CN103235235B - 一种架空线路接地故障监测的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空线路接地故障监测的方法及装置，其中，该方法包括：同步测量配电网三相电流中的a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量与计算所述与间的矢量和若为设定的阈值，则三相电流平衡，判定当前线路未发生接地故障；否则三相电流不平衡，判定其发生接地故障。通过采用本发明公开的方法与装置提高了接地故障判别的准确率。

Description

一种架空线路接地故障监测的方法及装置

技术领域

本发明涉及配电网系统领域，尤其涉及一种架空线路接地故障监测的方法及装置。

背景技术

配电网的自动化和智能化是目前国内外发展方向，我国在这方面近年来投入较大，每年国家电网和南方电网招标花在配电网上的产品超百亿元。这其中架空线路配电网智能化产品占有相当大的比例。架空线路由于在野外，距离远，环境复杂，产生故障（短路和接地）难于迅速定位故障点，给线路检修人员带来较大困难，这点尤其反应在山区线路检修人员身上。

架空线路短路故障发生后相对容易判定，现有产品基本可以解决。但单相接地故障判别现有产品不能很好解决。主要归结于单相接地故障产生原因比较复杂和现有技术的判断原理存在问题。

发明人在进行发明创造的过程中发现现有技术主要存在如下缺陷：

1）采用检测接地瞬间线路分布电容放电电流，检测线路相电压的电压幅值综合判断接地故障。但是，由于线路分布电容放电电流突变量大小的选择具有一定困难，影响准确率的提高，且有时还会产生误动。

2）采用信号柜产生恒定频率电流信号注入电力系统，以启动悬挂在线路上的故障指示器，结合系统其它参数，判断线路故障。由于信号柜位于10kv出线处或变电站跟接地变中性点连接处；且在电力系统中接入了新的设备，导致系统造价增多和可能故障点增多，给现场使用带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种架空线路接地故障监测的方法及装置，提高了接地故障判别的准确率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种架空线路接地故障监测的方法，该方法包括：

同步测量配电网三相电流中的a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量

计算所述与间的矢量和

若为设定的阈值，则三相电流平衡，判定当前线路未发生接地故障；否则三相电流不平衡，判定其发生接地故障。

一种架空线路接地故障监测的装置，该装置包括：

电流增矢量测量单元，用于同步测量配电网三相电流中的a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量与

接地故障判断单元，用于计算所述与间的矢量和若为设定的阈值，则三相电流平衡，判定当前线路未发生接地故障；否则三相电流不平衡，判定其发生接地故障。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，基于矢量重构理论判断三相电流某一时间段内的增矢量是否平衡，进而进行接地故障的判别，有效的提高了故障判别的准确率；另一方面，提高了线路故障检修人员工作效率，防止了故障范围扩大，保障了供电安全，提高了社会生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种架空线路接地故障监测的方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种三相平衡电流矢量图的示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种矢量重构后三相平衡电流矢量图的示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种架空线路接地故障监测的装置的示意图；

图5为本发明实施例二提供的又一种架空线路接地故障监测的装置的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

国家配网规划设计技术原则对于10kV用户一般不供给单相负荷，若有单相负荷，则应用三相到单相的转换装置或将多台的单相负荷设备平衡分布在三相线路上。大型10kV及以上的（如电气机车）或虽是三相负荷而有可能单相运行（如电渣重熔炉等）的设备，当三相用电不平衡电流超过供电设备额定电流的10%，应考虑采用高一级的电压供电。由于不对称负荷将引起负序电流，电网中一般不平衡度通常用负序电压与所加电压之比来计算衡量。一般情况下，低压电网中95%的情况下不平衡度必须不超过2%，在中压电网必须不超过1.5%，在高压电网为1%。

由于负序电流会产生100Hz频率的倍频电流，此电流会对发电机产生危害，严重情况下会产生“负序电流烧机”情况。另外，针对发电机还会产生100Hz的共振危害。所以，实际10kV及以上供电系统，为避免对发电机造成危害，经过技术处理后，电网可以认为是处于三相平衡状态。

基于上述描述，为便于理解本发明，下面的实施例将以三相平衡状态时，三相电流矢量和为0进行说明。需要说明的是，该值是可以根据实际情况进行设定的，本发明实施例仅为举例并非构成限制。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种架空线路接地故障监测的方法的流程图。如图1所示，主要包括如下步骤：

步骤11、同步测量配电网三相电流中的a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量与

对于10kV及以上架空线路，正常工作无故障时，其三相平衡电流矢量图如图2所示。

t时刻时，无故障则三相（a、b与c相）平衡，三相电流矢量和可表示为： $\stackrel{\‾}{\mathrm{Ia}}\left(t\right)+\stackrel{\‾}{\mathrm{Ib}}\left(t\right)+\stackrel{\‾}{\mathrm{Ic}}\left(t\right)=0;$

当系统发生接地故障后，三相平衡电流被打破，此时三相电流的矢量和表示为：其中，为当前时刻的零序电流。

上述三相电流矢量与均为瞬时电流矢量，但是测量瞬时值对于检测装置而言，误差较大；并且对于架空线路而言，由于目前已有检测设备均是异步检测装置，难以同时测量三相电流信号值。

因此，本实施例基于矢量重构理论对图2中的三相平衡电流矢量进行重构；如图3所示。

其中：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Ia}}(t+\mathrm{\Δt})=\stackrel{\‾}{\mathrm{Ia}}\left(t\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{\mathrm{Ia}};$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Ib}}(t+\mathrm{\Δt})=\stackrel{\‾}{\mathrm{Ib}}\left(t\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{\mathrm{Ib}};$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Ic}}(t+\mathrm{\Δt})=\stackrel{\‾}{\mathrm{Ic}}\left(t\right)+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{\mathrm{Ic}};$

无故障时，三相平衡，将上述公式与相结合，可得：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Ia}}(t+\mathrm{\Δt})+\stackrel{\‾}{\mathrm{Ib}}(t+\mathrm{\Δt})+\stackrel{\‾}{\mathrm{Ic}}(t+\mathrm{\Δt})=0$

将其简化后可得， $\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{\mathrm{Ia}}+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{\mathrm{Ib}}+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{\mathrm{Ic}}=0,$ 即 $\mathrm{\Σ\Δ}\stackrel{\‾}{I(a,b,c)}=0.$

当系统发生接地故障后，三相平衡电流被打破，此时三相电流的矢量和可表示为： $\mathrm{\Σ\Δ}\stackrel{\‾}{I(a,b,c)}\≠0.$

基于上述理论，在三相平衡时，某一时间段内，三相电流增矢量和为零，否则，三相电流增量矢量和不为零。以此，可以推导出：若某时刻t，三相平衡，△t时段后，三相不平衡，则若某时刻t，三相平衡，△t时段后，由于则有三相不平衡产生。

因此，本发明实施例通过同步测量a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量与来判断三相平衡的依据。另外，由前述可知，测量瞬时电流存在较大的误差，因此，通过测量三相电流在某一时间段内的电流增矢量也可以增加判别的准确度。

另一方面，需要对a、b与c相实现同步测量。在实际工作中，可以通过三相接地故障指示器同步测量同一时刻各相电流的增矢量，例如，由安装在a相上的接地故障指示器发出采集电流信号至b、c相，同时，自身启动采集动作；当△t时段后，b、c相将采集到的电流值发送至a相；由a相将a、b、c相的电流值统一发送（可采用2.4G频段的通信技术）至后台进行判别。

进一步的，为了提高判别的准确性，我们可以通过提高同步测量时间的精确性以及电流值的测量精度，也可以结合现有接地时对地电容放电方法综合判断。

例如，针对50Hz交流电，其周期是20ms。若同步测量时间误差为us级别，其测量误差可忽略不计（1us误差将导致0.0180误差），可以满足测量要求。因此，在硬件设备选择上要选择同步测量时间误差us级和硬件反应速度为ns级设备。

步骤12、计算所述与间的矢量和若则转入步骤13；否则，转入步骤14。

为了进一步提高判别准确率，减少由于测量失败而导致误判的情况。在计算三相矢量和之前，需要检测在△t内所测量的电流增矢量是否包括三相电流的增矢量；若是，则计算与间的矢量和否则，重新测量a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量。

另外，由于a、b、c相矢量间夹角为120°，其对应的电流的增矢量与间夹角也为120°，故可由数学上构造出三相120°相位差的矢量和。

步骤13、三相电流平衡，判定当前线路未发生接地故障。

步骤14、三相电流不平衡，判定其发生接地故障。

本发明实施例基于矢量重构理论判断三相电流某一时间段内的增矢量是否平衡，进而进行接地故障的判别，有效的提高了故障判别的准确率；另一方面，提高了线路故障检修人员工作效率，防止了故障范围扩大，保障了供电安全，提高了社会生产效率。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例二

图4为本发明实施例二提供的一种架空线路接地故障监测的装置的示意图。如图4所示，主要包括：

电流增矢量测量单元41，用于同步测量配电网三相电流中的a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量与

接地故障判断单元42，用于计算所述与间的矢量和若为设定的阈值，则三相电流平衡，判定当前线路未发生接地故障；否则三相电流不平衡，判定其发生接地故障。

所述接地故障判断单元计算所述与间的矢量和通过矢量求和公式构造单元实现，且该矢量求和公式构造单元具体用于按照电流的增矢量与间夹角120°构造矢量求和公式。

所述电流增矢量测量单元41的同步测量时间误差为微秒us级，反应速度为纳秒ns级。

该装置还包括：

检测单元43，用于检测在△t内所测量的电流增矢量是否包括三相电流的增矢量；若是，则发送电流的增矢量与至所述接地故障判断单元；否则，反馈至电流增矢量测量单元，由所述电流增矢量测量单元重新测量a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量。

需要说明的是，上述装置中包含的各个功能模块所实现的功能的具体实现方式在前面的各个实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。

另外，该装置还可以与单片机、2.4G通信模块、电源等相结合进行接地故障监测，其示意图参见图5。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种架空线路接地故障监测的方法，其特征在于，该方法包括：

同步测量配电网三相电流中的a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量与

计算所述与间的矢量和

若为设定的阈值，则三相电流平衡，判定当前线路未发生接地故障；否则三相电流不平衡，判定其发生接地故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述与间的矢量和包括：

按照电流的增矢量与间夹角120°构造矢量求和公式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步测量a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量与包括：

采用同步测量时间误差为微秒us级和反应速度为纳秒ns级的设备进行测量。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

检测在△t内所测量的电流增矢量是否包括三相电流的增矢量；若是，则计算与间的矢量和否则，重新测量a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量。

5.一种架空线路接地故障监测的装置，其特征在于，该装置包括：

电流增矢量测量单元，用于同步测量配电网三相电流中的a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量与

接地故障判断单元，用于计算所述与间的矢量和若为设定的阈值，则三相电流平衡，判定当前线路未发生接地故障；否则三相电流不平衡，判定其发生接地故障。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述接地故障判断单元计算所述与间的矢量和通过矢量求和公式构造单元实现，且该矢量求和公式构造单元具体用于按照电流的增矢量与间夹角120°构造矢量求和公式。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电流增矢量测量单元的同步测量时间误差为微秒us级，反应速度为纳秒ns级。

8.根据权利要求5-7任一项所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

检测单元，用于检测在△t内所测量的电流增矢量是否包括三相电流的增矢量；若是，则发送电流的增矢量与至所述接地故障判断单元；否则，反馈至电流增矢量测量单元，由所述电流增矢量测量单元重新测量a、b与c相在时间段△t内电流的增矢量。