CN102097792A - 一种配电网接地故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网接地故障保护方法，包括以下步骤：连续测量配电线路出口零序电压值，当零序电压越限时，记录s个故障特征量，定义为待测样本；计算待测样本与故障历史样本中心和非故障历史样本中心的距离，根据距离的远近判断配电线路是否发生故障。本发明方法利用空间相对距离作为保护判据，并采用自学习模式更新样本中心，从而使保护方法具备较强的自适应性和较高的可靠性，并不受系统运行方式变化的影响。彻底解决了配电网接地故障保护判断整定困难和可靠性不高的难题。

Description

一种配电网接地故障保护方法

技术领域

本发明涉及一种接地故障保护方法，特别适用于运行方式变化大的配电网。

背景技术

我国配电网一般采用中性点非有效接地方式，该方式下运行的配电网在馈线发生单相接地故障时，故障残流小，受干扰等因素的影响，接地故障保护精度及可靠性差，现场选线装置的选线正确率普遍较低。

目前国内现有的配电网接地故障保护方法主要有注入信号法、稳态方法和暂态方法三种。注入信号法的主要难点是：①需要附加高压耦合设备，投资较大；②注入信号不够大时，变换到高压侧的注入信号非常微弱，接收灵敏度低；③故障电阻较大时，故障线路与非故障线路的信号差异不明显。稳态方法，包括群体比幅比相算法、无功功率算法、5次或7次谐波算法、能量法等。稳态方法的主要难点是：由于接地稳态分量太小，受过渡电阻、中性点接地方式的影响较大，尤其在高阻接地、消弧线圈补偿、断续性接地时，很难正确选出故障线路。暂态保护以小波算法为代表，具有故障特征明显、不受接地方式影响等优点。小波算法的主要难点是：①受小波基的种类、采样率及分解尺度等因素的影响；②对采样数据进行大量逐层提取与分离，乘法运算量十分巨大。

现有任何一种接地故障保护方法都是只对部分故障特征量进行处理，故障检测准确度较低，保护判断整定值的选取困难；且由于干扰的影响、过渡电阻的影响、运行方式的多样性等原因，仅利用一种故障特征量来检测系统故障状态是不可靠的，甚至会引起保护误动或拒动。

为此，综合利用现有各种接地保护的优点，对各保护方法的故障特征量进行综合处理，聚类分析，发明一种新型的配电网接地故障综合保护方法，无需设置故障特征量的整定值，提高了保护的精度和可靠性，具有深远的意义和广阔的应用前景。

发明内容

为解决配电网接地故障保护方法精度和可靠性不高的难题，本发明提出了一种配电网接地故障保护方法，能综合利用各种故障特征量、无需设定保护判断整定值且不受过渡电阻和系统运行方式的影响，有效提高保护方法的自适应性和可靠性。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)连续测量配电线路出口零序电压值，如果零序电压大于电压整定值，则判定为配电网发生接地故障，执行步骤2)；

2)记录s个故障特征量，定义为待测样本z_g，并计算待测样本z_g与故障历史样本中心的距离和待测样本z_g与非故障历史样本中心的距离

3)当

时，判定线路正常，将待测样本归入非故障历史样本集，重新计算非故障历史样本中心，返回步骤1)；

4)当时，判定线路故障，跳闸隔离故障线路；将待测样本归入故障历史样本集，重新计算故障历史样本中心，返回步骤1)。

上述步骤1)中电压整定值取值范围为5％～30％相电压值。

上述步骤2)中故障历史样本中心为故障样本的几何平均数；非故障历史样本中心为非故障样本的几何平均数。

发明的保护方法具体的计算如下：

首先对样本进行预处理。设样本集中包含有m个故障样本和n个非故障样本，查找所有(m+n)个样本中各特征量绝对值的最大值maxZ_j，其中(j＝1，2，…，s)，所有样本中各特征量除以maxZ_j，实现数据预处理。

之后，计算故障历史样本中心和非故障历史样本中心。m个归一化后故障样本的故障特征量矩阵为：

上式中x_kj(k＝1，2，…，m，j＝1，2，…，s)为归一化后第k个故障样本在第j个故障特征量上的赋值。

故障历史样本中心的计算方法如下：

$\stackrel{\‾}{X}=({\stackrel{\‾}{x}}_1,{\stackrel{\‾}{x}}_2,\·\·\·,{\stackrel{\‾}{x}}_s)$

${\stackrel{\‾}{x}}_j=\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{kj}}.$

n个归一化后非故障样本的故障特征量矩阵为：

上式中y_hj(h＝1，2，…，n，j＝1，2，…，s)为第h个归一化后非故障样本在第j个故障特征量上的赋值。

非故障历史样本中心

的计算方法如下：

$\stackrel{\‾}{Y}=({\stackrel{\‾}{y}}_1,{\stackrel{\‾}{y}}_2,\·\·\·,{\stackrel{\‾}{y}}_s)$

${\stackrel{\‾}{y}}_j=\frac{1}{n}\underset{h=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{hj}.}$

最后，计算待测样本z_g＝(z_g1，z_g2，…，z_gs)与故障历史样本中心的距离

和待测样本z_g＝(z_g1，z_g2，…，z_gs)与非故障历史样本中心的距离

$d_{\stackrel{\‾}{X}g}={\left[\underset{j=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{|z_{\mathrm{gj}}-{\stackrel{\‾}{x}}_j|}^2\right]}^{1/2},$

$d_{\stackrel{\‾}{Y}g}={\left[\underset{j=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{|z_{\mathrm{gj}}-{\stackrel{\‾}{y}}_j|}^2\right]}^{1/2}.$

为使所提出的保护方法适合在配电自动化终端单元上就地实现，选择就地测量量为故障特征量：①零序电流(包括零序基波电流、零序谐波电流、零序暂态电流)大小和方向；②零序功率方向；③零序导纳大小和方向；④负序电流大小和方向；⑤暂态零序能量大小和方向；⑥故障电阻测量值；⑦电流变化量相间差；⑧电流采样值相间差；⑨基于小波变换的零序各频带分量的大小和方向；⑩基于HHT变换的零序电流瞬时频率的相位等。

本发明的技术效果在于：本发明方法只需测量被保护对象的电压、电流，便于在配电自动化现场终端单元上安装；利用空间相对距离作为保护判据，打破了将故障特征量与整定值进行比较作为保护判据的传统，无需设置故障特征量的整定值；且将各种故障特征量进行融合处理，有效减少干扰信号的影响，消除单一保护方法的固有缺陷；从而减少了系统运行方式变化和过渡电阻对保护的影响，理论简单、直观、精确度高。彻底解决了配电网接地故障保护判断整定困难和可靠性不高的难题。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的接地故障实验示意图。

图2是本发明的流程图。

具体实施方式

图1为本发明的接地故障实验示意图，母线上带有L₁、L₂、L₃、L₄四条馈线，L₁为架空线路，L₂为多回馈线集中等效线路，L₃为电缆线路，L₄为架空线路，在馈线L₄出口安装保护装置1。

图2是本发明的流程图。参见图2，首先计算零序电压有效值，当零序电压大于整定值时，判断配电网发生接地故障，零序电压突变时刻为故障发生时刻；之后记录待测样本数据z_g，计算

与

当

时，判定z_g正常，将z_g归入非故障历史样本集，更新非故障历史样本中心；当

时，判定z_g故障，跳闸隔离故障线路，将z_g归入故障历史样本集，更新故障历史样本中心。

为了验证本发明所描述的一种接地故障检测方法的可行性，按图1所示35kV配电系统进行了实验，馈线参数见表1。

表1

在外部故障(L₃发生单相接地故障)和内部故障(L₄发生单相接地故障)情况下，根据故障电阻以及中性点接地方式的不同，分别进行实验测试，安装在馈线L₄的保护装置共获取16个样本，每个样本提取4个故障特征量，分别为零序导纳角度、负序电流、零序电流和计算故障电阻，如表2所示。将样本中{z₁，z₆，z₁₁，z₁₆}作为待测样本，{y₂，y₃，y₄，y₅，y₇，y₈}作为非故障历史样本集，将{x₉，x₁₀，x₁₂，x₁₃，x₁₄，x₁₅}作为故障历史样本集。

表2

在配电网接地故障保护方法测试过程中，取零序电压整定值为10％相电压，即2021V。由表2可知：各种类型故障，零序电压都大于整定值，都能可靠判定接地故障的发生。

判定接地故障发生后，分别计算

与

限据距离的远近判断待测样本对应的线路是否发生故障。计算结果如表3所示。

表3

从表3可以看出，待测样本z₁、z₆距非故障历史样本中心近，则判定其对应的线路未发生故障；待测样本z₁₁、z₁₆距故障历史样本中心近，则判定其对应的线路发生故障，跳闸隔离故障线路。实验结果表明本发明方法具有较高的准确性、有效性和可靠性。

Claims (2)

1.一种配电网接地故障保护方法，其特征是，包括如下步骤：

1)连续测量配电线路出口零序电压值，如果零序电压大于电压整定值，则判定为配电网发生接地故障，执行步骤2)；

2)记录s个故障特征量，定义为待测样本z_g，并计算待测样本z_g与故障历史样本中心的距离

和待测样本z_g与非故障历史样本中心的距离

3)当

时，判定线路正常，将待测样本归入非故障历史样本集，重新计算非故障历史样本中心，返回步骤1)；

4)当

时，判定线路故障，跳闸隔离故障线路；将待测样本归入故障历史样本集，重新计算故障历史样本中心，返回步骤1)。

2.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障保护方法，其特征在于：所述步骤2)中故障历史样本中心为故障样本的几何平均数；非故障历史样本中心为非故障样本的几何平均数。

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