CN104316833A - 一种中压配电网故障行波选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中压配电网故障行波选线方法，其步骤为：在中压配电网中的变电站及各主干线路各分支末端安装行波记录装置，记录故障行波到达时间；模拟变电站母线故障，试验测试故障行波，计算各主干线路上各分支末端记录的行波到达时间与变电站记录的行波到达时间的时间差，得到基准时间数组；配电网故障时，计算各主干线路上各分支末端记录的行波到达时间与变电站记录的行波到达时间的时间差，建立故障时间数组；计算各主干线路的故障时间数组和基准时间数组的相关系数，比较所有主干线路的相关系数大小，判别故障线路。本发明不受故障类型限制，具有容错能力好、运算简单、选线可靠、实用性强的优点。

Description

一种中压配电网故障行波选线方法

技术领域

本发明涉及一种中压配电网故障行波选线方法。

背景技术

我国中压配电网广泛采用中性点非有效接地运行方式，架空线路分布于旷野，电缆线路深埋于地下，故障查找困难，严重影响电网安全稳定运行和人民生产和生活。由于中性点非有效接地配电网的单相接地故障电流较小，一般不影响负荷的连续供电，现有规程允许配电网可以带单相接地故障继续运行1～2h。但随着配电网发展，变电站馈线逐年增多以及电缆线路的广泛应用，使得短路电容电流增大，配电网长时间带故障运行易导致故障扩大为两点或多点接地短路；接地电弧易引发配电网过电压，进而损坏设备，破坏电力系统安全运行。所以电力部门要求配电网故障后，要快速准确地判别并跳闸隔离故障线路，预防故障扩大，减少故障损失。

国内外开发了一系列的小电流接地系统接地选线原理和技术，主要包括：基于有功功率法、注入信号法、小波分析法、接地残留增量法等原理的选线技术及装置。由于配电网接地故障电流小，故障检测困难；现有的各种选线装置受故障状况复杂、故障电流微弱、现场电磁干扰及不平衡电流等因素的影响，现场运行效果并不理想，选线准确率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于配电网故障行波的选线方法，其选线灵敏度高、速度快、鲁棒性强，不受故障类型与运行方式限制，具备较强容错能力，工程应用易于实现，能为电网故障定位和故障排除提供更准确更可靠的依据，能够满足具有分布式电源智能配电网的运行要求。

解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

一种中压配电网故障行波选线方法，其特征是包括以下步骤：

S1，定义中压配电网中变电站母线的出线为主干线路，在变电站及各主干线路分支末端安装行波记录装置；

S2，模拟变电站母线故障，试验测试故障行波：

在时刻从变电站母线处外加一行波信号，各行波记录装置记录行波到达的准确时间，计算任一主干线路m上各分支末端的故障行波到达的初始时间与的时间差，得到任一主干线路m的基准时间数组 $H_m=(t_{m1}^{\′}-t_0^{\′},t_{m2}^{\′}-t_0^{\′},\·\·\·,t_{{\mathrm{mN}}_m}^{\′}-t_0^{\′});$

其中,m＝(a,b,c,d,…)，n为主干线路m上各分支末端行波记录装置的编号，n＝(1,2,…,N_m)，N_m为主干线路m上各分支末端行波记录装置的总数量；

S3，配电网发生故障时，利用行波记录装置记录故障行波到达的初始时间，计算任一主干线路m上各分支末端行波记录装置n的故障行波到达的初始时间t_mn与变电站母线处行波记录装置W1的故障行波到达的初始时间t₀的时间差，得到任一主干线路m的故障时间数组 $G_m=(t_{m1}-t_0,t_{m2}-t_0,\·\·\·,t_{{\mathrm{mN}}_m}-t_0);;$

S4，计算各主干线路m的故障时间数组G_m和基准时间数组H_m的相关系数r_m，，r_m的计算公式为： $r_m=\frac{N_m\underset{n=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{mn}}{g}_{\mathrm{mn}}-\underset{n=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{mn}}\underset{n=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{mn}}}{\sqrt{N_m\underset{n=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{mn}}^2-{\left(\underset{n=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{mn}}\right)}^2}\sqrt{N_m\underset{n=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{mn}}^2-{\left(\underset{n=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{mn}}\right)}^2}},$ 其中，h_mn为H_m中的第n项g_mn为G_m的第n项(t_mn-t₀)；

S5，比较所有主干线路的相关系数，若所有相关系数都大于整定值A，且其中两个最小相关系数的差小于整定值B，则判别为母线故障；否则判别相关系数最小的线路为故障线路。

上述步骤S5中整定值A的取值范围为：[0.8，0.99]，整定值B的取值范围为：[0.01，0.1]。

本发明方法的论证：配电网故障时，故障点产生暂态行波信号，由故障点传上整个配电网，即故障行波在故障线路上传播的路径为：由故障点按线路最短路径传输到故障线路的各个分支，各个分支末端安装的行波记录装置记录行波到达时间；故障行波传输到非故障线路上的传播路径为：由故障点按线路最短路径传输到变电站母线，再由变电站母线按线路最短路径传输到非故障线路的各个分支，各个分支末端安装的行波记录装置记录行波到达时间。由于母线短，母线上的传输时间可以忽略。因此，非故障线路测量的故障行波都来自变电站母线，则理论上非故障主干线路m的故障时间数组G_m与基准时间数组H_m各个元素数值完全相同，相关系数为1。

考虑行波记录装置的记录误差，选取一相关系数的误差范围，即整定值A，大于该整定值则判断为非本线路故障。同时考虑同一故障行波信号的特征参数(如：幅值、频率)相同，在各行波记录装置上产生的误差具有一定的同向性，即同时为正误差或同时为负误差；为此，设定一相关系数离散性的整定判断，即设定另一整定值B，相关系数离散性小于整定值B作为母线故障的必要条件。故得到母线故障的判据为：比较所有主干线路的相关系数，若所有相关系数都大于整定值A，且其中两个最小相关系数的差小于整定值B，则判别为母线故障。

对于故障线路，故障行波不需要经过变电站母线，直接由故障点按线路最短路径传输到故障线路的各个分支，所以故障主干线路的故障时间组G_m与基准时间数组H_m相关程度低；且故障点离变电站母线越远，行波传播路径与变电站母线故障的行波传播路径差别越大，故障时间组G_m与基准时间数组H_m相关系数越低。因此比较所有主干线路的相关系数，故障线路为相关系数最小的线路。

本发明的技术效果在于：利用配电网行波记录装置记录的故障时行波时间信息进行选线，快速灵敏，易于实现，不受故障类型以及运行方式限制；本发明利用配电网故障行波到达配电网各分支末端的准确时间与母线模拟故障到达配电网各分支末端的准确时间的相关性进行故障线路辨识，运算简单，准确率高，易于实现，能有效降低干扰引起的行波波头记录误差。

附图说明

图1 本发明的流程图；

图2 本发明的配电网的拓扑结构图。

具体实施方式

实施例

参见图2，图2为实施本发明的配电网拓扑结构图，图中数字为架空线路长度，单位为公里；本发明基于中压配电网故障行波选线步骤为：

(1)定义中压配电网中变电站母线的出线为主干线路，在如图2所示配电网中的变电站及3条主干线路的分支末端安装行波记录装置，3条主干线路的编号m取值分别为：m＝a，b，c；设n为任一主干线路各分支末端行波记录装置编号，其中主干线路a的各分支末端行波记录装置编号为a1、a2、a3、a4、a5；主干线路b各分支末端行波记录装置编号为b1、b2、b3，主干线路c各分支末端行波记录装置编号为c1、c2、c3、c4。

(2)模拟变电站母线故障，在t′₀时刻从母线处注入一30kV标准雷电波，试验测试故障行波，利用行波记录装置记录故障行波到达的初始时间，计算任一主干线路m的各分支末端的故障行波到达时间t′_mn与变电站母线处的故障行波到达时间t′₀的时间差，得到主干线路m的基准时间数组H_m：

H_a＝(t′_a1-t′₀，t′_a2-t′₀，t′_a3-t′₀，t′_a4-t′₀，t′_a5-t′₀)＝(150.00，133.33，126.67，73.33，30.00)；

H_b＝(t′_b1-t′₀，t′_b2-t′₀，t′_b3-t′₀)＝(90.00，43.00，16.00)；

H_c＝(t′_c1-t′₀，t′_c2-t′₀，t′_c3-t′₀，t′_c4-t′₀)＝(135.80，155.70，65.70，13.90)。

(3)如图2所示，配电网故障发生在主干线路c上，利用行波记录装置记录故障行波到达的初始时间，计算主干线路m(m＝a，b，c)分支末端的故障行波到达时间与变电站母线处的故障行波到达时间的时间差，得到主干线路m(m＝a，b，c)的故障时间数组G_m：

G_a＝(t_a1-t₀，t_a2-t₀，t_a3-t₀，t_a4-t₀，t_a5-t₀)＝(150.04，133.39，126.63，73.35，30.06)；

G_b＝(t_b1-t₀，t_b2-t₀，t_b3-t₀)＝(89.96，42.99，15.98)；

G_c＝(t_c1-t₀，t_c2-t₀，t_c3-t₀，t_c4-t₀)＝(57.00，76.90，-46.44，1.80)。

(4)根据相关系数计算公式，计算各主干线路m的故障时间数组G_m和基准时间数组H_m的相关系数r_m，其中，h_mn为H_m中的第n项g_mn为G_m的第n项(t_mn-t₀)，N_m为主干线路m的各分支末端行波记录装置编号n的最大值,得:

对于线路a： $r_a=\frac{N_a\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{an}}{g}_{\mathrm{an}}-\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{an}}\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{an}}}{\sqrt{N_a\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{an}}^2-{\left(\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{an}}\right)}^2}\sqrt{N_a\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{an}}^2-{\left(\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{an}}\right)}^2}}=1.0000$

对于线路b： $r_b=\frac{N_b\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{bn}}{g}_{\mathrm{bn}}-\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{bn}}\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{bn}}}{\sqrt{N_b\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{bn}}^2-{\left(\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{bn}}\right)}^2}\sqrt{N_b\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{bn}}^2-{\left(\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{bn}}\right)}^2}}=1.0000$

对于线路c： $r_c=\frac{N_c\underset{n=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{cn}}{g}_{\mathrm{cn}}-\underset{n=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{cn}}\underset{n=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{cn}}}{\sqrt{N_c\underset{n=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{cn}}^2-{\left(\underset{n=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{cn}}\right)}^2}\sqrt{N_c\underset{n=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{cn}}^2-{\left(\underset{n=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{cn}}\right)}^2}}=0.7702$

假设整定值A取值为0.85，整定值B取值为0.05；由上述结果可以清楚的看出：线路a的相关系数r_a和线路b的相关系数r_b均大于整定值A，但线路c的相关系数r_c小于整定值A；且两个相关系数最小值的差为0.2298，大于整定值B，所以判断相关系数最小的线路c为故障线路。故判别结果实际结果一致，验证了该发明方法的有效性。

由此可知，本发明配电网故障行波选线方法可以正确、能可靠选出故障线路。

Claims (2)

1.一种中压配电网故障行波选线方法，其特征是包括以下步骤：

S1,在配电网中的变电站及各主干线路分支末端安装行波记录装置；

S2,模拟变电站母线故障，试验测试故障行波：

在t′₀时刻从变电站母线处外加一行波信号，各行波记录装置记录行波到达的准确时间，计算任一主干线路m上各分支末端的故障行波到达的初始时间t′_mn与t′₀的时间差，得到任一主干线路m的基准时间数组 $H_m=(t_{m1}^{\′}-t_0^{\′},t_{m2}^{\′}-t_0^{\′},...,t_{{\mathrm{mN}}_m}^{\′}-t_0^{\′});$

其中，m＝(a,b,c,d,…)，n为主干线路m上各分支末端行波记录装置的编号，n＝(1,2,…,N_m)，N_m为主干线路m上各分支末端行波记录装置的总数量；

S3,配电网发生故障时，利用行波记录装置记录故障行波到达的初始时间，计算任一主干线路m上各分支末端行波记录装置n的故障行波到达的初始时间t_mn与变电站母线处行波记录装置W1的故障行波到达的初始时间t₀的时间差，得到任一主干线路m的故障时间数组 $G_m=(t_{m1}-t_0,t_{m2}-t_0,...,t_{{\mathrm{mN}}_m}-t_0);$

S4,计算各主干线路m的故障时间数组G_m和基准时间数组H_m的相关系数r_m；

S5,比较所有主干线路的相关系数，若所有相关系数都大于整定值A，且其中两个最小相关系数的差小于整定值B，则判别为母线故障；否则判别相关系数最小的线路为故障线路。

2.根据权利要求1所述的中压配电网故障选线方法，其特征是：所述步骤S5中整定值A的取值范围为：[0.8，0.99]，整定值B的取值范围为：[0.01，0.1]。