CN103439633A - 一种小电流接地故障选线装置 - Google Patents

Abstract

一种小电流接地故障选线装置，通过粗糙集理论确定各种选线方法的有效域，如群体比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法等，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔一定时间重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选线计算就不停止。

Description

一种小电流接地故障选线装置

技术领域

本发明涉及一种选线装置，尤其涉及一种小电流接地故障选线装置，属于电气技术领域。 

背景技术

我国大多数配电网和大型工矿企业的供电系统，都属于小电流接地系统，(即中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点经电阻接地系统)，并以采用中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地的运行方式居多。小电流接地系统的优点是单相接地电流较小，单相接地不形成短路回路，电力系统安全规程规定可继续运行 1～2h。但是长时间的接地运行，极易形成两相接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压。故障如不及时发现和处理，就会造成多相短路而迫使供电中断，影响正常生产，并给企业和人身带来严重威胁。目前许多接地保护装置在实际运行中总不是十分令人满意，特别是随着消弧线圈在配电网络中的推广应用，由于接地故障点的电弧容易熄灭，单相接地故障多表现为间歇性电弧接地，对此故障的准确检测一直是生产现场亟待解决的难题。早期市面有很多以单片机为硬件架构的小电流选线装置，并得到广泛的推广和应用。由于单相接地电流太小，采集数据相对困难，虽经多次更新换代但还是存在误判率较高的问题。目前常用的选线原理主要有3种:功率方向法、谐波分析法和信号注入法。单一的基于某一参数的故障支路选线方法都存在着各自的不足，而且由于选线理论和技术上的局限使装置的灵敏度和准确率都不高。 

发明内容

本发明针对上述问题提供一种能够准确辨识铁磁谐振、消弧线圈串联谐振、单相接地、单相断线，单相断线接地、电网扰动、零序传递过电压等多种故障类型的小电流接地故障选线装置。 

本发明提出的解决方案是：一种小电流接地故障选线装置，通过粗糙集理论确定各种选线方法的有效域，如群体比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法等，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔一定时间重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选线计算就不停止。本发明装置除了具备基本的接地选线功能、显示功能、全中文参数设置功能和故障追忆功能、装置在线自检功能、语音通知功能等之外，还具备录波及波形分析功能，可记录200万次以上的录波数据；具备故障辨识功能，能够准确辨识铁磁谐振、消弧线圈串联谐振、单相接地、单相断线，单相断线接地、电网扰动、零序传递过电压等多种故障类型；对接地故障的辨识正确率100%，能对故障现象给出正确的解释；具有可选跳闸功能：延时跳闸、支路跳闸以及通讯功能等。装置以工控机为硬件架构，为装置长期不间断运行提供保障，同时配有后台分析软件，软件具有优良的可视化人机交互界面，可以方便地分析录波数据、为现场技术人员进行事后电网事故分析提供依据和分析工具。 

附图说明

附图1是本发明小电流接地故障选线装置的组成结构示意图； 

附图2是本发明小电流接地故障选线装置进行综合选线计算和连续选线计算的算法流程图；

图号1为母线零序电压信号，2是各个线路零序电压信号，3是PT/CT变压器，4是PT/CT滤波板，5是数据采集卡，6是工控机/选线软件，7是开关量输出板，8是交流电源，9是显示器，10是输出单元。

具体实施方式

本发明小电流接地故障选线装置主要采用的是综合选线和连续选线技术，其中不接地系统主要采用相位法，接地系统用了有功功率、五次谐波、暂态综合分析法，通过多种选线算法定义有效域，将多种算法有效融合，保证选线的准确性。为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置也采用了连续选线方法，每隔一定时间重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选线计算就不停止。 

 如图1所示，母线零序电压信号1和各个线路零序电压信号2通过小电流接地故障选线装置中的PT/CT变压器3和PT/CT滤波板4后，将稳定数据通过数据采集卡5，采集卡中的稳定数据通过工控机/选线软件6，其中6内置了综合选线计算和连续选线功能软件，倘若信号到达，此时数据已进入软件计算阶段，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。 所述开关量输出板7，是用于故障线路排除故障后控制故障线路开关量输出，使故障线路的零序电流信号恢复正常。图示8是本发明小电流接地故障选线装置所使用的220V交流电源，所述显示器9为本发明小电流接地故障选线装置自带的15寸全触摸显示器，也可配独立液晶显示器，因此可拓展性能较强。图示10为输出单元，如告警喇叭、告警闪烁灯等提示，也可接入打印机等其他输出。其选线的主要方法主要由以下几种方式组成： 

1智能型比幅比相法

智能型比幅比相方法的基本原理是：对于中性点不接地系统，比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90°并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰和有效域方面存在一定的缺陷，智能型的比幅比相方法采用高性能数字滤波器，对信号进行有效的数字滤波处理，提取出了更可靠的信号成分，提高了选线正确性。

2谐波比幅比相法 

谐波方法的基本原理是：对于中性点经消弧线圈接地系统，对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态，如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分，则比较所有线路零序电流谐波分量的幅值与相位，故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。谐波选线方法采用有效的数字滤波手段，提取出能量最高的谐波频带范围，避免了提取单一谐波频率而导致的误差。

3小波法 

小波分析是一门现代信号处理理论与方法，它能有效地分析变化规律不确定和不稳定的随机信号，能够从信号中提取到局部化的有用成分。

利用小波提取单相接地故障暂态信号的选线思路近年来很受重视，国内外刊物上也见到几篇研究该方法的文献。但目前这些方法只停留在理论研究水平上，没有达到实用化程度，也没有应用实例。经过几代选线人深入的理论研究和大量的实验分析与改进，小波选线方法已经广泛应用于目前以工控机为硬件架构的选线装置中。 

小波选线方法利用单相接地故障产生的暂态电流和谐波电流作为选线判断的依据。由于小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大。特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障情况下，暂态电流含量更丰富，持续时间更长。暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系，可以用来选线。由于电网中的暂态信号呈随机性、局部性和非平稳性特点，因此利用暂态信息选线的主要困难是，如何准确地提取有用的暂态信号、如何合理地表示信号并构造出能适应信号特点的选线判据。小波选线方法很好地解决了这些问题，使暂态信号得到了充分利用，小波选线方法的优点是，第一、该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用；第二、该方法特别适应于故障状况复杂、故障波形杂乱的情况，这与稳态量选线方法形成优势互补。 

4首半波法 

小电流接地电网单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障的最初半个周波内，一定满足故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点，因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线，该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。

5有功分量法、能量法 

这两种方法的原理相同，对于中性点经消弧线圈接地系统，消弧线圈智能补偿零序电流的无功分量，不能补偿零序电流的有功分量，因此故障线路的零序电流的有功分量与正常线路极性相反，可以用这个特点进行选线。由于有功分量的含量较小，所以装置采用零序电流与零序电压的乘积，即零序能量来度量零序电流的有功分量，实际上是把有功分量进行了累加，零序能量最大的线路就是故障线路。

6有效域技术 

很明显，对于不同的故障信号特征，各种选线方法都有一定的适用条件。当适用条件满足时，该选线方法选线结果一定正确，否则，选线结果可能出现错误。选线方法能够可靠选线的适用条件为该方法的有效条件，满足有效条件的故障区域，称为该选线方法的有效域，对每一种选线方法都界定了有效域，当一个故障落在某方法的有效域内时，该方法对该故障的选线结果一定是正确的，否则给这种方法的选线结果乘以一个系数n(0<n<1)。再把这些信息组合起来，使最终选线结果反映了各种方法共同的支持点，选线结果非常可靠。

7连续选线技术 

连续判断技术是针对小电流接地系统单相接地故障中故障信号微弱、容易受干扰的特点而采取的技术措施。该技术不完全依赖于一次判断的结果，而是综合考虑全过程的情况。装置在故障没有消失的情况下每隔1秒钟重复进行选线计算，直至故障消失，这样可以有效地排除少数几次误判。

置通过粗糙集理论确定各种选线方法的有效域，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。 

 如图2所示为本发明小电流接地故障选线装置的综合选线和连续选线流程图。首先母线电压信号和各线路的电压信号通过装置进行检测，此时装置将分析数据判断故障是否发生，若没发生故障则保持监测，若故障发生时装置将分析数据，首先将数据保存，然后通过装置内部的软件对数据进行分析，从而计算各种选线方法的有效性，通过多种选线算法定义有效域，将多种算法有效融合，从中选择最适合的方法，计算连续选线的度量值，保证选线的准确性，随之输出选线结果，最常规的输出端口是打印机、报警灯、显示端口的报警输出等。此时电压信号经过装置判断是否消失，若故障消失，装置继续保持监测母线及各条线路的实时电压数据，若故障依然存在，装置将充分利用连续选线的技术继续对故障线路进行选线。 

  

Claims (2)

1.一种小电流接地故障选线装置主要采用的是综合选线和连续选线技术，其中不接地系统主要采用相位法，接地系统用了有功功率、五次谐波、暂态综合分析法，通过多种选线算法定义有效域，将多种算法有效融合，保证选线的准确性。

2.根据权利要求1所述的一种小电流接地故障选线装置，为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔一定时间重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选线计算就不停止。

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