CN104076246A - 一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，包括以下步骤：1、建立配电网等值电路图；2、对于一馈线段，计算所述馈线段始端电压和流过该段的电流；3、利用阻抗法对所述馈线段进行故障诊断：利用馈线段始端故障前后测得的电压、电流计算出故障时刻的测量阻抗，然后与馈线段的单位阻抗相比较，得到可能的故障距离，则处于该故障距离上的所有馈线段均为可能的故障段；4、重复步骤2、3，对其他馈线段进行故障诊断，直至所有馈线段判断完毕；所有可能的故障段的组合即为本次故障的预想事故馈线集。该方法对每一个馈线段单独进行故障诊断，消除了配电网分支线路多、单相线路多而对阻抗法带来的误差，提高了配电网故障诊断的准确性。

Description

一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法

技术领域

本发明涉及配电网故障诊断技术领域，特别涉及一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法。 

背景技术

配电网就其规模来说远远大于输电网，其发生故障的概率跟数量也要远远大于输电网发生故障的概率和数量，据统计，电力系统中80%的故障来源于配电网；另外，配电网是直接为用户供电的网络，其发生故障后将直接影响用户的用电质量，因此，在配电网发生故障后如何准确的诊断出可能的故障点或者故障馈线段，及时采取隔离措施，是保证配电网安全稳定运行、提高配电网供电能力和供电可靠性的的重要问题。

输电网与配电网在拓扑结构上存在大量的不同。首先，在两个变电站之间的输电网很少存在分支线路，而配电网中则存在大量的分支及次分支馈线，使得在故障时，由馈线始端测得的故障电压和电流可能对应不同的馈线段，而这些不同的馈线段可能产生相同的故障电压、电流；其次，输电网通常是三相对称运行，但由于配电网中的用户大多是单相的，因此配电网在某个区域内可能不对称运行，存在大量单相线路；再次，输电网故障诊断时不需要过多考虑负荷的影响，但在配电网中，由于与负荷的关系紧密，负荷处于实时变化的状态，且配电网中的负荷是沿线呈分布式的，因此，需要考虑负荷对于故障诊断的影响；除此之外，还有一些其他的因素，如配电网线路较短等等，导致了输电网与配电网故障诊断的不同，因此，以往用于输电网的故障诊断方法不能完全适用于配电网，需要重新设计适用于配电网的故障诊断方法。

目前配电网故障诊断的方法有行波故障诊断法和基于智能算法的故障诊断方法，但是，这些方法大都是由输电网引入到配电网中的，由于输电网和配电网的不同特性，使得这些方法在配电网的应用中有一定的弊端，需要根据配电网特点进行改进。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，该方法提高了配电网故障诊断的准确性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，包括以下步骤：

步骤S1、建立配电网等值电路图：将配电网所有分支线路的每一个分支点作为一个节点，每相邻两个节点之间的馈线作为一个故障诊断区段，简称馈线段，将馈线段中与电源电气距离较近的一端定义为始端，另一端定义为末端，然后对配电网进行等值，得到配电网等值电路图；

步骤S2、由变电站低压馈线始端的测量装置，测得故障后馈线始端的电压电流相量，利用该测量值和步骤S1中得到的等值电路图，计算馈线段始端电压和流过该段的电流；

步骤S3、利用阻抗法对所述馈线段进行故障诊断：利用步骤S2中得到的电压、电流计算出故障时刻的测量阻抗，然后与馈线段的单位阻抗相比较，得到可能的故障距离，如果该故障距离大于该馈线段的长度，则故障点不在本馈线段；若小于，则本馈线段为一可能的故障段；

步骤S4、重复步骤S2、S3，对其他馈线段进行故障诊断，直至所有馈线段判断完毕；所有可能的故障段的组合即为本次故障的预想事故馈线集。

进一步的，在步骤S1中，对配电网进行等值的方法为：

由配电网最末级馈线段开始，利用戴维南等值定理逐段往上级进行等值：

（1）对于最末级馈线段，将其线路阻抗与其所带负荷阻抗相加，得到最末级馈线段的等值阻抗；

（2）对于中间级馈线段，将该段始端节点上除为其供电的馈线段外的其余馈线和负荷等值为负荷阻抗，将该段末端节点上连接的所有馈线和负荷等值为负荷阻抗；

（3）对于单相馈线段，仅对该相等值，将其他两相的等值阻抗看作0；

（4）对于最上级馈线段，仅将其线路末端等值，最上级馈线段始端电压、电流都为已知量，由配电站内的监测设备测得。

进一步的，在步骤S2中，各馈线段始端电压和流过该段的电流的计算方法为：

配电网最上级馈线段，即第1馈线段的始端电压、电流均已知，即节点1的电压V ₁、电流I ₁已知，则与节点1相邻的节点2的电压V ₂为：

    （1）

其中，Z _L1为第1馈线段的线路阻抗；

则连接于节点2的负荷的电流I _L2为：

    （2）

其中，Y _L2为连接于节点2的等值负荷；

则流过第2馈线段的电流I ₂为：

    （3）

同理，对于第(k+1)馈线段，其始端电压V _k+1和流经电流I _k+1用如下方程求得：

始端电压V _k+1为：

    （4）

连接于节点(k+1)的负荷的电流I _L(k+1)为：

    （5）

流过第(k+1)馈线段的电流I _k+1为：

    （6）。

4．根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，其特征在于，在步骤S3中，利用阻抗法进行故障诊断的方法为：

对于单相接地故障，不考虑相间的互感作用时，故障相的电压方程式为：

    （7）

式中V _Sa 、I _Sa 分别为馈线段始端故障相的电压与流过故障相的电流，d为故障点距离馈线段始端的距离， Zl _aa 为馈线段的阻抗值，I _Fa 、R _F 分别为故障点处的故障电流与故障电阻；

对上式进行实虚部拆分，如式（8）所示：

    （8）

即：

    （9）

式中下标r、i分别表示相量的实部和虚部；

利用式（9）中的第二式解出R _F ，代入第一式得：

  （10）

进而得出故障距离d为：

    （11）

在计算得到故障距离d之后，判断其值是否小于该馈线段的长度，若是，则该馈线段为一个可能的故障段，d的值即为故障点距离该馈线段始端的距离；若否，则该馈线段为非故障段。

本发明的有益效果是：

1、本发明考虑了配电网分支多的拓扑结构特点，采用了分级逐段诊断的方法，克服了传统阻抗法受线路分支影响较大的弊端，提高了配电网故障诊断的准确性；

2、本发明利用单端电压、电流量，结合拓扑结构和线路参数，计算沿线电压、电流等的分布情况，所需源数据量小；

3、本发明能够给出所有可能的故障馈线段，并给出该段中的故障点距始端的距离；

4、由于诊断结果中不包含故障电阻的参数，因此，本方法受过渡电阻的影响小。

附图说明

图1是本发明实施例的实现流程图。

图2是本发明实施例中简单配电网电路的示意图。

图3是本发明实施例中配电网等值电路的示意图。

图4是本发明实施例中单相接地故障的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1、建立配电网等值电路图：将配电网所有分支线路的每一个分支点作为一个节点，每相邻两个节点之间的馈线作为一个故障诊断区段，简称馈线段，将馈线段中与电源电气距离较近的一端定义为始端，另一端定义为末端，然后对配电网进行等值，得到配电网等值电路图。

下面以如图2所示的简单配电网电路为例，对配电网等值的具体方法进行说明。图2中数字1-11标记的为馈线段，数字①-⑤标记的为节点，该图中省略了节点负荷。

由配电网最末级馈线段开始，利用戴维南等值定理逐段往上级进行等值：

（1）对于最末级馈线段，如图中的馈线段3、4、7、8、10、11，将其线路阻抗与其所带负荷阻抗相加，得到最末级馈线段的等值阻抗；

（2）对于中间级馈线段，将该段始端节点上除为其供电的馈线段外的其余馈线和负荷等值为负荷阻抗，将该段末端节点上连接的所有馈线和负荷等值为负荷阻抗；

（3）对于单相馈线段，仅对该相等值，将其他两相的等值阻抗看作0；

以节点⑤为例，当需要在馈线段10内进行故障诊断时，需将该节点处除供电馈线段之外的馈线段（本处为馈线段11）等值为负荷，由于馈线段11可能为单相线路，因此，等值后，其他两相的等值阻抗值为0。同理，当需在馈线段9中进行故障诊断时，需将节点③上其余的馈线等值为负荷。

（4）对于最上级馈线段，仅将其线路末端等值，最上级馈线段始端电压、电流都为已知量，由配电站内的监测设备测得。

步骤S2、由变电站低压馈线始端的测量装置，测得故障后馈线始端的电压电流相量，利用该测量值和步骤S1中得到的等值电路图，计算馈线段始端电压和流过该段的电流；

下面对各馈线段始端电压和流过该段的电流的计算方法进行说明。

如图3所示，配电网最上级馈线段，即第1馈线段的始端电压、电流均已知，即节点1的电压V ₁、电流I ₁已知，则与节点1相邻的节点2的电压V ₂为：

    （1）

其中，Z _L1为第1馈线段的线路阻抗；

则连接于节点2的负荷的电流I _L2为：

    （2）

其中，Y _L2为连接于节点2的负荷；

则流过第2馈线段的电流I ₂为：

    （3）

同理，对于第(k+1)馈线段，其始端电压V _k+1和流经电流I _k+1用如下方程求得：

始端电压V _k+1为：

    （4）

连接于节点(k+1)的负荷的电流I _L(k+1)为：

    （5）

流过第(k+1)馈线段的电流I _k+1为：

    （6）。

步骤S3、利用阻抗法对所述馈线段进行故障诊断：利用步骤S2中测得和计算得到的电压、电流计算出故障时刻的测量阻抗，然后与馈线段的单位阻抗相比较，得到可能的故障距离，如果该故障距离大于该馈线段的长度，则故障点不在本馈线段；若小于，则本馈线段为一可能的故障段；

在步骤S3中，利用阻抗法进行故障诊断的具体方法为：

对于如图4所示的单相接地故障，不考虑相间的互感作用时，故障相的电压方程式为：

    （7）

式中V _Sa 、I _Sa 分别为馈线段始端故障相的电压与流过故障相的电流，d为故障点距离馈线段始端的距离，其值应介于0到1之间，Zl _aa 为馈线段的阻抗值，I _Fa 、R _F 分别为故障点处的故障电流与故障电阻；

为了消去无关未知数，即故障电阻R _F ，对上式进行实虚部拆分，如式（8）所示：

V _Sar  + jV _Sai  = d(Zl _aar  + jZl _aai )·(I _Sar  + jI _Sai ) + (I _Far  + jI _Fai )·R _F     （8）

即：

    （9）

式中下标r、i分别表示相量的实部和虚部；

利用式（9）中的第二式解出R _F ，代入第一式得：

V _Sar I _Fai  = d·I _Fai (Zl _aar I _Sar  - Zl _aai I _Sai ) + I _Far V _Sai  - d·I _Far (Zl _aar I _Sai  + Zl _aai I _Sar )    （10）

进而得出故障距离d为：

    （10）

在计算得到故障距离d之后，判断其值是否小于该馈线段的长度，若是，则该馈线段为一个可能的故障段，d的值即为故障点距离该馈线段始端的距离；若否，则该馈线段为非故障段。

步骤S4、重复步骤S2、S3，对其他馈线段进行故障诊断，直至所有馈线段判断完毕。无论步骤S3的馈线段是否为可能的故障段，在判断完毕后都对下一段馈线段重复进行步骤S2、S3的过程，直到判断完所有的馈线段。所有可能的故障段的组合即为本次故障的预想事故馈线集。

本发明根据配电网与输电网的不同以及其所具有的特点，提出了一种基于测量阻抗的配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，利用馈线始端的位于变电站内的监测设备测得的故障前后的电压、电流和配电网的电气参数对故障进行诊断，本方法的故障诊断结果不是具体的某条馈线上的一个点，而是可能的故障馈线段，由所有的可能故障馈线段组成预想事故集。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、建立配电网等值电路图：将配电网所有分支线路的每一个分支点作为一个节点，每相邻两个节点之间的馈线作为一个故障诊断区段，简称馈线段，将馈线段中与电源电气距离较近的一端定义为始端，另一端定义为末端，然后对配电网进行等值，得到配电网等值电路图；

步骤S2、由变电站低压馈线始端的测量装置，测得故障后馈线始端的电压电流相量，利用该测量值和步骤S1中得到的等值电路图，计算馈线段始端电压和流过该段的电流；

步骤S3、利用阻抗法对所述馈线段进行故障诊断：利用步骤S2中得到的电压、电流计算出故障时刻的测量阻抗，然后与馈线段的单位阻抗相比较，得到可能的故障距离，如果该故障距离大于该馈线段的长度，则故障点不在本馈线段；若小于，则本馈线段为一可能的故障段；

步骤S4、重复步骤S2、S3，对其他馈线段进行故障诊断，直至所有馈线段判断完毕；所有可能的故障段的组合即为本次故障的预想事故馈线集。

2.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，其特征在于，在步骤S1中，对配电网进行等值的方法为：

由配电网最末级馈线段开始，利用戴维南等值定理逐段往上级进行等值：

（1）对于最末级馈线段，将其线路阻抗与其所带负荷阻抗相加，得到最末级馈线段的等值阻抗；

（2）对于中间级馈线段，将该段始端节点上除为其供电的馈线段外的其余馈线和负荷等值为负荷阻抗，将该段末端节点上连接的所有馈线和负荷等值为负荷阻抗；

（3）对于单相馈线段，仅对该相等值，将其他两相的等值阻抗看作0；

（4）对于最上级馈线段，仅将其线路末端等值，最上级馈线段始端电压、电流都为已知量，由配电站内的监测设备测得。

3.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，其特征在于，在步骤S2中，各馈线段始端电压和流过该段的电流的计算方法为：

配电网最上级馈线段，即第1馈线段的始端电压、电流均已知，即节点1的电压V ₁、电流I ₁已知，则与节点1相邻的节点2的电压V ₂为：

    （1）

其中，Z _L1为第1馈线段的线路阻抗；

则连接于节点2的负荷的电流I _L2为：

    （2）

其中，Y _L2为连接于节点2的等值负荷；

则流过第2馈线段的电流I ₂为：

    （3）

同理，对于第(k+1)馈线段，其始端电压V _k+1和流经电流I _k+1用如下方程求得：

始端电压V _k+1为：

    （4）

连接于节点(k+1)的负荷的电流I _L(k+1)为：

    （5）

流过第(k+1)馈线段的电流I _k+1为：

    （6）。

4.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障预想事故集的确定方法，其特征在于，在步骤S3中，利用阻抗法进行故障诊断的方法为：

对于单相接地故障，不考虑相间的互感作用时，故障相的电压方程式为：

    （7）

式中V _Sa 、I _Sa 分别为馈线段始端故障相的电压与流过故障相的电流，d为故障点距离馈线段始端的距离， Zl _aa 为馈线段的阻抗值，I _Fa 、R _F 分别为故障点处的故障电流与故障电阻；

对上式进行实虚部拆分，如式（8）所示：

    （8）

即：

    （9）

式中下标r、i分别表示相量的实部和虚部；

利用式（9）中的第二式解出R _F ，代入第一式得：

  （10）

进而得出故障距离d为：

    （11）

在计算得到故障距离d之后，判断其值是否小于该馈线段的长度，若是，则该馈线段为一个可能的故障段，d的值即为故障点距离该馈线段始端的距离；若否，则该馈线段为非故障段。