CN104297615B - 基于零序电流随机性识别的间歇性接地故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于零序电流随机性识别的间歇性接地故障检测方法，包括：采集变电站被监测馈线零序电流瞬时值，计算表征零序电流随机程度的系数——零序电流随机性系数，通过零序电流随机性系数与阈值比较即可判断是否发生间歇性接地故障。该方法适用于中性点经电阻接地的中压配电系统，只利用零序电流信号；与现有的间歇性接地故障检测方法相比，采集信息量少、灵敏度高，实用性强。

Description

基于零序电流随机性识别的间歇性接地故障检测方法

技术领域

本发明属于电力系统保护和控制领域，特别涉及一种基于零序电流随机性识别的配电电缆间歇性接地故障检测方法。

背景技术

随着配电线路负荷率快速增加，中性点经小电阻接地的电缆线路在城市、大型厂矿企业配电网中逐步推广应用。中性点有效接地配电线路受电缆工艺不良、送电走廊、自然环境等因素影响，容易发生间歇性单相接地故障。故障电流的工频稳态值常小于零序过流保护动作阈值，使得故障难于被切除而长期存在，容易造成火灾、触电等严重后果，因此间歇性接地故障检测十分重要。

间歇性接地故障通常伴随间歇性电弧放电现象，同时由于故障点的不稳定接触，导致故障电流不能稳定存在，而是呈现一定的随机性。因此有多种基于故障电流随机性检测的方法被提出，主要包括：D.B.Russell等提出的基于负载能量变化的随机性接地故障检测方法(专利号US.005485093A)，A.F.Sultan等提出的基于故障电流半波不对称以及电流跃变的故障检测方法，W.H.Kwon等提出的正规化偶侧谐波功率增量变化方法。

但是，由于配电系统负荷变化较为剧烈，而以上检测方法均采用固定的检测阈值，阈值设定选择困难：阈值设定过低，检测灵敏度提高，但是容易受到系统运行中的负荷变化、断路器操作等因素干扰，容易误动；阈值设定较高，检测可靠性得到了保证，但是针对间歇性弱故障的检测将灵敏度不足，因此基于固定检测阈值的检测方法成功率都较低。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了基于零序电流随机性识别的间歇性接地故障检测方法，该方法只利用零序电流信息，采集的电气量少，且不受负荷变动的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于零序电流随机性识别的间歇性接地故障检测方法，包括以下步骤：

步骤1:对馈线的零序电流进行采样，获得一个工频周波的采样值序列f(n)，n＝1,2,……N；其中，N为整数，根据采样率的不同，N的取值也不同，N的取值范围为[20，256]；

步骤2:用傅里叶变换求得f(n)的基波幅值，记为I；

步骤3:计算零序电流随机性系数r；

步骤4:根据I和r的值判断每个工频周波内是否有疑似间歇性接地故障发生，具体方法如下：如果I>I_set，且r<r_set，则判定发生一次疑似间歇性接地故障，其中I_set为零序电流整定值，r_set为随机性系数整定值；

步骤5：每隔一个工频周期重复一次步骤1到步骤4，判断每个工频周波内是否发生了间歇性接地故障；如果在设定时间T内发生疑似间歇性接地故障的次数超过m次，则判断该馈线发生了间歇性接地故障；其中T为工频周期的整数倍，为设定值；m为整数，也为设定值。

所述步骤3中零序电流随机性系数r的计算公式为：

$r=\frac{-\underset{k=1}{\overset{10}{\mathrm{\&Sigma;}}}f\left(k\right)f(k+10)}{\sqrt{\left(\underset{k=1}{\overset{10}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}^2\right(k\left)\right)\left(\underset{k=1}{\overset{10}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}^2\right(k+10\left)\right)}}$

其中，f(k)为采样值序列f(n)中的第k个采样点数值，1≤k≤10，f(k+10)为采样值序列f(n)中的第(k+10)个采样点数值。

所述步骤4中零序电流整定值I_set的取值范围为0.05～0.1倍的被测线路额定电流，随机性系数整定值r_set的取值范围为0～0.98。

本发明的有益效果是：

本发明的检测对象为零序电流的随机性，与现有的间歇性接地故障检测方法相比有如下优点：该方法只利用零序电流信息，采集的电气量少，更经济实用；零序电流随机性系数的大小反映了零序电流的变化剧烈程度，不受负荷变动的影响。本发明能为切除发生间歇性接地故障的线路提供可靠依据，减少了接地故障所造成的危害。

附图说明

图1为应用本发明实施例的配电系统单线图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

本实施例采用的配电系统单线图如图1所示，等值电力系统经过220/35kV降压变压器连接三条电缆线路，电缆线路末端均通过35/0.69kV降压变压器连接负荷；本实施例在电缆线路3出口处通过零序电流互感器采集零序电流并输入到应用本发明的继电保护装置中。

基于零序电流随机性识别的配电电缆间歇性接地故障检测方法如图2所示，包括以下步骤：

1)对变电站被监测馈线零序电流瞬时值进行采样，采样频率1kHz，获得一个工频周波的采样值序列f(n)，n＝1,2,……20；

f(n)＝[-0.0194 -0.0133 -0.0060 0.0020 0.0098 0.0166 0.0218 0.02490.0255 0.0236 0.0194 0.0133 0.0060 -0.0020 -0.0098 -0.0166 -0.0218 16.206223.3455 27.4620]

2)用傅里叶变换求得f(n)的基波幅值，I＝6.48A；

3)计算零序电流随机性系数r，计算公式为：

$r=\frac{-\underset{k=1}{\overset{10}{\mathrm{\&Sigma;}}}f\left(k\right)f(k+10)}{\sqrt{\left(\underset{k=1}{\overset{10}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}^2\right(k\left)\right)\left(\underset{k=1}{\overset{10}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}^2\right(k+10\left)\right)}}=-0.73$

4)根据I和r的值进一步判断疑似间歇性接地故障是否发生，设定I_set＝5A，r_set＝0.95，由于I>I_set，且r<r_set，因此判断发生了疑似间歇性接地故障；

5)每隔0.02秒重复一次步骤1～4)，得到每个工频周波是否发生疑似间歇性接地故障的结果，如果在10秒钟时间内发生疑似间歇性接地故障的次数超过2次，则判断发生了间歇性接地故障。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种基于零序电流随机性识别的间歇性接地故障检测方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1:对馈线的零序电流进行采样，获得一个工频周波的采样值序列f(n)，n＝1,2,……N；其中，N为整数，根据采样率的不同，N的取值也不同，N的取值范围为[20，256]；

步骤2:用傅里叶变换求得f(n)的基波幅值，记为I；

步骤3:计算零序电流随机性系数r；零序电流随机性系数r的计算公式为：

$r=\frac{-\underset{k=1}{\overset{10}{\&Sigma;}}f\left(k\right)f(k+10)}{\sqrt{\left(\underset{k=1}{\overset{10}{\&Sigma;}}{f}^2\right(k\left)\right)\left(\underset{k=1}{\overset{10}{\&Sigma;}}{f}^2\right(k+10\left)\right)}}$

其中，f(k)为采样值序列f(n)中的第k个采样点数值，1≤k≤10，f(k+10)为采样值序列f(n)中的第(k+10)个采样点数值；

步骤4:根据I和r的值判断每个工频周波内是否有疑似间歇性接地故障发生，具体方法如下：如果I>I_set，且r<r_set，则判定发生一次疑似间歇性接地故障，其中I_set为零序电流整定值，r_set为随机性系数整定值；

步骤5：每隔0.02秒重复一次步骤1到步骤4，判断每个工频周波内是否发生了间歇性接地故障；如果在设定时间T内发生疑似间歇性接地故障的次数超过m次，则判断该馈线发生了间歇性接地故障；其中T为工频周期的整数倍，为设定值；m为整数，也为设定值。

2.如权利要求1所述的一种基于零序电流随机性识别的间歇性接地故障检测方法，其特征是，所述步骤4中零序电流整定值I_set的取值范围为0.05～0.1倍的被测线路额定电流，随机性系数整定值r_set的取值范围为0～0.98。