CN104777397B - 基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，步骤如下：步骤A、三相线电压采集和统计；步骤B、三相线电压向量校验；步骤C、断线故障判定；步骤D、输出判定结果；步骤E、断线故障区间定位。本发明的有益效果：1、采用电压向量作为断线故障判别参量，受三相负载变化情况影响小，在线路空载、轻载、重载、三相负载不平衡情况下均能正常识别断线故障；2、三相电源电压波动影响小；3、监测范围广，断线监测装置安装位置到线路电源之间的线路发生单相断线均可准确判断识别；4、安装实施方便，断线监测装置采用并联接法，可以直接利用线路上已有的三相电压互感器作为电压测量输入设备。
Description
技术领域
本发明涉及电网电力技术领域，尤其涉及基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法。
背景技术
目前大多数的架空线断线故障判断方法都是以电流的幅值、相位及其相与相之间的幅值变化对比关系来判断线路断线，如专利申请号(201310247895.4)一种适用于6～35kV配电网的断线报警装置，其原理特点是：测量并比较配电线路主干线和分支线的A相、C相电流的幅值、相位，从而确定断线相；用于判定测量点后侧(即远离电源侧)的一相断线故障。再如专利申请号(20141053423.7)10kV配电自动化线路中主干线及支线的故障处理方法，其方法特点：将配电线路分为若干段，在各段安装电流互感器和电压互感器，并在线路末端安装电压互感器，通过采集比较的三相电流的不平衡度及电压不平衡度来判定断线故障；用于判定测量点后侧(即远离电源侧)的一相断线故障。
缺点在于，上述的判断方法其前提条件是要求三相电路完全对称，但实际运行电网中发生一相断线时，三相电流大小变化不一定都很明显，因此极易产生误判。当线路空载、轻载、三相负载不平衡情况下容易误判，重载情况下无法正常识别断线故障，三相负载的波动、单相负载设备(如：单相配电变压器)的投切引起的电源波动可能导致频繁误判。配电网回路上测量点位置必须安装专用电流互感器设备来采集三相电流，装置安装不便。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，以电压有效值、相位角作为判断依据，适用于6kV～35kV电压等级中性点不接地或小电流接地配网系统，通过专用或共用的电压采集设备进行三相线电压有效值、相位同步采集计算，以同一时刻的三相电压向量数据为判断依据，比较线路断线监测测量点的三相线电压之间的有效值、相位差关系，实现对发生在测量采集点的上侧(即靠电源侧)的一相断线故障的判断和定位。
为了实现上述目的，本发明提供基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，步骤如下：
步骤A、三相线电压采集和统计：在配电线路中安装若干个断线检测装置，断线检测装置周期性地同步采集三相线电压；周期性地统计每个断线检测装置所采集得的三相线电压有效值和相位角数据，计算出三相线电压平均有效值、相位角；若周期内的电压波形没有发生突变，则进入下一步骤；
步骤B、断线故障判定：对比三相线电压有效值大小变化和相位角夹角，若其中一相线电压有效值保持不变或符合正常电压波动范围，其它两相线电压有效值同时下降并超出正常波动范围；电压正常相的线电压有效值最大，其它两相较小，且线电压有效值较小的两相与线电压有效值最大相的相位夹角与180°进行比较，若在偏转角度±Δφds区间内，则判定线电压正常相的超前相为断线相，其中△φds表示断线相判定相位角整定值；
步骤C、输出判定结果；
步骤D、断线故障区间定位：断线点为电压异常的断线检测装置的靠近电源侧。
优选的，在步骤A和步骤B之间，设有用于校验断线检测装置的步骤A’：对断线检测装置采集得的三相线电压进行相序顺序判断，若相序顺序正常，再将三相线电压向量之和的模与电压偏差整定值ΔU0进行比较；若大于或等于ΔU0，则表明断线检测装置运行异常或所采集数据不符合要求，所述断线检测装置输出电压数据异常报警信息，反之进入步骤B。
进一步的，所述断线监测装置包括依次连接的电压互感器、电压采集电路、微处理器和通信模块；所述电压互感器将配电线路AB、BC、CA三相线电压分别转换为额定电压为100V的交流模拟电压；所述电压采集电路包括调理电路和A/D转换电路，对配电线路的三相线电压交流模拟电压进行数字化同步采集；所述微处理器用于计算、统计同一时刻的三相线电压向量数据，并进行三相线电压的有效值、相位角比较，判断该装置所监测的配电线路是否发生断线故障；所述通信模块用于将判断结果、三相线电压向量数据、电压数据异常报警信息远程传输到主站或智能终端。
优选的，步骤B中的三相线电压有效值大小变化和相位角夹角的对比方法为：
步骤1、检测电源侧是否出现断线：三相线电压的有效值及相位数值同时满足以下断线判定关系式时，判定电源侧出现断线：
∣Uab－Ubc∣>ΔUpl或∣Ubc－Uca∣>ΔUpl或∣Uca－Uab∣>ΔUpl、
arccos(cos((φab－φbc)+120°))>Δφpl、
arccos(cos((φbc－φca)+120°))>Δφpl、
arccos(cos((φca－φab)+120°))>Δφpl；
步骤2、判定断线相：通过三相线电压相互比较，找出电压最大相；再比较电压最大相U最大的相位角φ最大与其超前相φ超前、滞后相φ滞后的相位关系是否满足以下校验关系式：
arccos(cos(φ最大+180°)－φ超前)<Δφds、arccos(cos(φ最大+180°)－φ滞后)<Δφds，相位角关系满足上述关系，则可确定其超前相为断线相；其中φab、φbc、φca表示相位角，ΔUpl表示相间线电压偏离整定值，Δφpl表示相间夹角偏离整定值，Δφds表示断线相判定相位角整定值。
进一步的，步骤A’中三相电压向量之和的模与偏差整定值ΔU0的比较公式为：
优选的，在步骤A中，一个采集周期内的采集统计电压波形不少于5个周波；若采集过程中电压发生电压波形突变，则放弃该周期的三相线电压向量统计计算，转入下一个三相线电压采集和统计周期。
优选的，在步骤A中，一个采集周期内，所采集的三相线电压向量的相位角精度误差小于2度，即对于50Hz交流电压，各相线电压同步采集的同步误差时间不大于110微秒。
优选的，在步骤C中，无论是否判定断线，断线监测装置都周期性地自动将信息发送到主站或监测人员的智能终端设备上。
优选的，在步骤D中，根据各断线监测装置所监测到的信息及其所在线路位置的的拓朴关系，在同一时段内，同一相配电线中的相邻的两个断线监测装置，一个所监测的电压正常、另一个电压异常，则这两个断线监测装置所在配电线路区间为断线区间。
进一步的，在10kV的电网配电线路中，电压向量合成偏差整定值ΔU0＝1％UN＝100V，相间线电压偏离整定值为ΔUpl＝30％UN＝3000V，相间夹角偏离整定值Δφpl＝10°，断线相判定相位角整定值为Δφds＝30°。
本发明的有益效果在于：
1、采用电压向量作为断线故障判别参量，受三相负载变化情况影响小，在线路空载、轻载、重载、三相负载不平衡情况下均能正常识别断线故障。
2、三相电源电压波动影响小，三相电压波动范围符合正常的情况下不会出现误判。
3、监测范围广，断线监测装置安装位置到线路电源之间的线路发生单相断线均可准确判断识别。
4、安装实施方便。断线监测装置采用并联接法，可以直接利用线路上已有的三相电压互感器作为电压测量输入设备。
5、通过校验断线检测装置的步骤A’，排除断线检测装置本身采集电路故障，减少因为断线检测装置本身的故障而引起的误判。
附图说明
图1a为三相对称电路的正常状态的电路图；
图1b为三相对称电路的正常状态的三相线电压向量图；
图2a为三相对称电路的单相断线状态的电路图；
图2b为三相对称电路的单相断线状态的三相线电压向量图；
图2c为三相不对称电路的单相断线状态的三相线电压向量图；
图3为本发明的方法流程示意图；
图4为本发明的具体实施例的配电网线路图；
图5为本发明的具体实施例的模拟仿真图；
图6为本发明的具体实施例的模拟电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
1、三相对称时一相断线的线电压变化情况分析。
理想状态下，中性点不接地或小电流接地配网系统线路ABC三相电源电压完全对称，当其下线路所接配变三相负载平衡时，在忽略线路阻抗的情况下，则线路各处的三相线电压大小相等，相位角相差120°，设AB相线电压有效值为UN、相位角为0度，其电路图如图1a所示，三相线电压向量图如图1b所示，各相线电压向量可表示如下：
各相线电压与相电压之间的对应关系为
配电线路的主要负载设备是配电变压器，其接线组别为Dyn11或Yyn0，其高压侧绕组为三角或星形接法，高压侧中性点不接地。当B相线路中间某一处发生断线时，断线点上侧(靠近电源的一侧)三相线电压仍保持不变。由于配电变压器高压侧一般不安装失压断路器，因此，在断线点下侧，配电变压器仍然处于接入配电网的状态，相当于在断线点下侧(远离电源的一侧)线路仍并联有一个或多个三相负载。其电路图如图2a所示，三相线电压向量图如图2b所示，根据电路分析，AB相与BC相负载程串联关系，B相线路与其它相之间线电压不为零，经过分析计算可得三相线电压状态如下：
经过公式推导计算和仿真验证，可以得出如下结论：
在具有对称的三相电源与负载的三相三线制电路中，当某一相线路断线时，如果断开点下侧(即远离电源的一侧)的线路或其并联分支线路接有对称三相负载设备，那么断开点下侧的线电压有效值、相位将发生如下变化，断线相的滞后相对应线电压有效值及相位仍与电源侧相同，即
断线相、断线超前相的线电压为断线相的滞后相线电压0.5倍、相位与断线滞后相的相位差为180°，即
2、三相不对称时一相断线的线电压变化情况分析。
当线路三相负载不平衡且未发生断线时，可以通过计算及仿真验证证明，只要配电网的负载运行在电气设计容许范围内(即不处于严重过流或短路状态下)，其各靠近负载侧的电压有效值和相位角相对于电源侧的偏移较小，各相之间的线电压有效值仍相近、相位差仍接近于120°。根据国标《电能质量三相电压不平衡》(GB-T 15543-2008)第4.1条规定：“电力系统公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时，负序电压一平衡度不超过2％，短时不得超过4％。”根据《电能质量供电电压偏差》(GB-T 15543-2008)第4.1、4.2条规定：“35kV及以上供电电压正负偏差绝对值之和一超过标称电压的10％。20kV及以下三相供电电压偏差标准为标称电压的±7％。”按上述标准，可以根据三相电压不平衡计算公式计算出在电网正常运行时，10kV配网的最大容许短时负序电压U－有效值约为正序电压U+的4％，即
U－＝4％U+＝10e3*0.04＝400V
因此，配电网正常运行情况下，三相线电压有效值的波动范围很小。
当配电线路三相负载不平衡，配电线路发生一相断线时，由于电网系统是中性点不接地系统或小电流接地系统，因此，无论断线点两端导线是否有接地，在断线点靠电源侧，配电线路的三相线电压UAB、UBC、UCA的有效值仍等于或接近标准电压UN，其相邻各相线电压相位差也仍保持在等于或接近120°。在断线点靠负载侧，为简化描述，将系统电源内部三相导线阻抗和三相线路导线的电阻、电抗、容抗忽略，将及导线对地阻抗和电容也忽略，设 根据基尔霍夫电压定律(KVL)，此时各相线电压关系为
由公式(2)可看出，电压向量的矢量和的合成有效值相等，其合成向量相位角与相位角的夹角为180°，的之间的关系是串联分压关系，其各自电压大小取决于两个串联阻抗之间的阻抗值的模的比例。如同前面所述，电网正常情况下三相负载是接近平衡的，对于10kV电网及其下所接的配变及高压电压等类型负载设备本身的阻抗特性均为三相对称的负载。根据供电企业的有关标准，配变低压侧三相不平衡电流一般不超过25％，可以通过公式推导证明，配变低压侧三相不平衡状态下，三相负载阻抗中最大相与最小相之间的比例约为1.33：1。根据串联电路的分压比例关系可计算出，在上述情况下，配变一相断线的情况下，断线相与其超前相的线电压的有效值之比最大比例一般不超过1.33：1，在断线相与其超前相的负载阻抗不一致、但阻抗角一致时，二者的相位角相同，仍然成180°相位差关系。
当串联电路中二者的阻抗角不一致时，其电压相位角受其各自阻抗角差值的影响，分别产生一定角度偏转，但其电压向量合成值仍满足公式(2)，其向量表示见图2c。配电网的实际运行时，其负载主要为阻性负载和感性负载。其中，感性负载的主要来源是电动机类型负载，电机类型的负载正常运行功率因数在0.7～0.9之间，因此，配电网通常运行情况的功率因数一般不低于0.7。但各相的功率因数并不总保持一致，在较为极端的情况下，假设配电网AB相线路的功率因数为1.0，BC相的功率因数为0.6，则AB相的阻抗角为θ1＝0，AB相电抗、电阻之比为tan(θ1)＝0,BC相的阻抗角为θ2＝53.1°,BC相电抗、电阻之比为tan(θ2)＝1.33，由此可计算得出：线电压的相位夹角δ最大不超过53.1°。与三相相间阻抗角一致时出现断线的情况相比，配电网阻抗角不一致时的电压向量 偏转角最大一般不超过1/2δ，即不超过±26.6°。
综上所述，可以得出如下结论：在中性点不接地或小电流接地系统的单电源配电网系统三相三线制配电线路中，三相线路负载接近对称的运行状态情况下，当线路发生一相断线时，以断线点为界，在断线点靠近电源一侧，线路三相线电压向量的有效值及相位仍保持接近对称状态，即三相线电压有效值大小基本一致、相邻两相线电压的相位夹角约为120°；在断线点远离电源侧，断线相的滞后相线电压向量仍保持不变，断线相、断线超前相的线电压有效值将明显降低，断线相、断线超前相的线电压有效值大小比例正比于二者阻抗模的大小比例，其相位角均在断线滞后相线电压旋转180°角附近，其相位角偏离断线滞后相线电压旋转180°角的角度大小取决于断线相、断线超前相两相阻抗的阻抗角差异，三相线电压之间相位关系不再满足相邻两相线电压的相位夹角约为120°的相位关系。
根据上述结论，本发明提供一种基于断线监测装置的配电线路单相断线判断及定位方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤A、三相线电压采集和统计：在配电线路中安装若干个断线检测装置，断线检测装置周期性地同步采集三相线电压；周期性地统计每个断线检测装置所采集得的三相线电压有效值和相位角数据，计算出三相线电压平均有效值、相位角；若周期内的电压波形没有发生突变，则进入步骤A’；
在步骤A和步骤B之间，还设有用于校验断线检测装置的步骤A’：对断线检测装置采集得的三相线电压进行相序顺序判断，如果相序顺序正常，则再根据公式进行电压向量校验，考虑到配电网线路及设备阻抗差异、对地绝缘电阻、对地电容、电压采集测量误差等因素，三相线电压向量之和不完全为零，即将三相线电压向量之和的模与电压偏差整定值ΔU0进行比较。当三个线电压向量之和的模小于电压偏差整定值ΔU0时，即
则可认为所采集的三相线电压符合正常情况，；若大于或等于ΔU0，则表明断线检测装置运行异常或所采集数据不符合要求，系统不启动子程序进行后续的断线故障判定，所述断线检测装置输出电压数据异常报警信息；反之进入步骤B；
步骤B、断线故障判定：
设三线线电压有效值分别为Uab、Ubc、Uca，相位为φab、φbc、φca，相间线电压偏离整定值为ΔUpl，相间夹角偏离整定值Δφpl，断线相判定相位角整定值为Δφds。
在一个电压采集统计周期内，当配电线路出现一条线路断线故障，必然有一相线电压数据保持不变或符合正常电压波动范围，其它两相线电压同时下降并超出正常波动范围。其中，电压正常相的线电压有效值最大，其它两相较小，且正常相电压与其它两相线电压相位角夹角不再满足相位差为接近120°的关系,线电压较小的两相的相位角在线电压最大相的相位角加180°附近的偏转角度±Δφds区间内。
步骤1、检测电源侧是否出现断线。
当一相线路断线后，则三相线电压的有效值及相位数值同时满足以下断线判定关系式：
∣Uab－Ubc∣>ΔUpl或∣Ubc－Uca∣>ΔUpl或∣Uca－Uab∣>ΔUpl (4)
arccos(cos((φab－φbc)+120°))>Δφpl与
arccos(cos((φbc－φca)+120°))>Δφpl与
arccos(cos((φca－φab)+120°))>Δφpl (5)
步骤2、确定哪一相断线。
当满足断线判定算式条件后，按以下方法再进一步进行断线相的筛选判断，通过三相线电压相互比较，找出电压最大相。
确定电压最大相:
[U最大,Ind]＝max([Uab，Ubc，Uca]) (6)
上面算式中，函数max()为数组最大值比较函数，返回数值为电压最大相数据U最大及其顺序号Ind。
经过电压最大值比较后，再比较电压最大相U最大的相位角φ最大与其超前相φ超前、滞后相φ滞后的相位关系是否满足下式
断线相校验关系式
arccos(cos(φ最大+180°)－φ超前)<Δφds与
arccos(cos(φ最大+180°)－φ滞后)<Δφds (7)
如果线电压最大相的相位φ最大与其它两相的相位角关系满足上述关系，则可确定其超前相线电压所对应的相电压为断线相,断线点在监测装置安装地点的上侧(即靠电源侧)。
步骤C、输出判定结果。无论是否判定断线，断线监测装置都周期性地自动将信息上报。当判定发生断线故障时，断线监测装置判定结果信息发送到主站或监测人员的智能终端设备上。
步骤D、断线故障区间定位：断线点为电压异常的断线检测装置的靠近电源侧。
以一中性点不接地10kV配网线路系统为例，如图4所示，包括有T1～T5共5台配电变压器，在线路上节点3、节点8分别安装各一台断线监测装置M1、M2，设馈线F1在节点6到7发生B相线路断线故障。用于判断线路断线的各整定参数数值可设定为：电压向量合成偏差整定值ΔU0＝1％UN＝100V，相间线电压偏离整定值为ΔUpl＝30％UN＝3000V，相间夹角偏离整定值Δφpl＝10°，断线相判定相位角整定值为Δφds＝30°。上述参数整定值为参考整定值，可根据电网及测量装置精度的实际情况进行适当调整。
为简化模拟条件，设系统电源容量接近无穷大，电源为频率为50Hz的对称交流三相交流电，输出三相线电压有效值均为10.5kV，馈线F1线路长度为1km，馈线F1中配电变压器T1～T4的负载三相对称负载，每台配变负载视在功率均为S＝400kVA，功率因数cosθ＝0.8；设配电变压器T5的负载为非对称三相负载，接线组别为Dyn11，其正常运行时的三相折算阻抗为Zab＝100+j94.25Ω,Zbc＝100Ω，Zca＝40+j94.25Ω。在忽略T1～T4之间的导线阻抗的前提下，根据戴维南定理，可将T1～T4进行近似折算为1台配电变压器负载，其折算后的负载参数为S1～4＝400*4＝1600kVA，cosθ＝0.8。
根据上述条件，使用MATLAB Simulink进行建模仿真，其模型图如图5所示。为进行电网系统馈线F1由“正常运行－B相线路断线”两个状态的仿真，在图中引入单相断路器B，并设定在0.04s时断路器由闭合转为打开状态，即模拟在0.04s时刻节点6到7之间发生B相导线断线故障。则断线监测装置M1、M2采集的三相线电压波形及电压有效值如图6所示。
下面，按照前面所述断线判断方法及步骤，以图6为例进行断线判断定位。
步骤A、三相线电压采集和统计。为便于展示，将电压向量采集周期缩短为每周波(0.02秒/周期)采集统计一次，按照前面断线判断方法及步骤，从t＝0s到t＝0.10s时段内，断线监测装置M1、M2连续进行电压向量数据采集。分别计算统计出t＝0.02s、0.04s、0.06s、0.08s时刻的三相线电压向量。从图6可知，对于M1点，从0.02s到0.1s时段的电压未发生波形突变，各统计周期数据均可进行比较判断；对于M2点，0.02s到0.04s和0.08s到0.10s两个时段波形未发生突变，0.04s到0.08s时段数据处于快速变化状态过程，因此，可取0.04s到0.08s时段前后的两个统计周期数据作为断线判断比较数据，详见表1。
步骤A’、校验断线检测装置：
设电压向量合成偏差值ΔU0＝1％UN＝100V。
以M2的0.08s时段的电压向量为例进行校验，列算式如下：
显然，则可以验证三相线电压向量数据有效，M1、
M2的其它时间点的数据也按上述计算方式进行校验。
步骤B、断线故障判定：
设定断线判定整定值如下：相间线电压偏离整定值为ΔUpl＝30％UN＝3000V，相间夹角偏离整定值Δφpl＝10°，断线相判定相位角整定值为Δφds＝30°
对于M1点，其各时刻的线电压有效值和相位显然均不满足线路断线的判断算式要求，省略去其计算过程。
对于M2点，在0.02s到0.04s时刻，其线电压有效值和相位均满足线路未断线的判断算式要求，省略去其计算过程。在0.08s到0.10s时刻，则不满足要求，具体判断过程如下：
∣Uab－Ubc∣＝1736.91<ΔUpl
∣Ubc－Uca∣＝5621.67>ΔUpl
∣Uca－Uab∣＝3884.76>ΔUpl
上面线电压关系式之间的关系为“或”的关系，∣Ubc－Uca∣项、∣Uca－Uab∣两项均大于ΔUpl，满足根据电压有效值判定断线的条件。
arccos(cos((φab－φbc)+120°))＝163.3°>Δφpl
arccos(cos((φbc－φca)+120°))＝85.23°>Δφpl
arccos(cos((φca－φab)+120°))＝78.07°>Δφpl
上面相位关系式之间的关系为“与”的关系，arccos(cos((φab－φbc)+120°))、arccos(cos((φbc－φca)+120°))、arccos(cos((φbc－φca)+120°))三项数值均大于Δφpl，满足根据相位角关系判定断线的条件。
因此，所采集的三相线电压有效值与相位角关系均满足断线定标准条件，可以确定断线点在断线监测装置M2的上侧。
下面进行断线相选择判断：
根据函数算式[Umax,Ind]＝max([Uab，Ubc，Uca])＝[10264.06，3]，最大电压为第3项即Uca，则其超前相为Ubc，其滞后相为Uab。
根据算式
arccos(cos((φ最大+180°)－φ超前))<Δφds与
arccos(cos((φ最大+180°)－φ滞后))<Δφds
进行进一步验证确认是否B相断线，将数值代入上述不等式左侧，则有
arccos(cos((φ最大+180°)－φ超前))
＝arccos(cos((φca+180°)－φbc))
＝arccos(cos((119.22°+180°)－(-86.01°)))
＝arccos(cos((385.23°))
＝25.23°；
arccos(cos((φ最大+180°)－φ滞后))
＝arccos(cos((φca+180°)－φab))
＝arccos(cos((119.22°+180°)－(-42.71°)))
＝arccos(cos((341.93°))
＝18.07°
由计算结果可看出arccos(cos((φ最大+180°)－φ超前))、arccos(cos((φ最大+180°)－φ滞后))的数据均小于30°。由于电压最大相Uca的超前相Ubc的对应相为B相，因此可确定，在断线测量装置M2上侧发生B相断线故障。
步骤D：输出判定结果。无论是否有断线故障，断线监测装置都周期性地自动将信息上报。当判定发生断线故障时，断线监测装置判定结果信息包括：监测点、断线时间、断线相、电压向量数据等信息发送到主站或监测人员的智能终端设备上。
步骤E、断线故障区间定位；将M1、M2断线监测装置的监测信息周期性地汇总上传到主站或监测人员智能终端。根据M1、M2断线监测装置所监测到的信息及其所在线路位置的的拓朴关系，在0.08s时段前，断线监测装置M1所监测的电压向量正常，断线监测装置M2监测到电压异常，则断线监测装置M1、M2之间配电线路区间即为一相线路断线区间。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，以同一时刻的三相线电压的电压向量数据作为断线的判断依据，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A、三相线电压采集和统计：在配电线路中安装若干个断线检测装置，断线检测装置周期性地同步采集三相线电压；周期性地统计每个断线检测装置所采集得的三相线电压有效值和相位角数据，计算出三相线电压平均有效值、相位角；若周期内的电压波形没有发生突变，则进入下一步骤；
步骤B、断线故障判定：对比三相线电压有效值大小变化和相位角夹角，若其中一相线电压有效值保持不变或符合正常电压波动范围，其它两相线电压有效值同时下降并超出正常波动范围；电压正常相的线电压有效值最大，其它两相较小，且线电压有效值较小的两相与线电压有效值最大相的相位夹角与180°进行比较，若在偏转角度±Δφds区间内，则判定线电压正常相的超前相为断线相，其中△φds表示断线相判定相位角整定值；
步骤C、输出判定结果；
步骤D、断线故障区间定位：断线点为电压异常的断线检测装置的靠近电源侧。
2.如权利要求1所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，在步骤A和步骤B之间，设有用于校验断线检测装置的步骤A’：对断线检测装置采集得的三相线电压进行相序顺序判断，若相序顺序正常，再将三相线电压向量之和的模与电压偏差整定值ΔU0进行比较；若大于或等于ΔU0，则表明断线检测装置运行异常或所采集数据不符合要求，所述断线检测装置输出电压数据异常报警信息，反之进入步骤B。
3.如权利要求1或2所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，所述断线监测装置包括依次连接的电压互感器、电压采集电路、微处理器和通信模块；所述电压互感器将配电线路AB、BC、CA三相线电压分别转换为额定电压为100V的交流模拟电压；所述电压采集电路包括调理电路和A/D转换电路，对配电线路的三相线电压交流模拟电压进行数字化同步采集；所述微处理器用于计算、统计同一时刻的三相线电压向量数据，并进行三相线电压的有效值、相位角比较，判断该装置所监测的配电线路是否发生断线故障；所述通信模块用于将判断结果、三相线电压向量数据、电压数据异常报警信息远程传输到主站或智能终端。
4.如权利要求1所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，步骤B中的三相线电压有效值大小变化和相位角夹角的对比方法为：
步骤1、检测电源侧是否出现断线：三相线电压的有效值及相位数值同时满足以下断线判定关系式时，判定电源侧出现断线：
∣Uab－Ubc∣>ΔUpl或∣Ubc－Uca∣>ΔUpl或∣Uca－Uab∣>ΔUpl、
arccos(cos((φab－φbc)+120°))>Δφpl、
arccos(cos((φbc－φca)+120°))>Δφpl、
arccos(cos((φca－φab)+120°))>Δφpl；
步骤2、判定断线相：通过三相线电压相互比较，找出电压最大相；再比较电压最大相U最大的相位角φ最大与其超前相φ超前、滞后相φ滞后的相位关系是否满足以下校验关系式：
arccos(cos(φ最大+180°)－φ超前)<Δφds、arccos(cos(φ最大+180°)－φ滞后)<Δφds，相位角关系满足上述关系，则可确定其超前相为断线相；其中φab、φbc、φca表示相位角，ΔUpl表示相间线电压偏离整定值，Δφpl表示相间夹角偏离整定值，Δφds表示断线相判定相位角整定值。
5.如权利要求2所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，步骤A’中三相电压向量之和的模与偏差整定值ΔU0的比较公式为：
<mrow>
<mo>|</mo>
<msub>
<mover>
<mi>U</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mrow>
<mi>a</mi>
<mi>b</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mover>
<mi>U</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mrow>
<mi>b</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mover>
<mi>U</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>|</mo>
<mo><</mo>
<msub>
<mi>&Delta;U</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>.</mo>
</mrow>
6.如权利要求1所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，在步骤A中，一个采集周期内的采集统计电压波形不少于5个周波；若采集过程中电压发生电压波形突变，则放弃该周期的三相线电压向量统计计算，转入下一个三相线电压采集和统计周期。
7.如权利要求1所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，在步骤A中，一个采集周期内，所采集的三相线电压向量的相位角精度误差小于2度，即对于50Hz交流电压，各相线电压同步采集的同步误差时间不大于110微秒。
8.如权利要求1所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，在步骤C中，无论是否判定断线，断线监测装置都周期性地自动将信息发送到主站或监测人员的智能终端设备上。
9.如权利要求1所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，在步骤D中，根据各断线监测装置所监测到的信息及其所在线路位置的的拓朴关系，在同一时段内，同一相配电线中的相邻的两个断线监测装置，一个所监测的电压正常、另一个电压异常，则这两个断线监测装置所在配电线路区间为断线区间。
10.如权利要求4所述的基于线电压向量判据的配电线路单相断线判断及定位方法，其特征在于，在10kV的电网配电线路中，电压向量合成偏差整定值ΔU0＝1％UN＝100V，相间线电压偏离整定值为ΔUpl＝30％UN＝3000V，相间夹角偏离整定值Δφpl＝10°，断线相判定相位角整定值为Δφds＝30°，其中UN为标准电压。
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