CN104133158A - 一种基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法，属电力系统继电保护技术领域。当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗内各馈线的零模电流行波数据进行多阶差分变换，若变换后第一个非零值大于零时，判定该馈线发生单相接地故障，若第一个非零值小于零时，判定该馈线未发生单相接地故障。本发明利用了故障后短时窗内的各馈线零模电流数据，此时消弧线圈还未对系统进行补偿，因此该方法避免了消弧线圈补偿作用的影响，可以准确、可靠地判断出故障馈线。

Description

一种基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法

技术领域

本发明涉及一种基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

配电网直接面对用户并为其提供用电服务，因此覆盖面最广。配电网的故障类型形式多样，但据统计单相接地故障约占配网故障的80％。配电网谐振接地系统即为中性点经消弧线圈接地系统，属小电流接地系统，我国大部分的配电网采用了该运行方式。小电流接地系统单相接地故障会影响非故障相对地电压致其升高，电压升高会对电网设备的绝缘产生破坏；特别是间歇性电弧接地，会引起弧光过电压，该电压通过破坏系统绝缘进而发展成相间或多点接地短路，引起系统过电压，从而损坏设备，破坏系统安全运行，因此必须准确、快速找到故障线路并及时使故障线路与系统隔离。为了找到故障线路，传统的方法是，母线上的零序电压先设定某一阈值，如果检测超过预先设定的标准则判断发生了单相接地故障。如果确定系统中发生了单相接地故障，就采取人工逐个线路拉闸以确定哪条线故障。当接地故障指示消失，可以确定故障线路已被排查出，再通过人工巡线的方法查找故障地点。人工拉路的方法同样会造成正常供电的线路瞬间停电；在自动重合闸后，若还无法排除故障，那么停电时间将会延长；产生的操作过电压和谐振过电压将会对供电网络造成冲击影响，而且可能会损坏断路器或PT。无人值班变电站对远程遥控功能要求高，也增加了对事故和设备的危险负担，因此可靠、准确地选出故障馈线也变得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对配网发生单相接地故障的情况，提出一种基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法。

本发明的技术方案是：一种基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法，当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗内各馈线的零模电流行波数据进行多阶差分变换，若变换后第一个非零值大于零时，判定该馈线发生单相接地故障，若第一个非零值小于零时，判定该馈线未发生单相接地故障。

具体步骤为：

(1)当配网中馈线发生单相接地故障时，截取故障后短时窗内的各馈线的零模电流行波数据作为研究对象；

(2)将各馈线的零模电流行波数据进行多阶差分变换；

$S_m\left(n\right)=\underset{j=1}{\overset{j=m+1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^{j+1}{\left(c_j\right)}_{m}Q(n-j+1)---\left(1\right)$

m为差分的阶数，S_m(n)为信号的m阶差分，Q(n)为原始故障信号，(c_j)_m为多阶差分变换系数；(c_j)_m的系数的取值为：(c₁)_m＝(c_m+1)_m＝1，(c₂)_m＝m，(c₂)_m＝(c_j)_m-1+(c_j-1)_m-1，∑(-1)^j+1(c_j)_m＝0；表达式为：

Si(n)＝i₀(n)-4×i₀(n-1)+6×i₀(n-2)-4×i₀(n-3)+i₀(n-4)  (2)

(3)将Si_j(n)与零值进行比较，构建如下选线判据；

当Si_j(n)<0时，判定第j馈线未发生单相接地故障；

当Si_j(n)>0时，判定第j馈线发生单相接地故障。

本发明的原理是：谐振接地系统发生单相接地故障后，各馈线零模电流会发生突变，且故障馈线和健全馈线突变方向相反，在极性上表现为故障馈线和健全馈线对应的波头极性相反。利用该特性可选出故障馈线。

当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗内各馈线的零模电流行波数据进行多阶差分变换，若变换后第一个非零值大于零时，判定该馈线发生单相接地故障，若第一个非零值小于零时，判定该馈线未发生单相接地故障。

本发明的有益效果是：

1、本方法利用了故障后短时窗内的各馈线零模电流数据，此时消弧线圈还未对系统进行补偿，因此该方法避免了消弧线圈补偿作用的影响。

2、本方法选线只依赖于本条馈线零模电流的极性，不依赖于其他馈线的相关信息，避免使用了群体比幅比相法，有较高的可靠性。

3、在小故障初始相角下仍具很高的可靠性，同时其有效性受过渡电阻和不稳定电弧的影响也较小，选线结果准确、可靠。

附图说明

图1为本发明实施例1的谐振接地系统仿真模型图；

图2为本发明实施例1故障后各馈线零模电流波形图；

图3为本发明实施例1故障后各馈线零模电流经多阶差分变换后的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1所示为6条馈出线路组成的35kV中性点经消弧线圈接地的配网，该电网中的G为无限大电源；T为主变压器，变比为110kV/35kV，联结组别为YN/d11；

T_Z是供补偿电网接地专用的Z字形变压器；L为消弧线圈，R为消弧线圈的阻尼电阻。线路采用架空线路、架空线—电缆混合线路和电缆线路三种线路，六条馈线的编号依次为L₁,L₂,L₃…L₆，其中，L₁为架空线，长度为15km；L₂为电缆，长度为6km；L₃为架空线，长度为18km；L₄为线缆混合线路，电缆长度为5km，架空线长度为12km；L₅为架空线，长度为30km；L₆为电缆，长度为8km。设置馈线L₁距离始端7公里处发生AG金属性故障，故障初始相角90°，采样率为10kHz。

一种基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法，具体步骤如下：

(1)当馈线发生单相接地故障时，截取故障后短时窗内的各馈线的零模电流行波数据作为研究对象，如图2所示；

(2)将各馈线的零模电流行波数据进行多阶差分变换：

$S_m\left(n\right)=\underset{j=1}{\overset{j=m+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(-1)}^{j+1}{\left(c_j\right)}_{m}Q(n-j+1)---\left(1\right)$

m为差分的阶数，S_m(n)为信号的m阶差分，Q(n)为原始故障信号，(c_j)_m为多阶差分变换系数。(c_j)_m的系数的取值为：(c1)_m＝(c_m+1)_m＝1，(c₂)_m＝m，(c₂)_m＝(c_j)_m-1+(c_j-1)_m-1，∑(-1)^j+1(c_j)_m＝0。

此处选用4阶多阶差分变换，其中，n为Si(n)第一个非零值对应的采样点，其表达式为：

Si(n)＝i₀(n)-4×i₀(n-1)+6×i₀(n-2)-4×i₀(n-3)+i₀(n-4)

变换后如图3所示。

(3)将Si_j(n)与零值进行比较；

这里各馈线Si_j(n)为[265.1-82.68-9.23-82.29-8.66-82.05]，可见除了馈线L1的极性大于0外，馈线L₂、L₃、L₄、L₅、L₆的极性都小于0，故可以判定馈线L₁故障，馈线L₂、L₃、L₄、L₅、L₆未发生单相接地故障。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法，其特征在于：当配网中馈线发生单相接地故障时，提取记录到的短时窗内各馈线的零模电流行波数据进行多阶差分变换，若变换后第一个非零值大于零时，判定该馈线发生单相接地故障，若第一个非零值小于零时，判定该馈线未发生单相接地故障。

2.根据权利要求1所述的基于零模电流多阶差分变换的配网故障选线方法，其特征在于具体步骤为：

(1)当配网中馈线发生单相接地故障时，截取故障后短时窗内的各馈线的零模电流行波数据作为研究对象；

(2)将各馈线的零模电流行波数据进行多阶差分变换；

$S_m\left(n\right)=\underset{j=1}{\overset{j=m+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(-1)}^{j+1}{\left(c_j\right)}_{m}Q(n-j+1)---\left(1\right)$

m为差分的阶数，S_m(n)为信号的m阶差分，Q(n)为原始故障信号，(c_j)_m为多阶差分变换系数；(c_j)_m的系数的取值为：(c₁)_m＝(c_m+1)_m＝1，(c₂)_m＝m，(c₂)_m＝(c_j)_m-1+(c_j-1)_m-1，∑(-1)^j+1(c_j)_m＝0；表达式为：

Si(n)＝i₀(n)-4×i₀(n-1)+6×i₀(n-2)-4×i₀(n-3)+i₀(n-4)  (2)

(3)将Si_j(n)与零值进行比较，构建如下选线判据；

当Si_j(n)<0时，判定第j馈线未发生单相接地故障；

当Si_j(n)>0时，判定第j馈线发生单相接地故障。