰值信號和零序電流信號；故障指示器每隔1~2km在不同單相線路相對設置3個；在不同單相線路相對設置的3個故障指示器為一組故障指示器；故障指示器包括3個採集單元、1個匯集單元，3個採集單元分別與1個匯集單元連接；故障電流峰值信號由全電流信號經過低頻截止頻率為150hz的高通濾波電路後採集得到，有效濾除50hz的負荷電流信號；零序電流信號由故障指示器的3個採集單元採集的相電流信號經過匯集單元合成得到。
（3）小電流接地選線裝置選出故障線路：
1）計算各條線路零序電流暫態高頻分量，記零序電流幅值為val(i)(j)，相位為phas(i)(j)，其中i表示線路號，i=1,2,...,n；j表示頻率次數，j=5,...,60，比較各條線路各頻率次數對應的零序電流幅值val(i)(j)，找到其中的最大值max{val(i)(j)}，對應的j值即為特徵頻率fs，各條線路的零序電流在特徵頻率fs下的幅值即為特徵分量，記各條線路的特徵分量幅值為val(i)(fs)，特徵分量的相位值為phas(i)(fs)；
2）將各條線路的特徵分量幅值val(i)(fs)按從大到小排序，並以並以首線路l1的特徵分量的相位值phas(1)(fs)為參考，計算其它各條線路的特徵分量的相位與首線路l1的特徵分量的相位的相位差，記為ph(i)，即
ph(i)=phas(i)(fs)-phas(1)(fs)；
若，則判定對應的第i條線路與首線路l1同相，記該條線路的f(i)=1；若，則判定對應的第i條線路與首線路l1反相，記該條線路的f(i)=-1；
3）在步驟2）中所得的所有f(i)值中，如果有且僅有一條線路的f(i)值與其它線路不同，記該條線路為lx，且其對應的特徵分量幅值val(x)(fs)滿足：
；
則判定線路lx為接地線路，其中k1值為整定值可靠係數，取值範圍為0.7~0.9；
4）提取故障線路lx的零序電流峰值幅值ip_line，零序電流基波幅值val_line(1)、零序電流5次諧波幅值val_line(5)；
（4）小電流接地選線裝置收集故障線路lx上的故障指示器採集的特徵信號：
小電流接地選線裝置通過gprs的通信方式向故障線路lx上所有的故障指示器下發數據召喚指令，故障線路lx上的故障指示器收到小電流接地選線裝置下發的數據召喚指令後，從步驟（2）中採集的信號量中提取故障電流峰值信號ip_fi(s)、零序電流信號的基波幅值val_fi(s)(1)和零序電流信號的基波相位pha_fi(s)(1)、零序電流5次諧波幅值val_fi(s)(5)和零序電流5次諧波相位pha_fi(s)(5)，s為故障線路lx上的故障指示器的編號，從線路首端到末端依次編號，s=1,2,3…m，m為故障線路lx上安裝的故障指示器的總數；
（5）單相接地故障定位判斷：
1）判據1：
；
判據1適用於中性點不接地系統和消弧線圈接地系統；其中ip_line為故障線路lx的零序電流峰值幅值，ip_line為經過零序互感器傳變後的二次值，krel1為可靠係數，取值範圍為0.9~1.2，kct為故障線路lx得零序電流互感器變比，按實際變比值整定，ip_fi(1)為故障線路lx上靠近母線的第一組故障指示器採集的故障電流峰值信號幅值的最大值，ip_fi(1)為一次值；
2）判據2：
；
判據2適用於中性點不接地系統；其中val_fi(1)(1)為故障線路lx上靠近母線的第一組故障指示器採集的零序電流信號的基波幅值，為一次值，krel2為可靠係數，取值範圍為0.9~1.2，kct為故障線路lx得零序電流互感器變比，按實際變比值整定，val_line(1)為故障線路lx的零序電流基波幅值；
3）判據3：
；
判據3適用於中性點不接地系統和消弧線圈接地系統，val_fi(1)(5)為故障線路lx上靠近母線的第一組故障指示器採集的零序電流5次諧波幅值，為一次值；krel3為可靠係數，取值範圍為0.9~1.2，kct為故障線路lx得零序電流互感器變比，按實際變比值整定，val_line(5)為故障線路lx的零序電流5次諧波幅值；
4）對於中性點不接地系統，如果滿足判據1的條件，且滿足判據2或判據3，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上的第一組故障指示器之後，繼續執行後續故障點定位；否則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上第一組故障指示器之前；
對於消弧線圈接地系統，如果同時滿足判據1和判據3的條件，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上的第一組故障指示器之後，繼續執行後續故障點定位；否則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上的第一組故障指示器之前；
5）判據4：
；
判據4適用於中性點不接地系統，其中，為故障線路lx上所有故障指示器採集的零序電流基波幅值中的最大值，對應的故障指示器組號為p，為故障線路lx上所有故障指示器採集的零序電流基波幅值中的最大值對應的相位；、為故障線路lx上第p組故障指示器後面的一組故障指示器採集的零序電流基波的幅值及對應的相位；kset1為整定的可靠係數，取值範圍為2~5；的計算公式如下：
；
其中m為故障線路lx上安裝的故障指示器的總數；
6）判據5：
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判據5適用於中性點不接地系統及消弧線圈接地系統，其中，為故障線路lx上所有故障指示器採集的零序電流5次諧波幅值中的最大值，對應的故障指示器組號為q，為故障線路lx上所有故障指示器採集的零序電流5次諧波幅值中的最大值對應的相位；、為故障線路lx上第q組故障指示器後面的一組故障指示器採集的零序電流5次諧波的幅值及其對應相位；kset2為整定的可靠係數，取值範圍為2~5；的計算公式如下：
；
其中m為故障線路lx上安裝的故障指示器的總數；
7）對於中性點不接地系統，如果滿足判據4的條件或者判據5的條件，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上第p組故障指示器之後；如果p≠q，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上第q組故障指示器之後；如果判據4、判據5都不滿足條件，則判為故障定位失敗；
對於消弧線圈接地系統，為了避免消弧線圈補償電流影響，只採用判據5判斷故障線路lx上故障點位置，如果滿足判據5的條件，則認為故障線路lx上的故障點位於故障線路lx上第q組故障指示器之後，否則判定故障定位失敗。
進一步，步驟（3）中特徵分量提取採用數據窗法，以步驟（1）中各條線路首端零序電流採樣值中的最大值所發生的對應時刻t為中心取一周波數據，對該數據窗進行傅立葉計算，得到該條線路每個頻率次數的零序電流幅值val(i)(j)和及其相位phas(i)(j)，找到其中的零序電流的最大幅值max{val(i)(j)}，其對應的頻率j即為特徵頻率fs。
本發明不局限於以上所述的具體實施方式，以上所述僅為本發明的較佳實施案例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。