CN104849614B - 小电流单相接地故障选线的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小电流单相接地故障选线的判断方法，其包括如下步骤：步骤1、当母线的零序电压大于阈值电压时则跳转至步骤2；步骤2、确定分别以稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值作为每条馈线故障判据时的故障测度值；步骤3、确定每个故障判据的占比因子，并对每个故障判据的故障测度值进行修正；步骤4、得到第i条馈线的拟合系数；步骤5、利用D‑S证据理论对上述修正后的故障测度值以及每条馈线的拟合系数进行融合，以得到每条馈线的故障概率值；步骤6、比较上述得到的每条馈线的故障概率值，并将与最大的故障概率值对应的馈线作为单相接地故障的线路。本发明操作方便，能快速实现对单相接地故障的馈线判定，判定精度高。

Description

小电流单相接地故障选线的判断方法

技术领域

本发明涉及一种判断方法，尤其是一种小电流单相接地故障选线的判断方法，属于电力系统故障选线定位的技术领域。

背景技术

我国的配电网广泛采用小电流接地系统，在发生单相接地故障时，由于故障点残流很小，三相线电压仍然保持对称，对供电基本没有影响，因此一般允许继续运行1～2h而不必立即跳闸。由于配电网大部分故障为瞬时性单相接地故障，所以小电流接地系统可以极大地提高供电可靠性。但是在单相接地故障发生后，其它两相对地电压要升高，如果不及时采取措施予以消除，故障可能进一步扩大成两点或多点接地短路，从而给配电网带来极大危害。因此，如果能够解决单相接地故障的可靠性检测问题，及时确定故障线路，并采取相应的处理措施消除故障，就可以减少甚至避免接地故障带来的危害。

多年来国内外专家学者对此展开了大量的研究工作，提出了无功功率法，零序电流五次谐波法，群体比幅比相法等经典方法，这些方法原理简单，信号易获取，但选线效率一般。近年来研究者提出了小波极性法，PRONY算法，奇异值法等，推动了小电流故障选线问题研究的进一步发展，但都能难以满足快速选线的现场操作要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种小电流单相接地故障选线的判断方法，其操作方便，能快速实现对单相接地故障的馈线判定，判定精度高，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，一种小电流单相接地故障选线的判断方法，所述接地故障选线的判断方法包括如下步骤：

步骤1、采集母线的零序电压，当母线的零序电压大于设定的阈值电压时，则跳转至步骤2；

步骤2、采集与母线连接馈线的馈线电流，根据各馈线的馈线电流以及上述采集母线的零序电压得到作为每条馈线故障判据的稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值，且确定分别以稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值作为第i条馈线故障判据时对应的故障测度值m_j(l_i)，其中，j＝1,2,3,i＝0,1,2,…,N，N为与母线连接的馈线的数量；

步骤3、对任一馈线，确定每个故障判据的占比因子，并根据确定的占比因子对每个故障判据的故障测度值进行修正，得到

m′_j(l_i)＝m_j(l_i)*acc(j),j＝1,2,3,i＝0,1,2,…,N

其中，m′_j(l_i)为修正后的故障测度值，acc(j)为第i条馈线的第j个故障判据的判据占比因子；

步骤4、根据上述得到第i条馈线修正后的故障测度值m′_j(l_i)，得到第i条馈线的拟合系数fit′(i),i＝0,1,2,…,N；

步骤5、利用D-S证据理论对上述修正后的故障测度值m′_j(l_i)以及第i条馈线的拟合系数fit′(i)进行融合，以得到第i条馈线的故障概率值m(l_i)为

其中，A为以稳态电流幅值作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合，B为以稳态电流相角作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合，C为以稳态零序导纳幅值作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合；

步骤6、比较上述得到的每条馈线的故障概率值，并将与最大的故障概率值对应的馈线作为单相接地故障的线路。

所述步骤4中，利用每条馈线修正后的故障测度值，得到第i条馈线的线路向量H(i)，即有H(i)＝(m₁(l_i),m₂(l_i),m₃(l_i)),i＝0,1,2,…,N，则不同馈线之间的拟合程度为

且i≠k；

根据不同馈线间的拟合程度得到第i条馈线的拟合系数fit′(i)，则有

本发明的优点：将稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值作为故障判据，通过D-S证据理论进行，得到最大的故障概率值，以能快速实现对单相接地故障的馈线判定，判定精度高，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明在确定不同故障判据之间的相互差异系数的示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能快速实现对单相接地故障的馈线判定，提高判断精度，本发明接地故障选线的判断方法包括如下步骤：

步骤1、采集母线的零序电压，当母线的零序电压大于设定的阈值电压时，则跳转至步骤2；

具体地，通过常规的技术手段能获取母线的零序电压，设定的阈值电压根据不同的母线的工作状态进行确定，母线的零序电压的采集过程以及设置阈值电压的大小均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当在采集到母线的零序电压后，将母线的零序电压与设定的阈值电压进行比较，当母线的零序电压未大于设定的阈值电压时，则说明母线以及与母线连接的馈线间不存在小电流单相接地故障，否则，即说明存在小电流单相接地故障。当不存在小电流单相接地故障时，则需要持续采集母线的零序电压并将母线的零序电压与设置的阈值电压比较，以能及时发现小电流单相接地故障。而确定存在小电流单相接地故障后，则执行下述步骤，以确定发生小电流单相接地故障的线路。

步骤2、采集与母线连接馈线的馈线电流，根据各馈线的馈线电流以及上述采集母线的零序电压得到作为每条馈线故障判据的稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值，且确定分别以稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值作为第i条馈线故障判据时对应的故障测度值m_j(l_i)，其中，j＝1,2,3,i＝0,1,2,…,N，N为与母线连接的馈线的数量；

具体地，通过常规的技术手段来采集馈线的馈线电流，获取馈线电流的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。对于任意的一条馈线，在确定所述馈线的馈线电流以及母线的零序电压后，根据馈线电流以及母线的零序电压，则能得到每条馈线的稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值。根据馈线电流以及母线的零序电压计算得到稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本发明实施例中，在确定产生小电流单相接地故障后，对于任意一馈线，分别以稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值作为故障判据来判断其馈线是否为小电流单相接地的故障线路。对于第i条馈线，在稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值的三个故障判据中，则有故障测度值m_j(l_i)，即表示第i条馈线的第j个故障判据的故障测度值，当i为0时，表示母线。稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值中对应的故障测度值的计算方法为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

步骤3、对任一馈线，确定每个故障判据的占比因子，并根据确定的占比因子对每个故障判据的故障测度值进行修正，得到

m′_j(l_i)＝m_j(l_i)*acc(j),j＝1,2,3,i＝0,1,2,…,N

其中，m′_j(l_i)为修正后的故障测度值，acc(j)为第i条馈线的第j个故障判据的判据占比因子；

一般地，在模糊理论中，若一个模糊数的隶属函数满足如下关系式，则称这个模糊数为三角模糊数：

其中，在模数理论中，a、b、c均为常数，x为模糊数。如果ω＝1，则该模糊数为正则三角模糊数，记为如果ω∈[0,1)，则该模糊数为广义三角模糊数，记为

在本发明实施例中，取ω＝1，每个故障判据对应的标准模糊数为其中取a_j＝max(m_j(l_i))，c_j＝min(m_j(l_i))，取两个基准模糊数和其中标准模糊数的左边隶属度曲线为g₁(x)，反函数为右边隶属度曲线为g₂(x)，反函数为设g₁(x)与模糊数(0,0,0；1)构成的面积为左邻面积S_LN；设g₂(x)与模糊数(0,0,0；1)构成的面积为左远面积S_LP；设g₂(x)与模糊数(1,1,1；1)构成的面积为右邻面积S_RN，设g₁(x)与模糊数(1,1,1；1)构成的面积为右远面积S_RP。S_LN，S_LP，S_RN，S_RP的情况，如图2所示，

则有

左边平均面积为：右边平均面积为定义不同故障判据之间的相互差异系数为：

dis(u,v)＝|S_L(u)-S_L(v)|+|S_R(u)-S_R(v)|

其中，dis(u,v)为稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值三个判据中任意两个故障判据u与故障判据v之间的相互差异系数，S_L(u)、S_L(v)分别为故障判据u、故障判据v的左边平均面积，S_R(u)、S_R(v)分别为故障判据u、故障判据v的右边平均面积。相互差异系数越小，说明两个判据的判断结果越接近，可信度越高。因此，对于馈线的任一故障判据，则定义故障判据的占比系数为：

其中，acc′表示馈线中任一故障判据的占比系数。由于馈线中具有稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值三个故障判据，在确定三个故障判据的占比系数后，进行归一化处理，得到任一故障判据占比因子为：

根据判据占比因子对故障概率值进行修正，得到故障测度值的修正值：

m′_j(l_i)＝m_j(l_i)*acc(j),j＝1,2,3,i＝0,1,2,…,N。

步骤4、根据上述得到第i条馈线修正后的故障测度值m′_j(l_i)，得到第i条馈线的拟合系数fit′(i),i＝0,1,2,…,N；

本发明实施例中，基于向量方向参数的概念，引入了线路间拟合系数的概念。现实情况中，同一时刻发生接地故障的馈线条数是较少的，大部分还是健全线路，不同故障判据对健全线路的判断总的趋势还是相对一致的。用线路间的方向参数来表示不同线路之间的拟合程度，平均拟合程度越小说明该线路为健全线路的可能性越大，反之则可能性越小，以此对冲突概率部分进行合理分配。

利用每条馈线修正后的故障测度值，得到第i条馈线的线路向量H(i)，即有H(i)＝(m₁(l_i),m₂(l_i),m₃(l_i)),i＝0,1,2,…,N，则不同馈线之间的拟合程度为

且i≠k；

根据不同馈线间的拟合程度得到第i条馈线的拟合系数fit′(i)，则有

步骤5、利用D-S证据理论对上述修正后的故障测度值m′_j(l_i)以及第i条馈线的拟合系数fit′(i)进行融合，以得到第i条馈线的故障概率值m(l_i)为

其中，A为以稳态电流幅值作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合，B为以稳态电流相角作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合，C为以稳态零序导纳幅值作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合；

D-S证据理论作为处理冲突数据的一种经典方法，通过D-S证据理论对N条馈线进行融合，得到第i条馈线的故障概率值m(l_i)。

步骤6、比较上述得到的每条馈线的故障概率值，并将与最大的故障概率值对应的馈线作为单相接地故障的线路。

本发明实施例中，通过比较所有馈线的故障概率值，选择最大的故障概率值m(l_i)作为单相接地故障的线路。

Claims (2)

1.一种小电流单相接地故障选线的判断方法，其特征是，所述接地故障选线的判断方法包括如下步骤：

步骤1、采集母线的零序电压，当母线的零序电压大于设定的阈值电压时，则跳转至步骤2；

步骤2、采集与母线连接馈线的馈线电流，根据各馈线的馈线电流以及上述采集母线的零序电压得到作为每条馈线故障判据的稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值，且确定分别以稳态电流幅值、稳态电流相角以及稳态零序导纳幅值作为第i条馈线故障判据时对应的故障测度值m_j(l_i)，其中，j＝1,2,3,i＝0,1,2,…,N，N为与母线连接的馈线的数量；当i＝0时，表示母线；

步骤3、对任一馈线，确定每个故障判据的占比因子，并根据确定的占比因子对每个故障判据的故障测度值进行修正，得到

m′_j(l_i)＝m_j(l_i)*acc(j),j＝1,2,3,i＝0,1,2,…,N

其中，m′_j(l_i)为修正后的故障测度值，acc(j)为第i条馈线的第j个故障判据的判据占比因子；

步骤4、根据上述得到第i条馈线修正后的故障测度值m′_j(l_i)，得到第i条馈线的拟合系数fit′(i),i＝0,1,2,…,N；

步骤5、利用D-S证据理论对上述修正后的故障测度值m′_j(l_i)以及第i条馈线的拟合系数fit′(i)进行融合，以得到第i条馈线的故障概率值m(l_i)为

<mrow> <mi>m</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munder> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mo>&amp;cap;</mo> <mi>B</mi> <mo>&amp;cap;</mo> <mi>C</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>m</mi> <mn>1</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <msubsup> <mi>m</mi> <mn>2</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>B</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <msubsup> <mi>m</mi> <mn>3</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>C</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>K</mi> <mo>*</mo> <msup> <mi>fit</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mi>N</mi> </mrow>

其中，A为以稳态电流幅值作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合，B为以稳态电流相角作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合，C为以稳态零序导纳幅值作为故障判据时所有馈线修正后的故障测度值的集合；

步骤6、比较上述得到的每条馈线的故障概率值，并将与最大的故障概率值对应的馈线作为单相接地故障的线路。

2.根据权利要求1所述的小电流单相接地故障选线的判断方法，其特征是，所述步骤4中，利用每条馈线修正后的故障测度值，得到第i条馈线的线路向量H(i)，即有H(i)＝(m₁(l_i),m₂(l_i),m₃(l_i)),i＝0,1,2,…,N，则不同馈线之间的拟合程度为k＝0,1,2,…,N且i≠k；

根据不同馈线间的拟合程度得到第i条馈线的拟合系数fit′(i)，则有

<mrow> <msup> <mi>fit</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>k</mi> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mi>f</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow> 1