利用相電流突變量高頻信號相位比較的諧振接地系統單相接地故障區段定位方法與流程
2023-04-25 01:16:36
本發明屬於配電網繼電保護領域，特別涉及一種諧振接地系統單相接地故障區段定位方法。
背景技術：
諧振接地系統的單相接地選線和區段定位問題一直是研究的熱點和難點，目前主要還是基於零序電壓電流特徵的，該類方法需要獲得零序電壓和零序電流，不利於工程實現，所以研究具有自舉性的基於相電壓電流信息的區段定位方法具有重要意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種利用相電流突變量高頻信號相位比較的諧振接地系統單相接地故障區段定位方法，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：
利用相電流突變量高頻信號相位比較的諧振接地系統單相接地故障區段定位方法，包括：
步驟1：數據採集裝置採集諧振接地系統對應區段的相電壓和相電流；計算每一個數據採集裝置的相電壓的突變量和相電流的突變量；
步驟2：用矩陣束算法計算相電壓突變量和相電流的突變量的所有頻率分量的相位；
步驟3：識別故障相和健全相，其中電壓幅值降低的為故障相，電壓幅值升高的相為健全相；
步驟4：計算同一採集裝置故障相電流突變量任一高頻分量和健全相電流突變量任一高頻分量的相角差絕對值dj；
步驟5：判斷所有dj的大小，滿足公式(3)且離變電站母線最遠的區段就是故障區段，如果都不滿足，則為母線故障；
120°＜dj＜240°(3)。
進一步的，諧振接地系統的每一個區段首端安裝一個數據採集裝置。
進一步的，步驟1利用公式(1)計算每一個數據採集裝置的相電壓的突變量和相電流的突變量；
其中表示相電壓或相電流，t0為故障時刻，t為工頻周期，m為整數。
進一步的，步驟2採用矩陣束算法中數據窗為20ms。
進一步的，步驟4利用公式(2)計算同一採集裝置故障相電流突變量任一高頻分量和健全相電流突變量任一高頻分量的相角差絕對值dj；
dj＝|dphf(fm)-dphl(fm)|(2)
其中dphf(fm)表示故障相電流突變量某高頻分量的相位，dphl(fm)表示健全相電流突變量某高頻分量的相位。
進一步的，步驟4中高頻指頻率為150hz～600hz。
相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：本發明提出一種基於相電流突變量高頻信號相位特徵的諧振接地系統區段定位方法；該方法僅利用相電流突變量某一高頻信號，通過比較同一採集地點故障相和某一健全相之間的高頻信號相位即可實現故障區段定位，具有無需濾波的優點。
附圖說明
圖1為諧振接地系統單相接地後的突變量網絡示意圖；
圖2為10kv配電網仿真模型示意圖。
具體實施方式
本發明旨在解決諧振接地配電網的單相接地區段定位問題。指出消弧線圈在不同頻率下對故障線路故障相故障點上遊相電流突變量的影響不同，但健全線路各相、故障線路故障點下遊各相電流突變量以及故障點上遊健全相電流突變量是各相突變電壓激勵下的電容電流，不受消弧線圈影響。
以具有m條出線的諧振接地系統為例說明，如圖1所示，其中表示第m條線路的各相電流的圖變量，表示a、b、c三相。δu表示突變電壓，表示第m條線路各相的對地等效電容，δil為消弧線圈中的電流，if為故障點的電流。
當第m條線路發生單相接地故障後，所有健全線路各相的電流突變量是容性電流，不管是工頻還是高頻分量，從母線流向線路。對於第m條線路，故障點下遊線路各相電流突變量以及故障點上遊線路健全相電流突變量也是容性電流，不管是工頻還是高頻分量，從母線流向線路；故障點上遊故障相電流突變量是所有健全線路、故障線路故障點下遊各相、故障線路故障點上遊健全相電流突變量以及消弧線圈電流之和，高頻分量為容性電流，從線路流向母線。所以健全線路以及故障線路故障點下遊同一採集地點的故障相電流突變量高頻分量相位與健全相電流突變量高頻分量的相位相同，故障線路故障點上遊同一採集地點的故障相電流突變量高頻分量相位與健全相電流突變量高頻分量的相位相差180°。基於此特徵，可以選擇故障區段。本發明一種利用相電流突變量高頻信號相位比較的諧振接地系統單相接地故障區段定位方法，諧振接地系統的每一個區段首端安裝一個數據採集裝置，具體的實現步驟為：
步驟1：利用公式(1)計算每一個數據採集裝置的相電壓的突變量和相電流的突變量；
其中表示相電壓或相電流，t0為故障時刻，t為工頻周期，m為整數。
步驟2：用矩陣束算法計算相電壓突變量和相電流的突變量的所有頻率分量的相位，其中數據窗為20ms。
步驟3：識別故障相和健全相，其中電壓幅值降低的為故障相，電壓幅值升高的相為健全相。如a相電壓降低，b、c相電壓升高，則a相為故障相，b、c相為健全相；如b相電壓降低，a、c相電壓升高，則b相為故障相，a、c相為健全相；如c相電壓降低，a、b相電壓升高，則c相為故障相，a、b相為健全相。
步驟4：利用公式(2)計算同一採集裝置故障相電流突變量任一高頻分量和健全相電流突變量任一高頻分量的相角差絕對值dj。其中dphf(fm)表示故障相電流突變量某高頻分量的相位，dphl(fm)表示健全相電流突變量某高頻分量的相位。
dj＝|dphf(fm)-dphl(fm)|(2)
其中，高頻指頻率為150hz～600hz；
步驟5：根據公式(3)判斷所有dj的大小，滿足公式(3)且離變電站母線最遠的區段就是故障區段，如果都不滿足，則為母線故障。
120°＜dj＜240°(3)
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，其它區段為架空線。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＝6km，l3＝3km，l4＝5km，l5＝5km，l6＝10km，l7＝3km，l8＝5km，l9＝8km，l10＝2km，l11＝10km，l12＝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。
架空線參數為：正序電阻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。
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。
表1為初相角為90°時在區段9設置不同過渡電阻a相接地故障，給出所有區段的dj。
表1.不同過渡電阻下的區段定位仿真結果
表2為不同故障初相角時在母線設置過渡電阻50ω單相接地故障，給出所有區段的dj。
表2.不同故障初相角下的區段定位仿真結果
綜合表1和表2可以看出本方法可以在不同故障初相角和過渡電阻下可靠定位故障區段。