一種中性點不接地電網單相接地故障選線的方法與流程

2024-02-06 00:14:15

本發明涉及電力系統故障選線技術領域，具體是一種中性點不接地電網單相接地故障選線的方法。

背景技術：

長期以來，國內外的專家學者對單相接地故障選線方法做了深入的研究。主要方法有基於穩態量的選線方法、基於暫態量的選線方法、智能化的選線方法、S注入法，這些選線方法都存在各自的選線局限。

基於穩態量的選線方法由於接地故障特徵微弱，穩態分量太小，很容易發生錯選。

基於暫態量的選線方法由於故障後的特徵量難以準確充分提取、需要大量複雜的故障數據處理、受故障類型及故障發生時刻影響、易受幹擾等因素，實際的應用效果並不理想。

智能化的選線方法，理論上可以明顯提高選線精度，但是需要複雜的數據處理，實際效果還有待檢驗。

S注入法突破了傳統選線理論，採用主動注入信號的方式進行故障選線，此種方法需額外增加設備，在接地電阻值太高時，注入信號比較微弱，難以檢測，無法準確選出故障線路。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種可以利用故障發生後的原始故障數據進行中性點不接地配電網發生單相接地故障後的選線方法。

為解決上述技術問題，作為本發明的一個方面，提供了一種中性點不接地系統發生單相接地故障的選線方法，其特徵在於，包括：步驟1，實時監測配電網的零序電壓U0，判斷系統出現的零序電壓是否大於0.15倍母線額定電壓UN；步驟2，若大於，啟動選線裝置記錄故障後首個1/2工頻周期的零序電流數據，若不大於，返回步驟1；步驟3，將採集的各條線路的零序電流數據進行頻數分布；步驟4，根據頻數分布得到的數據，計算各條線路的頻數分布值，依據頻數分布值選出故障線路。

進一步地，所述步驟3包括：步驟31，根據組距小於各條線路的零序電流最小值原則，確定組距，然後應用頻數分布理論直接對各條線路的零序電流數據進行頻數分布，求出零序電流數據的組數；步驟32，計算落入每個組距範圍內的零序電流數據個數，即頻數。

進一步地，步驟31中各條線路零序電流數據的頻數分布可用直方圖進行直觀表示，為了更清晰地表現頻數分布直方圖的趨勢特徵，可以將直方圖中各個表示頻數的長方形的中點依次連接起來，形成折線圖，簡稱頻數分布折線圖。

進一步地，所述步驟4包括：步驟41，根據頻數分布得到的各條線路零序電流的組數與頻數，利用貝塞爾公式計算各條線路的頻數分布值；步驟42，比較各條線路的頻數分布值，最小頻數分布值對應的線路為故障線路。

進一步地，所述方法還包括：此選線方法只需記錄故障發生後首個1/2工頻周期的零序電流數據，並且此選線方法利用的零序電流數據是不經過任何濾波、提取等數據處理的原始故障數據。

進一步地，所述組距為零序電流的整體數據進行頻數分布的基礎。

進一步地，所述組距由下式確定，只需組距小於所有線路零序電流的最小值：

式中：

I0.i為第i條線路的零序電流有效值；

Uφ為相電壓有效值；

C0i為第i條線路的單相對地分布電容；

ω為工頻角頻率。

進一步地，所述頻數分布值表徵各條線路整體數據分布的離散程度。

進一步地，所述頻數分布值由下式確定：

式中：

n為零序電流數據的組數；

Xi為第i個組數的零序電流數據個數，即頻數；

X為零序電流數據平均分布在每個組數中的個數。

採用如上技術方案取得的有益效果為：

本發明應用頻數分布理論進行故障選線，避免了對數據進行濾波、提取等複雜的處理，計算量比較小，提高了選線的速度。再者最小頻數分布值對應的線路為故障線路，故障判據簡單，可以準確而高效地選出故障線路。

附圖說明

圖1為中性點不接地系統單相接地故障電流分布圖；

圖2 為本發明的流程圖；

圖3為在不同故障初始角下各條線路的頻數分布折線圖；

圖4為在不同故障點位置下各條線路的頻數分布折線圖；

圖5為在不同接地故障電阻值下各條線路的頻數分布折線圖。

具體實施方式

以下對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

為了克服現有選線存在的局限，本專利提出的中性點不接地電網單相接地故障選線的方法充分利用故障發生後的原始故障數據進行選線，並且頻數分布折線圖顯示了各條線路的零序電流數據的整體分布趨勢，並根據貝塞爾公式計算的頻數分布值進行選線。

參考圖1可得，在中性點不接地系統中發生單相接地故障後，故障線路的零序電流大小為所有非故障線路對地零序電流之和，非故障線路的零序電流大小為本身的對地電容電流，這一關係決定了故障線路與非故障線路的零序電流的整體數據分布的不同，應用頻數分布理論可以進一步表徵故障線路與非故障線路之間存在的關系所造成的數據整體分布的差異性。這是本發明的理論核心，下面詳細說明本方法的具體實施步驟。

參考圖2，本發明提供了一種中性點不接地配電網發生單相接地故障後的故障選線方法，其特徵在於，包括：

步驟1，實時監測配電網的零序電壓U0，判斷系統出現的零序電壓是否大於0.15倍母線額定電壓UN；

步驟2，若大於，啟動選線裝置記錄故障後首個1/2工頻周期的零序電流數據，若不大於，返回步驟1；

步驟3，將採集的各條線路的零序電流數據進行頻數分布；

步驟4，根據頻數分布得到的數據，計算各條線路的頻數分布值，依據頻數分布值選出故障線路。

現有的故障選線方法，基本上都需要對數據進行大量複雜的處理，本發明通過步驟1-4，避免了對採樣得到的零序電流數據進行大量複雜的數據處理，充分利用了故障後的波形信息，直接對故障數據進行頻數分布處理，最後根據計算值選線。

優選地，所述步驟3包括：

步驟31，根據組距小於各條線路的零序電流最小值原則，確定組距，然後應用頻數分布理論直接對各條線路的零序電流數據進行頻數分布，求出零序電流數據的組數，具體組距計算公式，後面給出；

步驟32，計算落入每個組距範圍內的數據個數，即頻數。

步驟33，為了直觀表現零序電流數據分布的趨勢特徵，可將各條線路零序電流數據的頻數分布用直方圖進行直觀表示，為了更清晰地表現頻數分布直方圖的趨勢特徵，可以將直方圖中各個表示頻數的長方形的中點依次連接起來，形成折線圖，簡稱頻數分布折線圖，更加清楚明白的分布零序電流數據分布。

優選地，所述步驟4包括：

步驟41，根據頻數分布得到的組數與頻數，利用貝塞爾公式計算各條線路的頻數分布值，具體公式，後面給出；

步驟42，比較各條線路的頻數分布值，最小頻數分布值對應的線路為故障線路。

組距與頻數分布值的詳細求解如下，

對採集的1/2工頻周期的零序電流數據進行頻數分布，首先要確定組距，只需組距小於所有線路零序電流的最小值，根據下式確定：

式中：

I0.i為第i條線路的零序電流有效值；

Uφ為相電壓有效值；

Coi為第i條線路的單相對地分布電容；

ω為工頻角頻率。

根據頻數分布得到的組數、頻數，利用下列公式計算各條線路的頻數分布值：

式中：

n為零序電流數據的組數；

Xi為第i個組數的零序電流數據個數，即頻數；

X為零序電流數據平均分布在每個組數中的個數。

以上所述，各條線路的頻數分布折線圖表現了數據的整體趨勢，可以很容易確定故障線路。根據貝塞爾公式計算的頻數分布值進行故障選線，最小頻數分布值對應的線路為故障線路，可以很準確地確定故障線路。

下面，為了全面驗證本發明方法的正確性，在不同故障狀況下進行選線驗證，如不同故障初相角、不同接地故障電阻值、不同故障點位置，還要考慮故障線路以及故障線路的不同故障相的影響。

仿真結果

參考圖2，利用MATLAB建立中性點不接地系統單相接地故障仿真模型，該配電網的母線電壓為10.5kV，引出5條線路(L1，L2，L3，L4，L5)，線路長度依次為13km，12km，9km，20km，7km。線路參數如下：正序電阻為0.01273Ω/km，零序電阻為0.3864Ω/km；正序電感為0.9337mH/km，零序電感4.1264mH/km；正序電容為12.74nF/km，零序電容7.751nF/km。採樣頻率選為5kHz，即每個周期採樣100個點，仿真時間設置為0.2s，故障發生時間為0.04s。

任選故障初相角0°，45°，90°，120°，180°，故障點位置為距離母線5km，接地故障電阻值為1Ω。其中，選取故障初相角0°的頻數分布折線圖進行分析，計算所得各條線路的頻數分布值及選線結果如表格1：

圖3可以看出故障初相角為0°時，故障線路的頻數分布趨勢始終比其它各條非故障線路平緩，從這一點可以準確選出故障線路。表格1說明，此選線方法不受故障初相角的影響。

選定故障初相角為0°、接地故障電阻值為1Ω，設置故障點位置為距離母線1km、4km、8km、10km、12km。選取10km的故障點位置的頻數折線圖進行分析，頻數分布值及選線結果如表格2：

圖4可得故障線路的頻數分布趨勢明顯比其它任何線路都要平緩，這個典型的特點可用於區別故障線路與非故障線路。表格2的選線結果說明，選線方法不受故障點位置的影響。

故障初相角設置為0°，故障點位置為距離母線5km。實際運行中，接地故障電阻值一般為0~2kΩ，所以任意選取故障點接地電阻值為：5Ω，100Ω，500Ω，1000Ω，1500Ω。其中，選取接地電阻值100Ω的頻數分布折線圖進行分析，頻數分布值及選線結果如表格3：

圖5可得，在不同接地電阻情況下，故障線路的頻數分布趨勢明顯比其它線路平緩，可以確定地選出故障線路，表格3的頻數分布值也驗證了這個結論。

分別設置線路L1，L2，L3，L4，L5的B相發生接地故障，故障點位置距離母線5km，故障點接地電阻值為500Ω，故障初相角為45°。可得各條線路的頻數分布值，如表4所示：

根據表4可得，不同的線路發生故障及線路的不同故障相對選線結果沒有任何影響，依然可以根據最小頻數分布值選取故障線路。

上述仿真結果表明，本發明提出的一種基於頻數分布理論的單相接地故障選線方法，用仿真模型在不同故障狀況下產生的大量仿真數據，對選線方法進行驗證，可得此選線方法在不同故障狀況下可以準確選出故障線路。

此方法有以下幾個特點：充分利用了故障發生後的原始故障信息，且不需要對數據進行大量複雜的處理，保證了選線方法的簡單性；定義了線路的頻數分布值，以頻數分布值為主要依據判斷故障線路，最小頻數分布值對應的線路即為故障線路，保證了選線方法的可靠性；選線結果不受故障點位置、故障初相角、故障點接地電阻的影響，具有100%的故障選線正確率，保證了選線方法的準確性；此選線方法只需要定位故障發生的時刻，然後利用故障後首個1/2工頻周期的零序電流數據進行選線，提高了選線速度，保證了選線方法的快速性。

本發明提出的一種中性點不接地電網單相接地故障選線的方法，可以簡單、可靠、準確、快速地選出故障線路，保證中性點不接地配電網的安全穩定運行，並且易於工程實現。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。