基於負序電壓電流特徵的配電網單相斷線故障識別方法與流程
2023-06-07 23:18:59
本發明涉及配電網繼電保護領域，特別涉及一種配電網單相斷線故障的識別方法。
背景技術：
隨著配電網建設的推進，絕緣架空線應用越來越大。隨著線路絕緣化率的提高，雷擊斷線故障越來越多，同時造成斷線故障的原因還有施工等其他原因。配電網發生單相斷線後不影響配電網的正常運行，所以往往很難發現這類故障。但是如果斷線故障不能及時被處理，則會造成周圍人畜觸電等事故，所以有必要研究配電網斷線識別技術。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種基於負序電壓電流特徵的配電網單相斷線故障識別方法，以解決上述技術問題。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
基於負序電壓電流特徵的配電網單相斷線故障識別方法，包括以下步驟：
步驟1：在變電站採集母線的三相電壓和各線路的三相電流；
步驟2：提取母線負序電壓以及各條線路負序電流；
步驟3：求取各出線負序電流的導數；
步驟4：求母線負序電壓與各出線負序電流的相關係數；
步驟5：比較各條線路的相關係數，如果相關係數大於0，則為健全線路；如果相關係數小於0，則為故障線路。
進一步的，步驟2中通過式(3)提取母線負序電壓以及各條線路負序電流：
其中u0(k)、i0(k)為零序電壓和零序電流的採樣點電壓和電流，通過三相電壓和三相電流合成得到，n為每工頻周波的採樣點數。
進一步的，步驟3通過式(4)求取各出線負序電流的導數：
進一步的，步驟4通過式(5)求母線負序電壓與各出線負序電流的相關係數：
相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：本發明首先建立了配電網發生單相斷線故障後的模型，然後基於故障模型分析了健全線路和故障線路的負序電壓和電流特徵，並提出了故障線路的識別方法。本發明基於負序電壓和負序電流導數相關法的配電網單相斷線識別方法具有自舉性，不受配電網中性點接地方式影響，可以可靠識別各類斷線故障。
附圖說明
圖1為配電網發生單相斷線後的負序等效網絡示意圖；
圖2為10kv配電網仿真模型示意圖；
圖3為不接地系統發生單相斷線故障後的負序電壓和負序電流導數相關係數；
圖4為消弧線圈接地系統發生單相斷線故障後的負序電壓和負序電流導數相關係數。
具體實施方式
本發明旨在解決配電網發生單相斷線故障識別問題。指出配電網發生單相斷線後的負序等效網絡如圖1所示，其中zin表示第i條出線線路、負荷變壓器以及負荷的等效負序電抗，iin表示第i條出線的負序電流，zmdn、imdn表示故障線路下遊的等效負序電抗和負序電流，zmun、imun表示故障線路上遊的等效負序電抗和負序電流，zgn、ign表示系統電源的等效負序電抗和負序電流，zln、iln表示消弧線圈的等效負序電抗和負序電流，in表示斷口處注入網絡的等效負序電流源。
從圖1中可以看出對於故障線路負序電流由線路流向母線的，對於健全線路是由母線流向線路的，因為將線路、負荷變壓器以及負荷等效成一個負序電抗、所以對於健全線路滿足：
對於故障線路滿足：
從式(1)、(2)可以看出對於健全線路負序電壓和負序電流的導數滿足正相關，故障線路的負序電壓和負序電流的導數滿足負相關。據此就可以實現故障線路的判別，具體步驟為：
步驟1：在變電站採集母線的三相電壓(ua(k)，ub(k)，uc(k))和各線路的三相電流(ia(k)，ib(k)，ic(k))；
步驟2：通過式(3)，提取母線負序電壓un(k)以及各條線路負序電流in(k)；
其中u0(k)、i0(k)為零序電壓和零序電流的採樣點電壓和電流，通過三相電壓(ua(k)，ub(k)，uc(k))和三相電流(ia(k)，ib(k)，ic(k))合成得到，n為每工頻周波的採樣點數。
步驟3：通過式(4)求取各出線負序電流的導數；
其中，δt為採樣步長；
步驟4：通過式(5)求母線負序電壓與各出線負序電流的相關係數；
步驟5：比較各條線路的相關係數，如果相關係數大於0，則為健全線路；如果相關係數小於0，則為故障線路。
仿真驗證：
圖2為基於pscad建立的10kv配電網仿真模型示意圖；該模型中，35kv變電站有兩回進線，通過兩臺主變壓器配出的10kv系統為單母線形式；母線帶有4條主饋線，出線上各區段的編號如圖中所示。其中，區段1、3、5、10為電纜，區段2、9、11、12、13為架空絕緣線，區段4、6、7、8、14為架空裸導線。消弧線圈裝在所用變中性點上。開關k打開時，系統為中性點不接地系統；開關k閉合則為消弧線圈接地系統，過補償度取為10％。
各區段長度分別為：l1＝5.1km，l2＝4km，l3＝3.8km，l4＝7.5km，l5＝4km，l6＝10km，l7＝0.1km，l8＝3km，l9＝4km，l10＝3.2km，l11＝10km，l12＝5km，l13＝3km，l14＝7.5km。
電纜參數為：正序電阻r1＝0.157ω/km，正序感抗x1＝0.076ω/km，正序容納b1＝132×10-6s/km；零序電阻r0＝0.307ω/km，零序感抗x0＝0.304ω/km，零序容納b0＝110×10-6s/km。
架空絕緣線參數為：r1＝0.27ω/km，正序感抗x1＝0.352ω/km，正序容納b1＝3.178×10-6s/km；零序電阻r0＝0.42ω/km，零序感抗x0＝3.618ω/km，零序容納b0＝0.676×10-6s/km。
區段7、8中裸導線參數為：正序電阻r1＝0.91ω/km，正序感抗x1＝0.403ω/km，正序容納b1＝2.729×10-6s/km；零序電阻r0＝1.06ω/km，零序感抗x0＝3.618ω/km，零序容納b0＝0.672×10-6s/km。
其它區段裸導線參數為：正序電阻r1＝0.63ω/km，正序感抗x1＝0.392ω/km，正序容納b1＝2.807×10-6s/km；零序電阻r0＝0.78ω/km，零序感抗x0＝3.593ω/km，零序容納b0＝0.683×10-6s/km。
兩臺主變參數分別為：容量sn＝2mva，短路損耗pk＝20.586kw，短路電壓百分數uk％＝6.37％，空載損耗p0＝2.88kw，空載電流百分數i0％＝0.61％；容量sn＝2mva，短路損耗pk＝20.591kw，短路電壓百分數uk％＝6.35％，空載損耗p0＝2.83kw，空載電流百分數i0％＝0.62％。
令各配電變壓器與所連接區段編號一致，則它們的容量分別為：s5n＝50kva，s7n＝500kva，s8n＝200kva，s9n＝1mva，s10n＝100kva，s12n＝1mva，s13n＝400kva，s14n＝630kva。為簡單起見，各配電變壓器所帶負荷統一為變壓器容量的80％，功率因數為0.85。
圖3為在不接地系統區段1的末端設置單相斷線不接地故障仿真得到的波形。可以看出，線路1的相關係數為負值、其它線路為正，所以可以確定是線路1發生了斷線故障。
圖4為消弧線圈接地系統在區段4的首端設置單相斷線加負荷側接地故障仿真得到的波形。可以看出，線路4的相關係數為負值、其它線路為正，所以可以確定時線路4發生了斷線故障。
綜上分析可以看出基於負序電壓和負序電流導數相關法的配電網單相斷線識別方法具有自舉性，不受配電網中性點接地方式影響，可以可靠識別各類斷線故障。