CN101943737A - 单相接地故障诊断方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障诊断方法，用于确认小电流接地系统中是否发生单相接地故障并确认故障点位置，包括：步骤102，实时同步采集小电流接地系统母线的工频电压和所有出线的电流行波；步骤104，在小电流接地系统中发生扰动时，在所有出线中确认发生扰动的出线；步骤106，根据工频电压，确认小电流接地系统是否生单相接地故障；步骤108，在小电流接地系统发生单相接地故障时，确认发生扰动的出线为故障出线，得到故障出线上电流行波的采集点到故障点的距离。本发明公开了一种故障诊断装置。根据本发明，可以对小电流接地系统的单相接地故障进行检测。

Description

单相接地故障诊断方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域的电力系统故障检测技术，具体而言，涉及一种单相接地故障诊断方法和装置。

背景技术

小电流接地系统是指发生单相接地故障时，故障电流较小的系统，具体指中性点不接地、中性点经消弧线圈或者中性点经高电阻接地系统，俗称小电流系统。小电流系统发生单相接地故障，因不构成短路回路，不必快速切除故障线路，停止用户供电。据统计，单相接地故障占整个配电系统所有故障的70％以上。为保证供电可靠性，我国的配电系统通常采用小电流系统。小电流系统发生单相接地故障后，如不能及时消除故障，故障点的故障电弧可能烧毁设备，并引发相间故障，扩大事故，因此我国的电力系统运行规程规定：小电流系统发生单相接地故障允许带电运行两小时，也意味着单相接地故障必须在两小时内清除。为清除故障，必须确定故障线路和故障点，对应的技术称为故障选线和故障测距技术，统称为故障诊断技术。

围绕小电流系统的单相接地故障诊断技术，国内外的研究者进行了长期广泛地研究。根据所利用的信号来源，故障诊断方法可分为基于故障信号的方法和基于注入信号的方法。基于故障信号的方法利用故障产生的电气量特征的不同来实现故障诊断；基于注入信号的方法需要外加信号来进行故障诊断。为保证电力系统高电压大电流条件下的设备安全，基于故障信号的方法更加适合于电力系统的需要，但是目前为止，尚未有完整的基于故障信号的小电流接地系统单相接地故障诊断方法。基于故障信号的方法根据所利用的信号状态又分为稳态信号法和暂态分量法。稳态信号法是利用小电流接地系统发生单相接地时的工频稳态信号，但是由于小电流接地系统单相接地故障不构成明显的短路回路，尤其是中性点经消弧线圈接地系统，故障特征不明显，因此目前，基于稳态信号法的故障诊断方法理论上存在先天不足，现场应用也表明不能满足现场运行的需求。

暂态分量法基于单相接地暂态过程中电气量特征，又可分为首半波法、特征频段法和行波法。本质上而言，三种方法所利用的电气量是不同的，首半波法利用半个周波的信息，特征频段法利用故障暂态过程中的特征频带，而行波法利用的是故障发生瞬间的初始行波，也是行波波头。首半波法基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设，利用故障线路暂态零序电流和电压首半波的幅值和方向均与非接地线不同的特点，实现选线。特征频段法研究故障暂态过程中的特征频段，基于特征频段中电压电流特征来实现选线。但由于故障发生的条件不确定，如故障时刻，故障位置，故障电阻等等，因此特征频段的选择是个难题。另外首半波法和特征频段法只能实现单相接地故障选线，不能进行故障测距，不能构成完整的单相接地故障诊断。行波法基于故障产生的在系统中传播的行波，基于初始行波的特征不同来实现故障选线，基于故障线路上模量行波的特征来实现故障测距。但是电力系统中无法直接获得模量行波，需要通过相模变换将三相互感器获得的三相行波变换为模量行波，而在绝大多数的小电流接地系统中由于单相接地不需要跳闸，因此通常只安装两相互感器和零序互感器，因此无法获取三种模量行波，从而也无法实现单相接地故障诊断。

因此，需求一种新的方式，能在现有小电流接地系统中只安装了两相互感器和零序互感器情况下，进行小电流接地系统单相接地故障诊断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的方式，能在现有小电流接地系统中只安装了两相互感器和零序互感器情况下，进行小电流接地系统单相接地故障诊断。

有鉴于此，本发明公开了一种故障诊断方法，用于确认小电流接地系统中是否发生单相接地故障并确认发生故障的故障点的位置，包括：步骤102，实时同步采集小电流接地系统的母线的工频电压和所述母线对应的所有出线的电流行波；步骤104，在所述小电流接地系统中发生扰动时，根据所述所有出线的电流行波，以在所述所有出线中确认发生扰动的出线；步骤106，根据所述工频电压，确认所述小电流接地系统是否发生单相接地故障；步骤108，在所述小电流接地系统发生单相接地故障时，确认所述发生扰动的出线为故障出线，根据所述故障出线上的电流行波，得到所述故障出线上的电流行波的采集点到所述故障点的距离。

在上述技术方案中，优选地，在所述步骤102中，使用电压互感器采集所述母线的电压互感器开口三角电压作为所述工频电压，使用一相电流互感器和零序电流互感器采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

在上述技术方案中，优选地，在所述步骤104中，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，零序电流互感器采集的电流行波的幅值最大的出线和/或零序电流互感器采集的电流行波的极性与其他出线零序电流互感器采集的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，在所述步骤106中，所述电压互感器开口三角电压大于整定值时，确认所述小电流接地系统发生单相接地故障，以及在所述步骤108中，所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，Δt为所述零序电流互感器采集到的经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述一相电流互感器采集到的经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。在本申请中，符号“*”表示相乘。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤102中，使用电压互感器采集所述母线的三相电压作为所述工频电压，使用三相电流互感器采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤104中，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，三相电流互感器采集的同一相的电流行波的幅值最大的出线和/或极性与其他出线三相电流互感器采集的同一相的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，在所述步骤106中，所述三相电压中的一相电压小于第一整定值，且所述三相电压中的另外两相电压大于第二整定值时，确认所述小电流接地系统发生单相接地故障，且电压小于第一整定值的一相为故障相，电压大于第二整定值的两相为健全相，以及在所述步骤108中，所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，以在所述任一相上的第一个行波为经导线与导线传播的故障初始行波，并以在所述故障相和任一健全相上第一个极性相同的行波为经导线与大地传播的故障初始行波，Δt为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

本发明还公开了一种故障诊断装置，用于确认小电流接地系统中是否发生单相接地故障并确认发生故障的故障点的位置，包括：采集模块，实时同步采集小电流接地系统的母线的工频电压和所述母线对应的所有出线的电流行波；扰动出线确认模块，在所述小电流接地系统中发生扰动时，根据所述所有出线的电流行波，以在所述所有出线中确认发生扰动的出线；单相接地确认模块，根据所述工频电压，确认所述小电流接地系统是否发生单相接地故障；距离计算模块，在所述小电流接地系统发生单相接地故障时，确认所述发生扰动的出线为故障出线，根据所述故障出线上的电流行波，得到所述故障出线上的电流行波的采集点到所述故障点的距离。

在上述技术方案中，优选地，所述采集模块包括：工频电压采集模块，基于电压互感器，采集所述母线的电压互感器开口三角电压作为所述工频电压；电流行波采集模块，基于一相电流互感器和零序电流互感器，采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

在上述技术方案中，优选地，所述扰动出线确认模块，在所述小电流接地系统中发生扰动时，将零序电流互感器采集的电流行波的幅值最大的出线和/或零序电流互感器采集的电流行波的极性与其他出线零序电流互感器采集的电流行波的极性不同的出线，作为所述产生扰动的出线，所述单相接地确认模块，在所述电压互感器开口三角电压大于整定值时，确认所述小电流接地系统产生单相接地故障，以及所述距离计算模块，计算出所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，Δt为所述零序电流互感器采集到的经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述一相电流互感器采集到的经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

在上述技术方案中，优选地，所述采集模块包括：工频电压采集模块，基于电压互感器，采集所述母线的三相电压作为所述工频电压；电流行波采集模块，基于三相电流互感器，采集所述所有出线的每个出线的三相的电流行波。

在上述技术方案中，优选地，所述扰动出线确认模块，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，将三相电流互感器采集的同一相的电流行波的幅值最大和/或极性与其他出线三相电流互感器采集的同一相的电流行波的极性不同的出线，作为所述产生扰动的出线，所述单相接地确认模块，在所述三相电压中的一相电压小于第一整定值，且所述三相电压中的另外两相电压大于第二整定值时，确认所述小电流接地系统产生单相接地故障，以及所述距离计算模块，计算出所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，以在所述任一相上的第一个行波为经导线与导线传播的故障初始行波，并以在所述故障相和任一健全相上第一个极性相同的行波为经导线与大地传播的故障初始行波，Δt为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

根据上述技术方案，能针对现有的小电流接地系统，进行小电流接地系统单相接地故障选线和故障测距。

附图说明

图1是根据本发明的故障诊断方法的流程图；

图2是根据本发明的故障诊断装置的框图；

图3是根据本发明的一个实施例的故障诊断方法的流程图；

图4是根据本发明的一个实施例的故障诊断方法的流程图；

图5是根据本发明的一个实施例的故障诊断方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1是根据本发明的故障诊断方法的流程图。

如图1所示，本发明提供了一种故障诊断方法，用于确认小电流接地系统中是否发生单相接地故障并确认发生故障的故障点的位置，包括：步骤102，实时同步采集小电流接地系统的母线的工频电压和所述母线对应的所有出线的电流行波；步骤104，在所述小电流接地系统中发生扰动时，根据所述所有出线的电流行波，以在所述所有出线中确认发生扰动的出线；步骤106，根据所述工频电压，确认所述小电流接地系统是否发生单相接地故障；步骤108，在所述小电流接地系统发生单相接地故障时，确认所述发生扰动的出线为故障出线，根据所述故障出线上的电流行波，得到所述故障出线上的电流行波的采集点到所述故障点的距离。

在上述技术方案中，在所述步骤102中，使用电压互感器采集所述母线的电压互感器开口三角电压作为所述工频电压，使用一相电流互感器和零序电流互感器采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

在上述技术方案中，在所述步骤104中，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，零序电流互感器采集的电流行波的幅值最大的出线和/或零序电流互感器采集的电流行波的极性与其他出线零序电流互感器采集的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，在所述步骤106中，所述电压互感器开口三角电压大于整定值时，确认所述小电流接地系统发生单相接地故障，以及在所述步骤108中，所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，Δt为所述零序电流互感器采集到的经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述一相电流互感器采集到的经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

在上述技术方案中，所述步骤102中，使用电压互感器采集所述母线的三相电压作为所述工频电压，使用三相电流互感器采集所述所有出线的每个出线的三相的电流行波。

在上述技术方案中，所述步骤104中，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，三相电流互感器采集的同一相的电流行波的幅值最大的出线和/或极性与其他出线三相电流互感器采集的同一相的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，在所述步骤106中，所述三相电压中的一相电压小于第一整定值，且所述三相电压中的另外两相电压大于第二整定值时，确认所述小电流接地系统发生单相接地故障，且电压小于第一整定值的一相为故障相，电压大于第二整定值的两相为健全相，以及在所述步骤108中，所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，以在所述任一相上的第一个行波为经导线与导线传播的故障初始行波，并以在所述故障相和任一健全相上第一个极性相同的行波为经导线与大地传播的故障初始行波，Δt为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

图2是根据本发明的故障诊断装置的框图。

如图2所示，本发明还公开了一种故障诊断装置200，用于确认小电流接地系统中是否发生单相接地故障并确认发生故障的故障点的位置，包括：采集模块202，实时同步采集小电流接地系统的母线的工频电压和所述母线对应的所有出线的电流行波；扰动出线确认模块204，在所述小电流接地系统中发生扰动时，根据所述所有出线的电流行波，以在所述所有出线中确认发生扰动的出线；单相接地确认模块206，根据所述工频电压，确认所述小电流接地系统是否发生单相接地故障；距离计算模块208，在所述小电流接地系统发生单相接地故障时，确认所述发生扰动的出线为故障出线，根据所述故障出线上的电流行波，得到所述故障出线上的电流行波的采集点到所述故障点的距离。

在上述技术方案中，所述采集模块202包括：工频电压采集模块，基于电压互感器，采集所述母线的电压互感器开口三角电压作为所述工频电压；电流行波采集模块，基于一相电流互感器和零序电流互感器，采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

在上述技术方案中，所述扰动出线确认模块204，在所述小电流接地系统中发生扰动时，将零序电流互感器采集的电流行波的幅值最大的出线和/或零序电流互感器采集的电流行波的极性与其他出线零序电流互感器采集的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，所述单相接地确认模块206，在所述电压互感器开口三角电压大于整定值时，确认所述小电流接地系统产生单相接地故障，以及所述距离计算模块208，计算出所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，Δt为所述零序电流互感器采集到的经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述一相电流互感器采集到的经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

在上述技术方案中，所述采集模块202包括：工频电压采集模块，基于电压互感器，采集所述母线的三相电压作为所述工频电压；电流行波采集模块，基于三相电流互感器，采集所述所有出线的每个出线的三相的电流行波。

在上述技术方案中，所述扰动出线确认模块204，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，将三相电流互感器采集的同一相的电流行波的幅值最大和/或极性与其他出线三相电流互感器采集的同一相的电流行波的极性不同的出线，作为所述产生扰动的出线，所述单相接地确认模块206，在所述三相电压中的一相电压小于第一整定值，且所述三相电压中的另外两相电压大于第二整定值时，确认所述小电流接地系统产生单相接地故障，以及所述距离计算模块208，计算出所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，以在所述任一相上的第一个行波为经导线与导线传播的故障初始行波，并以在所述故障相和任一健全相上第一个极性相同的行波为经导线与大地传播的故障初始行波，Δt为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

图3是根据本发明的一个实施例的故障诊断方法的流程图。

如图3所示，本实施例中的故障诊断方法包括以下步骤：

步骤302：实时同步采集小电流接地系统母线上的工频电压和出线上的电流行波；

步骤304：当小电流接地系统中发生了扰动时，比较出线上电流行波的特征，识别发生扰动的出线；

步骤306：基于采集到的工频电压，判断系统中是否发生了单相接地。

步骤308：如果判定系统中发生了单相接地，并且识别出发生扰动的出线，基于采集到的该出线上的电流行波，测量故障距离。

小电流接地系统发生单相接地后，接地相电压降低，健全相电压升高。在接地点，单相接地产生在系统中传播的行波。在测量点，安装在线路上的电流互感器将检测到行波，接地线路的电流行波极性与健全线路相反，接地线路的电流行波幅值大于健全线路；接地线路经导线与导线传播的接地相电流行波与健全相电流行波的初始行波极性相反，幅值相同；接地线路经导线与大地传播的接地相电流行波与健全相电流行波的初始行波极性相同，幅值相同。经过不同传播路径的接地线路电流初始行波到达测量点的时刻不同。

本实施例中的故障诊断方法的工作原理：

小电流接地系统正常运行时，三相电压对称。当发生单相接地时，接地相电压降低，健全相电压升高。根据检测到的电压特征，可识别小电流接地系统中是否发生了单相接地。当发生单相接地时，接地点将产生在系统中传播的电流行波，其中，接地线路的故障电流初始行波极性与健全线路相反，接地线路的故障电流初始行波幅值大于健全线路；并且接地线路的接地相电流行波与健全相电流行波中经导线与导线传播路径与经导线与大地传播路径的初始行波到达测量点的时刻不同，基于所有线路的电流初始行波特征和接地线路经不同传播路径的电流行波到达测量点的时刻不同可以实现小电流接地系统单相接地故障选线和故障点距离测量。假定接地时刻为0时刻。在导线与导线之间传播的行波速度为v1，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为t1；在导线与大地之间传播的行波速度为v2，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为t2，假设故障点到测量点的距离为x，则

x＝v1*t1

x＝v2*t2。

由于接地发生时刻未知，只能在测量点获得两类初始行波到达时间差Δt＝t2-t1，因此可推得：x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，也就是说故障距离在不同传播路径的行波速度已知和到达时间差确定的情况下，故障距离可测。

当小电流接地系统发生单相接地，在故障点将产生在系统中传播的故障行波，在波阻抗不连续点，如变电站的母线处，该故障行波将发生折反射，折射进其他正常运行的出线中。因此，在小电流接地系统中发生单相接地后，安装在变电站的所有出线上的互感器将感知该故障行波。本发明中选线利用的行波信号为故障产生的初始行波，就连接在变电站同一母线上的所有出线上的电流行波而言，发生单相接地的出线上的电流行波为从线路流向母线，是其他正常运行出线上产生的电流行波的源，且正常运行的出线上的电流行波为从母线流向线路，是发生单相接地的出线上的电流行波的一部分，因此，发生单相接地的出线上的电流行波幅值最大，远大于正常运行的出线上的电流行波，并且发生单相接地的出线上的电流行波极性与正常运行的出线上的电流行波的极性相反。

小电流接地系统中的行波不一定都是由于单相接地引起的，也可能是由于断路器开关操作引起的，或者雷击引起的。但是单相接地必然引起工频电压的变化，接地相电压降低，健全相电压升高。因此，为了准确区分检测到的行波到底是由于单相接地引起的，还是由于其他原因引起的，本发明中引入了工频电压检测，准确实现小电流接地电力系统单相接地判定。

如果小电流接地系统出线上发生单相接地后，接地点产生的故障行波将在系统中传播，行波的传播的路径可以是三相导线构成的传播路径，也可以是导线和大地构成的传播路径，对不同的传播路径，行波传播的波阻抗不同，波速度也不同，因此经不同传播路径的故障行波到达变电站内互感器的时刻不同。基于经不同路径传播的故障行波到达测量点的时间差，结合行波传播的波速度，可以测定接地点到变电站内测量点(互感器安装处)的距离。经导线与导线传播路径的故障初始行波可以通过相电流互感器测量到，经导线与大地传播路径的故障初始行波不仅可以通过相电流互感器测量到，还可以通过零序电流互感器检测到，因此小电流接地系统单相接地故障诊断既可以基于相电流互感器实现，也可以通过相电流互感器和零序电流互感器实现。

图4是根据本发明的一个实施例的故障诊断方法的流程图。

如图4所示，本实施例中的故障诊断方法包括以下步骤：

步骤402：基于变电站内馈线上安装的同一相电流互感器和零序电流互感器，实时同步采集馈线上的电流行波数据，采样频率2MHz；理论上，采样频率越高越好，但采样频率的选择受中央处理单元或者微机的处理速度和测距误差要求的限制。结合目前的信息技术水平，选择典型的2MHz，采样频率随着技术的发展可越来越高。基于变电站内母线上安装的电压互感器，实时采集电压互感器开口三角电压，采样频率1kHz。电压信号的采样频率只要满足工频信号采集的需要即可，不局限于1kHz。

步骤404：若监测到馈线上发生了扰动，对扰动前后记录的各128点一相电流行波和零序电流行波数据分别进行四层小波变换，此处的小波函数选用三次B样条函数的一次导函数；对行波数据的小波变换结果提取模极大值；分别确定来自相电流互感器的故障初始行波和来自零序电流互感器的故障初始行波对应模极大值的时刻。

步骤406，比较所有出线上来自零序电流互感器的故障初始行波的特征：极性和/或幅值，扰动线路的故障初始行波与正常线路的故障初始行波极性相反，扰动线路的故障初始行波的幅值大于正常线路的故障初始行波。

步骤408：比较电压互感器开口三角侧电压与整定值关系，如果电压互感器开口三角侧电压大于整定值，则判断为小电流系统中发生了单相接地。整定值通常取为30V(电压互感器二次侧电压)。

步骤410：根据来自相电流互感器的故障初始行波模极大值对应时刻和来自零序电流互感器的故障初始行波模极大值对应时刻的时间差，结合在导线与导线之间传播的电流行波的波速度和在导线与大地之间传播的电流行波的波速度，计算出故障点到测量点之间的距离，实现故障测距。

图5是根据本发明的一个实施例的故障诊断方法的流程图。

如图5所示，本实施例中的故障诊断方法包括以下步骤：

步骤502：基于变电站内馈线上安装的三相电流互感器，实时同步采集馈线上的电流行波数据，采样频率2MHz；理论上，采样频率越高越好，但采样频率的选择受中央处理单元或者微机的处理速度和测距误差要求的限制。结合目前的信息技术水平，选择典型的2MHz，采样频率随着技术的发展可越来越高。基于变电站内母线上安装的电压互感器，实时采集电压互感器的三相电压，采样频率1kHz。

步骤504：若监测到馈线上发生了扰动，对扰动前后记录的各128点两相电流行波数据分别进行四层小波变换，此处的小波函数选用三次B样条函数的一次导函数；对行波数据的小波变换结果提取模极大值。

步骤506：比较所有出线上来自同一相电流互感器的故障初始行波的特征：极性和/或幅值，扰动线路的故障初始行波与正常线路的故障初始行波极性相反，扰动线路的故障初始行波的幅值大于正常线路的故障初始行波。行波数据处理点数的选择受线路长度的影响，考虑配电线路长度一般不超过50km，数据长度选择为256点，在具体应用中，可长可短。

步骤508：比较电压互感器三相电压与整定值的关系，如果两相电压大于整定值1，另一相电压小于整定值2，则判断为小电流系统中发生了单相接地，且电压小于整定值2的相为故障相。整定值1通常取为1.2倍的额定相电压，整定值2通常取为0.3倍的额定相电压。

步骤510：比较接地线的接地相电流互感器感知的电流行波，和接地线的同一健全相电流互感器感知的电流行波，确定来自该两相电流互感器的故障初始行波和来自两相电流互感器的第一个相同极性的行波对应模极大值的时刻，提取相电流互感器的故障初始行波模极大值对应时刻和该两相电流互感器的第一个极性相同的故障行波模极大值对应时刻的时间差。其中，相电流互感器的故障初始行波对应在导线与导线之间传播的电流初始行波，该两相电流互感器的第一个极性相同的故障行波对应在导线与大地之间传播的电流初始行波，结合在导线与导线之间传播的电流行波的波速度和在导线与大地之间传播的电流行波的波速度，计算出故障点到测量点之间的距离，实现故障测距。

本发明中的行波电气量指的是由于电力系统扰动引起的在电力系统中传播的电磁波。行波波头可看成脉冲信号，具有全频带分量。本发明中利用的行波电气量是具有高频暂态特性的行波波头信号。

本发明基于量测到的工频电压和电流行波，实现小电流接地系统单相接地判定，故障线路选线和故障距离测定。

本发明能够实时监测小电流接地系统的运行情况，及时提供小电流接地系统单相接地信息，减少电力系统故障，提高电力系统供电可靠性，保证电力系统安全稳定运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种故障诊断方法，用于确认小电流接地系统中是否发生单相接地故障并确认发生故障的故障点的位置，其特征在于，包括：

步骤102，实时同步采集小电流接地系统的母线的工频电压和所述母线对应的所有出线的电流行波；

步骤104，在所述小电流接地系统中发生扰动时，根据所述所有出线的电流行波，以在所述所有出线中确认发生扰动的出线；

步骤106，根据所述工频电压，确认所述小电流接地系统是否发生单相接地故障；

步骤108，在所述小电流接地系统发生单相接地故障时，确认所述发生扰动的出线为故障出线，根据所述故障出线上的电流行波，得到所述故障出线上的电流行波的采集点到所述故障点的距离。

2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤102中，使用电压互感器采集所述母线的电压互感器开口三角电压作为所述工频电压，使用一相电流互感器和零序电流互感器采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

3.根据权利要求2所述的故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤104中，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，零序电流互感器采集的电流行波的幅值最大的出线和/或零序电流互感器采集的电流行波的极性与其他出线零序电流互感器采集的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，

在所述步骤106中，所述电压互感器开口三角电压大于整定值时，确认所述小电流接地系统发生单相接地故障，以及

在所述步骤108中，所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，Δt为所述零序电流互感器采集到的经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述一相电流互感器采集到的经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

4.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤102中，使用电压互感器采集所述母线的三相电压作为所述工频电压，使用三相电流互感器采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

5.根据权利要求4所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤104中，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，三相电流互感器采集的同一相的电流行波的幅值最大的出线和/或极性与其他出线三相电流互感器采集的同一相的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，

在所述步骤106中，所述三相电压中的一相电压小于第一整定值，且所述三相电压中的另外两相电压大于第二整定值时，确认所述小电流接地系统发生单相接地故障，且电压小于第一整定值的一相为故障相，电压大于第二整定值的两相为健全相，以及

在所述步骤108中，所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，以在所述任一相上的第一个行波为经导线与导线传播的故障初始行波，并以在所述故障相和任一健全相上第一个极性相同的行波为经导线与大地传播的故障初始行波，Δt为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

6.一种故障诊断装置，用于确认小电流接地系统中是否发生单相接地故障并确认发生故障的故障点的位置，其特征在于，包括：

采集模块，实时同步采集小电流接地系统的母线的工频电压和所述母线对应的所有出线的电流行波；

扰动出线确认模块，在所述小电流接地系统中发生扰动时，根据所述所有出线的电流行波，以在所述所有出线中确认发生扰动的出线；

单相接地确认模块，根据所述工频电压，确认所述小电流接地系统是否发生单相接地故障；

距离计算模块，在所述小电流接地系统发生单相接地故障时，确认所述发生扰动的出线为故障出线，根据所述故障出线上的电流行波，得到所述故障出线上的电流行波的采集点到所述故障点的距离。

7.根据权利要求6所述的故障诊断装置，其特征在于，所述采集模块包括：

工频电压采集模块，基于电压互感器，采集所述母线的电压互感器开口三角电压作为所述工频电压；

电流行波采集模块，基于一相电流互感器和零序电流互感器，采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

8.根据权利要求7所述的故障诊断装置，其特征在于，所述扰动出线确认模块，在所述小电流接地系统中发生扰动时，将零序电流互感器采集的电流行波的幅值最大的出线和/或零序电流互感器采集的电流行波的极性与其他出线零序电流互感器采集的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，

所述单相接地确认模块，在所述电压互感器开口三角电压大于整定值时，确认所述小电流接地系统发生单相接地故障，以及

所述距离计算模块，计算出所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，Δt为所述零序电流互感器采集到的经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述一相电流互感器采集到的经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

9.根据权利要求6所述的故障诊断装置，其特征在于，所述采集模块包括：

工频电压采集模块，基于电压互感器，采集所述母线的三相电压作为所述工频电压；

电流行波采集模块，基于三相电流互感器，采集所述所有出线的每个出线的电流行波。

10.根据权利要求9所述的故障诊断装置，其特征在于，所述扰动出线确认模块，在所述小电流接地系统中发生扰动时，所述所有出线中，将三相电流互感器采集的同一相的电流行波的幅值最大和/或极性与其他出线三相电流互感器采集的同一相的电流行波的极性不同的出线，作为所述发生扰动的出线，

所述单相接地确认模块，在所述三相电压中的一相电压小于第一整定值，且所述三相电压中的另外两相电压大于第二整定值时，确认所述小电流接地系统发生单相接地故障，以及

所述距离计算模块，计算出所述距离x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，在所述故障出线上的电流行波中，以在所述任一相上的第一个行波为经导线与导线传播的故障初始行波，并以在所述故障相和任一健全相上第一个极性相同的行波为经导线与大地传播的故障初始行波，Δt为所述经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间和所述经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间的时间差，v1为经导线与导线传播的电流行波的波速度，v2为经导线与大地传播的电流行波的波速度。

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