CN101943738A - 单相接地测距方法和测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测距方法，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括：步骤102，在小电流接地系统的出线上设定测量点，并实时同步采集电流行波，出线上发生单相接地时，电流行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；步骤104，根据x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，得到测量点至故障点的距离，Δt为经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间和经导线与大地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，x为测量点至故障点的距离。本发明还公开了一种测距装置。根据本发明，可以有效地检测发生单相接地的故障点的位置。

Description

单相接地测距方法和测距装置

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，具体而言，涉及一种用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置的测距方法和测距装置。

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。要清除故障，必须确定故障位置，检测小电流接地系统单相接地故障位置的方法称为故障测距。但是由于小电流接地系统单相接地不构成明显的短路回路，稳态信号特征不明显，因此，小电流接地系统单相接地故障测距一直是个无法解决的难题。

虽然现今已提出了基于单相接地故障模量行波的测距方法，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测距。因此，需求一种新的方式，适用于现有的小电流接地系统互感器安装的现场情况，准确地测出单相接地故障的距离。

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，适用于现有的小电流接地系统互感器安装的现场情况，准确地测出单相接地故障的距离。

有鉴于此，本发明公开了一种测距方法，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括：步骤102，在小电流接地系统的出线上设定测量点，并实时同步采集电流行波，所述出线上发生单相接地时，所述电流行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；步骤104，根据x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，Δt为所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述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，x为所述测量点至所述故障点的距离。在本申请中，符号“*”都表示相乘。

在上述技术方案中，优选地，在所述步骤102中，使用一相电流互感器和零序电流互感器实时同步采集所述电流行波，其中，所述一相电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述零序电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。

在上述技术方案中，优选地，在所述步骤102中，使用三相电流互感器实时同步采集所述电流行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个行波为所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个在三相上极性均相同行波为所述经导线与大地传播的故障初始行波。

在上述技术方案中，优选地，在所述步骤104中，所述出线上发生单相接地的情况时，对所述电流行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。

本发明还公开了一种测距装置，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括：采集模块，在小电流接地系统的出线上设定测量点，并实时同步采集电流行波，所述出线上发生单相接地时，所述电流行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；距离计算模块，根据x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，Δt为所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述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，x为所述测量点至所述故障点的距离。

在上述技术方案中，优选地，所述采集模块基于一相电流互感器和零序电流互感器，实时同步采集所述电流行波，其中，所述一相电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述零序电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。

在上述技术方案中，优选地，所述采集模块基于三相电流互感器，实时同步采集所述电流行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个行波为所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个在三相上极性均相同行波为所述经导线与大地传播的故障初始行波。

在上述技术方案中，优选地，还包括：小波变换模块，在所述出线上产生单相接地的情况时，对采集的电流行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。

根据上述技术方案，可以实现以一种测距方法和功能测距装置，可以有效地测量产生小电流接地系统单相接地的故障点的距离。

附图说明

图1是根据本发明的测距方法的流程图；

图2是根据本发明的测距装置的框图；

图3是根据本发明的一个实施例的测距方法的流程图；

图4是根据本发明的一个实施例的测距方法的流程图。

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是根据本发明的测距方法的流程图。

如图1所示，本发明提供了一种测距方法，用于测量产生小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括：步骤102，在小电流接地系统的出线上设定测量点，并实时同步采集电流行波，所述出线上产生单相接地时，所述电流行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；步骤104，根据x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，Δt为所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述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，x为所述测量点至所述故障点的距离。

在上述技术方案中，在所述步骤102中，使用一相电流互感器和零序电流互感器实时同步采集所述电流行波，其中，所述一相电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述零序电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。

在上述技术方案中，在所述步骤102中，使用三相电流互感器实时同步采集所述电流行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个行波为所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个在三相上极性均相同行波为所述经导线与大地传播的故障初始行波。

在上述技术方案中，在所述步骤104中，所述出线上发生单相接地的情况时，对所述电流行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。

图2是根据本发明的测距装置的框图。

如图2所示，本发明还提供了一种测距装置200，用于测量产生小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括：采集模块202，在小电流接地系统的出线上设定测量点，并实时同步采集电流行波，所述出线上产生单相接地时，所述电流行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；距离计算模块204，根据x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，Δt为所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述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，x为所述测量点至所述故障点的距离。

在上述技术方案中，优选地，所述采集模块202基于一相电流互感器和零序电流互感器，实时同步采集所述电流行波，其中，所述一相电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述零序电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。

在上述技术方案中，优选地，所述采集模块202基于三相电流互感器，实时同步采集所述电流行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个行波为所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个在三相上极性均相同行波为所述经导线与大地传播的故障初始行波。

在上述技术方案中，优选地，还包括：小波变换模块，在所述出线上产生单相接地的情况时，对采集的电流行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。

图3是根据本发明的一个实施例的测距方法的流程图。

如图3所示，步骤302，实时同步采集小电流接地系统出线上的电流行波；步骤304，获取经导线与导线传播的电流初始行波和经导线与大地传播的电流初始行波；步骤306，提取出线上经导线与导线传播的电流初始行波和经导线与大地传播的电流初始行波的时间特征；步骤308，比较经导线与导线传播的电流初始行波和经导线与大地传播的电流初始行波的时间差，计算故障距离。

所述单相接地行波特征为：在导线与导线之间传播的行波速度快，先到达测量点；在导线与大地之间传播的行波速度慢，后到达测量点。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经过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。而在小电流接地系统中，投入运行的线路，线路型号确定，结构确定，不同传播路径的行波速度也一定。因此只要能够准确测量经过不同传播路径的单相接地故障初始行波到达测量点的时间差，即可准确测定故障距离。

本实施例中的测距方法的原理：

当小电流接地系统出线上发生单相接地故障时，故障点将产生沿着线路传播的故障行波。故障行波的传播路径可以是导线与导线之间，也可以导线与大地之间。在导线与导线之间传播的行波速度快，在导线与大地之间传播的行波速度慢。在导线与导线之间传播的行波可以被相电流互感器感知，但不能被零序电流互感器感知；而在导线与大地之间传播的行波既可以被相电流互感器感知，也可以被零序电流互感器感知。因此，相电流互感器既可测量到在导线与导线之间传播的故障初始行波，也可以测量到在导线与大地之间传播的故障初始行波；零序电流互感器只可测量到在导线与大地之间传播的故障初始行波。如果小电流接地系统中安装了一相电流互感器和零序电流互感器，则在单相接地发生后，相电流互感器测量到的初始行波为在导线与导线之间传播的故障初始行波，零序电流互感器测量到的初始行波为在导线与大地之间传播的故障初始行波。因此单相接地发生后，比较相电流互感器检测到的初始行波与零序电流互感器检测到的初始行波时间差即可获得在导线与导线之间传播的故障初始行波与在导线与大地之间传播的故障初始行波到达测量点的时间差。

如果小电流接地系统中，没有安装零序电流互感器，则在发生了单相接地后三相电流互感器也能感知在导线与导线之间传播的故障初始行波和在导线与大地之间传播的故障初始行波。并且在导线与导线之间传播的故障初始行波在三相电流互感器上的极性是不同的，故障相电流互感器感受到的在导线与导线之间传播故障初始行波与健全相电流互感器感受到的故障初始行波的极性是相反的。在导线与大地之间传播的故障初始行波在三相电流互感器上的极性是相同的。因此，在导线与导线之间传播的故障初始行波是接地发生后相电流互感器感受到的第一个行波，在导线与大地之间传播的故障初始行波是接地发生后包括故障相在内的至少两相电流互感器感受到的第一个同极性的行波。在导线与导线之间传播的行波速度和导线与地之间传播的行波速度一定的情况下，利用测量到的导线与导线之间的故障初始行波与导线与大地之间的故障初始行波的到达测量点的时间差，可计算出故障点到测量点的距离。

图4是根据本发明的一个实施例的测距方法的流程图。

如图4所示，步骤402，基于变电站内馈线上安装的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。

步骤406，若监测到馈线上发生了接地，对接地前后记录的各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408，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。

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故障产生的行波，提取经过不同传播路径的故障初始行波到达测量点的时间差，结合不同传播路径的行波的波速度，实现故障测距。

本发明能够实时监测电力系统线路的运行情况，及时提供电力系统单相接地故障距离信息，减少电力系统故障概率，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 (8)

1.一种测距方法，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，其特征在于，包括：

步骤102，在小电流接地系统的出线上设定测量点，并实时同步采集电流行波，所述出线上发生单相接地时，所述电流行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；

步骤104，根据x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，Δt为所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述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，x为所述测量点至所述故障点的距离。

2.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，在所述步骤102中，使用一相电流互感器和零序电流互感器实时同步采集所述电流行波，其中，所述一相电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述零序电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。

3.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，在所述步骤102中，使用三相电流互感器实时同步采集所述电流行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个行波为所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个在三相上极性均相同行波为所述经导线与大地传播的故障初始行波。

4.根据权利要求2或3所述的测距方法，其特征在于，在所述步骤104中，所述出线上发生单相接地的情况时，对所述电流行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。

5.一种测距装置，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，其特征在于，包括：

采集模块，在小电流接地系统的出线上设定测量点，并实时同步采集电流行波，所述出线上发生单相接地时，所述电流行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；

距离计算模块，根据x＝v1*v2*Δt/(v1-v2)，得到所述测量点至所述故障点的距离，其中，Δt为所述经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和所述经导线与大地传播的故障初始行波到达所述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，x为所述测量点至所述故障点的距离。

6.根据权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述采集模块基于一相电流互感器和零序电流互感器，实时同步采集所述电流行波，其中，所述一相电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述零序电流互感器采集的电流行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。

7.根据权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述采集模块基于三相电流互感器，实时同步采集所述电流行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个行波为所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述三相电流互感器采集的电流行波中第一个在三相上极性均相同行波为所述经导线与大地传播的故障初始行波。

8.根据权利要求6或7所述的测距装置，其特征在于，还包括：

小波变换模块，在所述出线上发生单相接地的情况时，对采集的电流行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述测量点的时间。

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