CN102279346B - 一种小电流接地系统故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小电流接地系统故障选线方法，包括以下步骤：将保护装置采集到的样本数据按照空间距离分为故障类和非故障类，并计算各类中心；当线路出口零序电压越限时，记录待测样本数据；计算待测样本与故障类中心和非故障类中心的距离，根据距离的远近判断线路是否发生故障。本发明方法无需根据系统运行方式的变化修改故障选线定值，具有精确度高、实用性强的特点。彻底解决了小电流接地系统故障选线整定困难和可靠性不高的难题。

Description

一种小电流接地系统故障选线方法

技术领域

本发明涉及一种小电流接地系统单相接地故障选线方法。

背景技术

小电流接地系统接地故障选线是长期以来国内外关注的一大难题，也是我国在建、改建的配电系统迫切需要解决的问题。小电流接地系统易发生单相接地故障，如不及时清除，易发展为相间故障，甚至造成多组开关柜和变压器烧毁的“火烧连营”事故，影响电力系统安全运行。全国每年损失数十亿元，且危及设备和人身安全。

对此，中国电机工程学会自动化专委会配电自动化分专委会已有清楚共识，认为小电流接地系统永久单相接地故障线段自动隔离是一种理想的运行方式，但实现困难，呼吁科研院所进行攻关。近年来，国内外学者对此进行了广泛而深入的研究，已经提出了很多有益的探索方法，取得了丰富成果。但由于故障残流小、故障电弧的影响、负荷谐波干扰及选线方法本身的局限性等原因，实际运行中故障选线正确率很低。随着人们对配电系统自动化水平要求的提高，小电流故障自动选线问题更加突出，迫切需要从根本上予以解决。

为此，本发明方法综合利用现有各种故障选线方法的优点，充分发挥选线技术之间的互补性，发明一种新型的小电流接地系统接地故障综合选线方法，以满足国际电力科学技术发展的需要，保证我国新建、改建配电系统安全运行。具有深远的意义和广阔的应用前景。

发明内容

为解决小电流接地系统故障选线方法精度和可靠性不高的难题，本发明提出了一种小电流接地系统故障选线方法，能更有效地区分故障状态与非故障状态，无需根据系统运行方式的变化对保护定值做出修改，有效提高故障选线方法的精度和可靠性。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)采集N种运行工况下小电流接地系统单相接地故障前后的实验数据、仿真数据和现场数据，定义为N个样本x_i(i＝1，2，…，n)，每个样本有s个属性x_i＝(x_i1，x_i2，…，x_is)′，x_ik(k＝1，2，…，s)为第i个样本在第k个属性上的赋值，并计算数据的标幺值；

2)令每个样本自成一类，利用下述公式计算出样本x_i与x_j之间的距离d_ij：

$d_{\mathrm{ij}}={\left[\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{(x_{\mathrm{ik}}-x_{\mathrm{jk}})}^2\right]}^{1/2}$

3)将距离最近的两个样本合并成一个新类，总类数减少一个；

4)定义类间距离D为两类中最近样本的距离，再将距离最近的两个类合并，直至所有的样本全部归为故障类和非故障类；设类G_p与G_q合并成一个新类G_r，则任一类G_k与G_r的距离为：

$D_{\mathrm{kr}}=\underset{X_k\∈G_k,X_r\∈G_r}{\min }{d}_{\mathrm{kr}}$

$=\min \{\underset{X_k\∈G_k,X_p\∈G_p}{\min }{d}_{\mathrm{kp}},\underset{X_k\∈G_k,X_q\∈G_q}{\min }{d}_{\mathrm{kq}}\}$

$=\min \{D_{\mathrm{kp}},D_{\mathrm{kq}}\}$

5)利用下述公式计算故障类中心

和非故障类中心故障样本共有n₁个，非故障样本共有n₂个：

${\stackrel{\‾}{X}}_c=({\stackrel{\‾}{x}}_1,{\stackrel{\‾}{x}}_2,\·\·\·,{\stackrel{\‾}{x}}_s),(c=\mathrm{1,2})$

${\stackrel{\‾}{x}}_k=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ik}},(n=n_1,n_2)$

6)在线监测小电流接地系统的零序电压，对零序电压进行离散AD采样，连续计算零序电压有效值，当大于10％相电压时，判定小电流接地系统发生接地故障，启动保护判断，零序电压突变时刻为故障发生时刻；

7)记录待测样本数据x_test，计算x_test与

的距离

计算x_test与

的距离

8)当

时，判定线路正常，返回步骤6)；

9)当

时，判定线路故障，跳闸隔离故障线路，返回步骤6)。

上述步骤1)中每个样本的属性s≥3。

本发明的技术效果在于：

1)故障选线判据新颖

本发明提出的故障选线方法利用空间相对距离作为判据，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，无需规定继电器的动作特性，无需设定故障选线整定值；

2)适合就地安装并满足配电自动化要求

构造样本集时，选取基于就地测量量进行故障选线的方法，只需测量被保护线路的电压、电流，便于在馈线自动化终端单元上安装，能满足配电自动化的要求；

3)抗干扰能力强

由于各种单一故障选线的检测精度和适用范围不同，本发明方法可通过增加空间维数的方式将多源故障信息进行融合处理，以达到多个故障选线方法对同一目标或事件加以确认的目的，提高了结果的可信度，借此消除单一故障选线方法的固有缺陷，减少干扰对故障选线结果的影响，增强故障检测的容错能力和鲁棒性。

本发明方法理论简单、直观、精确度高。彻底解决了小电流接地系统故障选线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。

具体实施方式

图1为本发明的接地故障实验示意图，外部电源1与变压器2串联，三相低压母线上带有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3。

为了验证本发明所描述的一种小电流接地系统故障选线方法的可行性，按图1所示35kV小电流接地系统进行了实验，馈线参数见表1。

表1

首先采集样本数据。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。为使所提出的发明方法适合在配电自动化终端单元上就地实现，每个样本提取4个属性，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。

表2

其次将样本数据分成故障类和非故障类。将样本中{x₁，x₆，x₁₁，x₁₆}作为待测样本，其余样本按照步骤2)～步骤4)进行分类，分类结果为：{x₂，x₃，x₄，x₅，x₇，x₈}为非故障样本，{x₉，x₁₀，x₁₂，x₁₃，x₁₄，x₁₅}为故障样本。分类结果与实际相符。

然后计算零序电压有效值，当零序电压大于整定值时，判断小电流接地系统发生接地故障，零序电压突变时刻为故障发生时刻。在具体实施过程中，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。

最后进行故障选线。记录待测样本数据x_test{x₁，x₆，x₁₁，x₁₆}，计算x_test与

的距离计算x_test与

的距离

根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x₁、x₆距非故障类中心近，则判定其对应的线路未发生故障；待测样本x₁₁、x₁₆距故障类中心近，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)

1.一种小电流接地系统故障选线方法，其特征是，包括如下步骤：

1)采集N种运行工况下小电流接地系统单相接地故障前后的实验数据、仿真数据和现场数据，定义为N个样本x_i，i＝1，2，…，n，每个样本有s个属性x_i＝(x_i1，x_i2，…，x_is)′，x_ik为第i个样本在第k个属性上的赋值，k＝1，2，…，s；

2)令每个样本自成一类，利用下述公式计算出样本x_i与x_j之间的距离d_ij：

$d_{\mathrm{ij}}={\left[\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{(x_{\mathrm{ik}}-x_{\mathrm{jk}})}^2\right]}^{1/2}$

3)将距离最近的两个样本合并成一个新类，总类数减少一个；

4)定义类间距离为两类中最近样本的距离，再将距离最近的两个类合并，直至所有的样本全归为故障类和非故障类；

5)定义故障类中心

为所有故障样本的几何平均数，定义非故障类中心为所有非故障样本的几何平均数；

6)在线监测小电流接地系统的零序电压，对零序电压进行离散AD采样，连续计算零序电压有效值，当大于10％相电压时，判定小电流接地系统发生接地故障，启动保护判断，零序电压突变时刻为故障发生时刻；

7)记录待测样本数据x_test，计算x_test与

的距离计算x_test与

的距离

8)当

时，判定线路正常，返回步骤6)；

9)当

时，判定线路故障，跳闸隔离故障线路，返回步骤6)。

2.根据权利要求1所述的一种小电流接地系统故障选线方法，其特征在于：所述步骤1)中每个样本的属性s≥3。