CN104483594A - 一种小电流接地故障行波选线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小电流接地故障行波选线方法，包括以下步骤：S1.分离出自故障发生时刻后一定时间T内的母线处三相的初始电压行波和各出线的初始电流行波；S2.检测波头幅值大小，并用所述波头幅值表征所述初始电压行波和初始电流行波；S3.以所述初始电流行波进行选线判断故障线路；S4.以所述初始电压行波进行选相判断故障相，本方法是对配电网发生单相接地故障后，通过比较各出线同名相的初始电流行波来判断故障线路，再通过比较母线处三相初始电压行波再判断故障相；该方法不受中性点接地方式、过渡电阻的大小、是否有分支线路、是否为混合线路以及线路是否空载的影响，且在选出故障线路的同时，能够选出故障相，具有工程实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种小电流接地故障行波选线方法，属于配电网的保护与控制技术领域。
背景技术
我国35KV及10KV配电系统大多采用中性点不接地或经消弧线圈接地的处理方式。由于故障电流小、弧光造成的接地过程不稳定等原因，单相接地故障检测一直难以彻底解决。
中性点不接地电网中，单相接地时故障线工频零序电流等于所有健全线路对地电容电流之和，方向从线路指向母线。而健全线路零序电流等于自身对地电容电流，方向从母线指向线路。在消弧线圈接地系统中，对于高次谐波由于消弧线圈的感抗增加即其补偿作用下降，而对地分布电容容抗下降。因此，对于零序电流中5次以上的谐波成份，可以忽略消弧线圈的作用，即认为故障线路比非故障线路幅值大且方向相反。
对于配电网的小电流接地故障，传统的选线方法如注入信号法受TV容量、分布电容和接地电弧等因素的影响。利用零序电流比幅或比相的方法进行选线，易受正常运行状态时不平衡电流的影响，且受系统的结构和运行方式的影响较大，此外，该方法不能适应消弧线圈接地的方式。基于五次谐波的幅值和方向的方法也可以确定故障线路，但是由于五次谐波含量较少，且在电弧存在时不够稳定，并会受到不平衡电流中的谐波分量的影响，因此受到限制。总体来说，目前的选线方法都在一定范围内可以接受，但仍不尽人意。
行波本身作为一种故障分量，在系统正常运行时并不存在，只有发生接地时才会出现，可排除正常运行不平衡电流的影响，此外其极性和幅值特征几乎不受中性点的接地方式、线路结构和系统运行方式的影响。利用行波测距已经得到了成功应用，利用行波选线也不失为一种好方法。
随着配网自动化的发展和故障管理功能的不断完善，要求对单相接地故障能够实现故障选相并恢复健全线路的供电，而不仅局限于传统的故障选线，特别是对于有重要负荷的出线来说具有现实的必要性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对配电网小电流接地故障的选线问题，克服传统算法可靠性不高的缺点，提供一种基于暂态行波进行选线的小电流接地故障行波选线方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种小电流接地故障行波选线方法，包括以下步骤：
S1.分离出自故障发生时刻后一定时间T内的母线处三相的初始电压行波和各出线的初始电流行波；
S2.检测波头幅值大小，并用所述波头幅值表征所述初始电压行波和初始电流行波；
S3.以所述初始电流行波作为选线判据，进行选线判断故障线路；
S4.以所述初始电压行波作为选相判据，进行选相判断故障相。
优选地，所述步骤S2具体为：在三相中任选出A、C两相，检测各个出线A、C相的初始电流行波的波头幅值，并分别用以下列向量表示初始电流行波：
A＝[α1 α2 … αk … αn]T,C＝[γ1 γ2 …γk …γn]T
其中n为出线的条数，αi、γi(i＝1,2,…,k,…,n)分别表示第i条出线的A相和C相的初始电流行波的波头幅值。
检测母线处三相的初始电压行波的波头幅值，并用以下列向量表示初始电压行波：T＝[a b c]T
其中a、b、c分别表示A、B、C三相的初始电压行波的波头幅值。
优选地，所述步骤S3具体为：
根据波头幅值求取A、C相的初始电流行波的极性列向量为下述列向量：
sgni1＝[1 1 … -1 … 1]T,sgni2＝[-1 -1 … 1 … -1]T
其中1表示极性为正，-1表示极性为负；
若某一出线的初始电流行波的极性与其他出线同名相的初始电流行波的极性相反，则该出线为故障线路；若各出线同名相初始电流行波的极性都相同，则母线发生故障；
根据波头幅值求取初始电流行波的幅值列向量，A、C相的初始电流行波的幅值列向量如下：
ampi1＝[α1' α2' … αk' … αn']T,ampi2＝[γ1' γ2' …γk' …γn']T
其中n为出线的条数，αj'、γj'(j＝1,2,…,k，…,n)分别表示第j条出线A相和C相的初始电流行波的波头幅值的大小，αj'＞0、γj'＞0；
若某一出线上初始电流行波的幅值远大于其他出线同名相的初始电流行波的幅值，则该出线为故障线路；若各出线同名相的初始电流行波的幅值基本相等，则母线发生故障。
优选地，所述步骤S4具体为：
根据波头幅值求取初始电压行波的极性列向量如下：
sgnu1＝[1 -1 -1]T,sgnu2＝[-1 1 1]T
其中1表示极性为正，-1表示极性为负；
对于故障发生在出线上的情况，若某一相的初始电压行波的极性与其他两相初始电压行波的极性相反，则该相为故障相；
根据波头幅值求取初始电压行波的幅值列向量如下：
ampu＝[a' b' c']
对于故障发生在出线上的情况，若某一相的初始电压行波的幅值远大于另两相初始电压行波的幅值，则该相为故障相；对于故障发生在母线上的情况，若某一相的初始电压行波的幅值远大于另外两相初始电压行波的幅值，则该相为故障相。
优选地，所述T为0.06ms。
本发明的有益效果是：本发明通过比较各出线同名相的初始电流行波的极性和幅值来判断故障线路，通过比较母线处三相初始电压行波的极性和幅值再判断故障相。本发明对于故障发生在各条出线，或者是母线上，都有明确的算法。同时，通过仿真模型也验证了该算法不受中性点接地方式、过渡电阻的大小、是否有分支线路、是否为混合线路以及线路是否空载的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的配电网电路图；
图2为出线L4发生A相单相接地故障时的初始电流行波、电压行波。
图3为出线L3、L4为混合线路时出线L4的电缆段发生A相单相接地故障时的初始电流、电压行波。
图4为母线发生A相单相接地故障时的初始电流、电压行波。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的本发明所述一种小电流接地故障行波选线方法，包括以下步骤：
S1.分离出自故障发生时刻后一定时间T内的母线处三相的初始电压行波(Transient Voltage Traveling Wave，即TVTW)和各出线的初始电流行波(Transient Current Traveling Wave，即TCTW)；
S2.检测波头幅值大小，并用所述波头幅值表征所述初始电压行波和初始电流行波；
S3.以所述初始电流行波作为选线判据，进行选线判断故障线路；
S4.然后再以所述初始电压行波作为选相判据，在判断出故障线路的基础上再进行选相判断故障相。
本发明通过比较各出线同名相的初始电流行波来判断故障线路，通过比较母线处三相初始电压行波再判断故障相，对于故障发生在各条出线，或者是母线上，都有明确的算法。同时，通过仿真模型也验证了该算法不受中性点接地方式、过渡电阻的大小、是否有分支线路、是否为混合线路以及线路是否空载的影响。
在优选的实施方案中，所述步骤S2具体为：在三相中任选出A、C两相，检测各个出线A、C相的初始电流行波的波头幅值，并分别用以下列向量表示初始电流行波：
A＝[α1 α2 … αk … αn]T,C＝[γ1 γ2 …γk … γn]T
其中n为出线的条数，αi、γi(i＝1,2,…,k，…,n)分别表示第i条出线的A相和C相的初始电流行波的波头幅值。
检测母线处三相的初始电压行波的波头幅值，并用以下列向量表示初始电压行波：T＝[a b c]T
其中a、b、c分别表示A、B、C三相的初始电压行波的波头幅值。
在优选的实施方案中，所述步骤S3具体为：
根据波头幅值求取A、C相的初始电流行波的极性列向量为下述列向量：
sgni1＝[1 1 … -1 … 1]T,sgni2＝[-1 -1 … 1 … -1]T
其中1表示极性为正，-1表示极性为负；
若某一出线的初始电流行波的极性与其他出线同名相的初始电流行波的极性相反，则该出线为故障线路；若各出线同名相初始电流行波的极性都相同，则母线发生故障；
根据波头幅值求取初始电流行波的幅值列向量，A、C相的初始电流行波的幅值列向量如下：
ampi1＝[α1' α2' …αk' … αn']T,ampi2＝[γ1' γ2' …γk' … γn']T
其中n为出线的条数，αj'、γj'(j＝1,2,…,k,…,n)分别表示第j条出线A相和C相的初始电流行波的波头幅值的大小，αj'＞0、γj'＞0；
若某一出线上初始电流行波的幅值远大于其他出线同名相的初始电流行波的幅值，则该出线为故障线路；若各出线同名相的初始电流行波的幅值基本相等，则母线发生故障。
在优选的实施方案中，所述步骤S4具体为：
根据波头幅值求取初始电压行波的极性列向量如下：
sgnu1＝[1 -1 -1]T,sgnu2＝[-1 1 1]T
其中1表示极性为正，-1表示极性为负；
对于故障发生在出线上的情况，若某一相的初始电压行波的极性与其他两相初始电压行波的极性相反，则该相为故障相；
根据波头幅值求取初始电压行波的幅值列向量如下：
ampu＝[a' b' c']
对于故障发生在出线上的情况，若某一相的初始电压行波的幅值远大于另两相初始电压行波的幅值，则该相为故障相；对于故障发生在母线上的情况，若某一相的初始电压行波的幅值远大于另外两相初始电压行波的幅值，则该相为故障相。
在优选的实施方案中，所述T为0.06ms。
下面提供一个本发明所述一种小电流接地故障行波选线方法的具体实施例：主系统是具有单母线4条出线的10kv配电网，还包括电阻R、电感L和行波接收装置RX，如附图1所示，其中，线路L1为架空线路，L2为电缆线路，L3和L4为架空线和电缆的混合线路，假定出线L4的电缆段发生A相的单相接地故障。通过安装在变电所的行波接收装置RX，记录故障时产生的母线处的电压行波信号和各出线的电流行波信号，测得各出线A、C相电流初始行波和母线处电压初始行波的波头值，分别写作列向量：
A＝[-6.25 -24.80 -24.88 55.27]T(A)
C＝[3.13 12.44 12.44 -28.30]T(A)
T＝[-2212 1106 1106]T(V)
实施方案如下：
1)求取初始电流行波极性列向量
通过在软件Matlab中编程
for i＝1:1:n
if A(i)>0
sgn(i)＝1；
else
sgn(i)＝-1；
end
end
sgn＝sgn’；
可得A、C相的初始电流行波极性列向量分别为：
sgni1＝[-1 -1 -1 1]T,sgni2＝[1 1 1 -1]T
根据选线的极性判据，若某一出线的初始电流行波的极性与其他出线同名相的初始电流行波的极性相反，则该出线为故障线路。显然，第4条出线L4的A相的初始电流行波极性与其他3条出线的A相初始电流行波极性相反，C相亦是如此。工程中通过编程可得1在sgni1中所在的行和-1在sgni2中的行数，即为故障线路L4。
2)求取初始电流行波幅值列向量
假设在上述步骤1)中，sgni1就是A相的初始电流行波极性列向量，sgni2就是C相的初始电流行波极性列向量。通过编程
ampi1＝A.*sgni1,ampi2＝C.*sgni2
可得A、C初始电流行波幅值列向量分别为：
ampi1＝A.*sgni1＝[6.25 24.80 24.88 55.27]T
ampi2＝C.*sgni2＝[3.13 12.44 12.44 28.30]T
根据选线的幅值判据，若某一出线上初始电流行波的幅值远大于其他出线同名相的初始电流行波的幅值，则该出线为故障线路。显然，向量ampi1中第4行中的元素远大于前3行中的元素，则障线路为L4，向量ampi2亦可得此结论。
3)求取初始电压行波极性列向量
通过在MATLAB中编程
for i＝1:1:3
if T(i)>0
sgn(i)＝1；
else
sgn(i)＝-1；
end
end
sgn＝sgn’；
则可得三相电压的初始行波极性列向量为：
sgnu＝[-1 1 1]T
根据选相的极性判据，对于故障发生在出线上的情况，若某一相的初始电压行波的极性与其他两相初始电压行波的极性相反，则该相为故障相。显然，A相的初始电压行波极性与B、C两相初始电压行波极性相反，则A相为故障相。工程中可编程求-1在向量sgn中的行数来选出故障相。
4)求取初始电压行波幅值列向量
通过编程
ampu1＝T.*sgnu1,ampu2＝T.*sgnu2
可得三相电压初始行波波头幅值大小列向量为：
ampu＝[2212 1106 1106]
根据选相的幅值判据，某一相的初始电压行波的幅值远大于另两相初始电压行波的幅值，则该相为故障相。显然，A相的初始电压行波的波头值远大于B、C两相的初始电压行波的波头幅值，则A相为故障相。
由以上实施例结果可得，选线选相结果完全正确。实施例是在一定的工程经验的基础上建立的模型，但是非常具有普遍性。此外，建立的其他仿真模型，包括中心点不同的接地方式、带有分支线路的模型、带有空载线路的模型、其他相发生单相接地故障，以及母线发生单相接地故障的情况，都取得了准确的选线选相结果。因此，本发明作为小电流接地故障选线的新算法，具有良好的工程实用价值。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种小电流接地故障行波选线方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.分离出自故障发生时刻后一定时间T内的母线处三相的初始电压行波和各出线的初始电流行波；
S2.检测波头幅值大小，并用所述波头幅值表征所述初始电压行波和初始电流行波；
S3.以所述初始电流行波作为选线判据，进行选线判断故障线路；
S4.以所述初始电压行波作为选相判据，进行选相判断故障相。
2.如权利要求1所述的小电流接地故障行波选线方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：在三相中任选出A、C两相，检测各个出线A、C相的初始电流行波的波头幅值，并分别用以下列向量表示初始电流行波：
A＝[α1 α2 … αk … αn]T,C＝[γ1 γ2 … γk … γn]T
其中n为出线的条数，αi、γi(i＝1,2,…,k,…,n)分别表示第i条出线的A相和C相的初始电流行波的波头幅值。
检测母线处三相的初始电压行波的波头幅值，并用以下列向量表示初始电压行波：T＝[a b c]T
其中a、b、c分别表示A、B、C三相的初始电压行波的波头幅值。
3.如权利要求1所述的小电流接地故障行波选线方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
根据波头幅值求取A、C相的初始电流行波的极性列向量为下述列向量：
sgni1＝[1 1 … -1 … 1]T,sgni2＝[-1 -1 … 1 … -1]T
其中1表示极性为正，-1表示极性为负；
若某一出线的初始电流行波的极性与其他出线同名相的初始电流行波的极性相反，则该出线为故障线路；若各出线同名相初始电流行波的极性都相同，则母线发生故障；
根据波头幅值求取初始电流行波的幅值列向量，A、C相的初始电流行波的幅值列向量如下：
ampi1＝[α1' α2' … αk' … αn']T,ampi2＝[γ1' γ2' … γk' … γn']T
其中n为出线的条数，αj'、γj'(j＝1,2,…,k,…,n)分别表示第j条出线A相和C相的初始电流行波的波头幅值的大小，αj'＞0、γj'＞0；
若某一出线上初始电流行波的幅值远大于其他出线同名相的初始电流行波的幅值，则该出线为故障线路；若各出线同名相的初始电流行波的幅值基本相等，则母线发生故障。
4.如权利要求1所述的小电流接地故障行波选线方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
根据波头幅值求取初始电压行波的极性列向量如下：
sgnu1＝[1 -1 -1]T,sgnu2＝[-1 1 1]T
其中1表示极性为正，-1表示极性为负；
对于故障发生在出线上的情况，若某一相的初始电压行波的极性与其他两相初始电压行波的极性相反，则该相为故障相；
根据波头幅值求取初始电压行波的幅值列向量如下：
ampu＝[a' b' c']
对于故障发生在出线上的情况，若某一相的初始电压行波的幅值远大于另两相初始电压行波的幅值，则该相为故障相；对于故障发生在母线上的情况，若某一相的初始电压行波的幅值远大于另外两相初始电压行波的幅值，则该相为故障相。
5.如权利要求1所述的小电流接地故障行波选线方法，其特征在于，所述T为0.06ms。
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