CN104849617A - 利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统配电网故障选线技术领域，公开了一种利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法。配网引出线发生单相接地故障后，测量配网母线零序电压和各引出线路流过的零序电流；保持消弧线圈参数不变投切并联电阻，测量配网母线零序电压和各引出线路流过的零序电流；计算配网各引出线的虚拟电流，计算配网各引出线的虚拟功率，选取虚拟功率最大的引出线路为故障线。本发明方法利用故障线对应的虚拟功率最大原理进行配网故障选线，故障特征非常明显，选线结果可靠，且选线结果不受线路参数、线路长度、故障点位置、过渡电阻和配电网运行方式的影响，实用性强。

Description

利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法

技术领域

本发明涉及电力系统配电网故障选线技术领域，具体地说是涉及一种利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法。

背景技术

中性点经消弧线圈接地的配电网引出线发生单相故障后，消弧线圈提供的感性电流补偿了故障线接地点容性电流，故障线接地故障点电流很小，可能比非故障线路零序电流还小，使得基于零序电流法的配电网故障选线方法(张帆、潘贞存和张慧芬等发表的《基于零序电流暂态极大值的小电流接地选线新判据》)选线结果可靠性不足。由于消弧线圈补偿作用，故障线路零序电流不再滞后零序电压90°，使得基于零序电流功率方向法(张利、杨鹏和司东梅等发表的《基于零序功率方向的中性点不接地系统在线故障定位》和张利、杨以涵和杨秀媛发表的《移动式比相配电网接地故障定位研究》)不适用于中性点经消弧线圈接地的配电网引出线单相故障选线。林湘宁、高艳和刘沛等发表的《基于零序补偿导纳》的小电流接地系统单相故障保护新方法》和申请号201010260614.5发明专利“一种小电流接地系统的接地保护方法”通过判断零序补偿导纳幅值是否大于阀值和零序补偿导纳相角是否满足动作条件进行故障选线。该方法利用故障后线路零序导纳减去预先存储的由单相接地实验或线路参数计算得到的线路零序导纳来计算零序补偿导纳，由于运行过程存在污染等因素导致线路绝缘水平下降使得通过单相接地实验或线路参数计算得到的线路零序导纳不能真实反应线路故障前一时刻线路的零序导纳，可能由于线路受污染程度严重导致线路零序导纳发生较大变化，由此计算出的零序补偿导纳幅值和相角依然满足选线条件导致保护误切除正常线路，因此该方法实用可靠性不高。申请号200910230433.5发明专利“小电流接地系统中一种新型故障选线方法”提出基于5次零序谐波电流法进行故障选线，由于单相接地故障后零序电流信号中的5次谐波分量过于小，灵敏度受到限制，该方法无法现场实用。马佳、余文辉和车伟扬等发表的《基于改进S注入法德新型树状配电网故障检测装置》和桑在中、张慧芬和潘贞存等发表的《用注入法实现小电流接地系统单相接地选线保护》提出利用S注入法进行故障选线，该方法实用性较强，然而容易受接地电阻和线路分布电容的影响。由于暂态过程短暂，受线路参数及过渡电阻等影响，利用暂态量算法故障选线(申请号00114452.9发明专利“小电流接地系统接地保护方法”)还未到达实用化水平。严凤、杨奇逊和齐郑等发表《基于行波理论的配电网故障定位方法的研究》和于盛楠、鲍海和杨以涵发表《配电网线路故障定位的实用方法》提出利用行波理论实现配电网离线故障定位，已达到实用化水平。但是实际应用中有些用户对供电可靠性很高，希望实现在线故障选线。行波法(申请号201010214355.2发明专利“小电流接地系统单相接地故障选线方法”)根据故障点与监测点之间故障波头一次往返时间估计故障距离。然而小电流接地系统中故障信号很弱，故障波形的故障波头难以识别，给行波法在线实用造成了困难。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法。配网引出线发生单相接地故障后，该方法首先投切并联电阻，然后计算配网各引出线的虚拟电流，计算配网各引出线的虚拟功率，选取虚拟功率最大的配网引出线为故障线。

本发明采用如下技术方案：

利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)测量配网母线零序电压测量配网各引出线流过的零序电流其中，n为配网引出线数目；

(2)若大于15％相电压幅值，则向并联电阻的合闸开关发送合闸指令，投切并联电阻；

(3)测量配网母线零序电压测量配网各引出线流过的零序电流其中，n为配网引出线数目；i为配网引出线编号；

(4)计算配网各引出线的虚拟电流其中，i＝1，...,n；

(5)计算配网各引出线的虚拟电流与的相位差其中，i＝1，...,n；

(6)计算配网各引出线的虚拟功率其中，i＝1，...,n；

(7)选取虚拟功率最大的配网引出线为故障线。

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

本发明方法利用故障线对应的虚拟功率最大原理进行配网故障选线，选线原理简单，选线结果不受过渡电阻、线路参数、线路长度、配电网运行方式和故障点位置等因素的影响，适用于中性点经消弧线圈接地且消弧线圈参数在故障区间不能调节的配电网发生单相接地故障选线。

附图说明

图1为应用本发明方法的利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法流程图。

图2为应用本发明方法的并联电阻投切前的配网单相故障零序序网图。

图3为应用本发明方法的并联电阻投切后的配网单相故障零序序网图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明方法的一种利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法流程图。当中性点经消弧线圈接地的配网引出线发生单相接地故障后，测量配网母线零序电压和配网各引出线路流过的零序电流；保持消弧线圈参数不变投切并联电阻，测量配网母线零序电压和配网各引出线路流过的零序电流；计算配网各引出线的虚拟电流，计算配网各引出线的虚拟功率，选取虚拟功率最大的配网引出线为故障线。

本实施例以中性点经消弧线圈接地的配网第n条引出线发生单相故障为例进一步阐述本发明技术方案。

图2为并联电阻投切前的配网单相故障零序序网图。测量配网母线零序电压测量配网各引出线流过的零序电流其中，n为中性点经消弧线圈接地的配网引出线数目。

图3为并联电阻投切后的配网单相故障零序序网图。测量配网母线零序电压测量配网各引出线流过的零序电流图2、图3中L为消弧线圈电感参数，R为并联电阻。

计算配网各引出线的虚拟电流：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{01}={\stackrel{\·}{I}}_{01}^1-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{{\stackrel{\·}{U}}_0^2}{\stackrel{\·}{I}}_{01}^2={\stackrel{\·}{I}}_{01}^1-{\stackrel{\·}{U}}_0^1{Y}_{01}^{\mathrm{real}}={\stackrel{\·}{I}}_{01}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{01}^1=0$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{02}={\stackrel{\·}{I}}_{02}^1-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{{\stackrel{\·}{U}}_0^2}{\stackrel{\·}{I}}_{02}^2={\stackrel{\·}{I}}_{02}^1-{\stackrel{\·}{U}}_0^1{Y}_{02}^{\mathrm{real}}={\stackrel{\·}{I}}_{02}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{02}^1=0$

……

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}={\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^1-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{{\stackrel{\·}{U}}_0^2}{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^2={\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^1-{\stackrel{\·}{U}}_0^1{Y}_{0n-1}^{\mathrm{real}}={\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^1=0$

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0n}={\stackrel{\·}{I}}_{0n}^1-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{{\stackrel{\·}{U}}_0^2}{\stackrel{\·}{I}}_{0n}^2\\ =(-{\stackrel{\·}{I}}_{01}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{02}^1-...-{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{0L}^1)-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{{\stackrel{\·}{U}}_0^2}(-{\stackrel{\·}{I}}_{01}^2-{\stackrel{\·}{I}}_{02}^2-...-{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^2-{\stackrel{\·}{I}}_{0L}^2)\\ =(-{\stackrel{\·}{I}}_{01}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{02}^1-...-{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{0L}^1)-{\stackrel{\·}{U}}_0^1(-Y_{01}^{\mathrm{real}}-Y_{02}^{\mathrm{real}}-...-Y_{0n-1}^{\mathrm{real}}-Y_{0L}^{\mathrm{real}}-\frac{1}{R})\\ =(-{\stackrel{\·}{I}}_{01}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{02}^1-...-{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{0L}^1)-(-{\stackrel{\·}{I}}_{01}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{02}^1-...-{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}^1-{\stackrel{\·}{I}}_{0L}^1-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{R})\\ =\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{R}\end{array}---\left(1\right)$

其中，为第i条配网引出线对地零序导纳；为并联电阻R投切前流过消弧线圈电感线圈的零序电流；为并联电阻R投切后流过消弧线圈电感线圈和并联电阻的总零序电流；为消弧线圈对地零序导纳。

计算配网各引出线的虚拟电流与的相位差：

${\mathrm{\θ}}_1=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{01}}\right)$

${\mathrm{\θ}}_2=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{02}}\right)$

……

${\mathrm{\θ}}_{n-1}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}}\right)$

${\mathrm{\θ}}_n=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0n}}\right)=\mathrm{Arg}\left(R\right)=0$

计算配电网变电站各引出线的虚拟功率：

$\mathrm{\Δ}{S}_{01}=\left|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{01}\right|\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_1)=|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\×0|\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_1)=0$

$\mathrm{\Δ}{S}_{02}=\left|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{02}\right|\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_2)=|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\×0|\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_2)=0$

……

$\mathrm{\Δ}{S}_{0n-1}=\left|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0n-1}\right|\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_{n-1})=|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\×0|\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_{n-1})=0$

$\mathrm{\Δ}{S}_{0n}=\left|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{0n}\right|\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_n)=|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\×\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{R}|\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-0)=|{\stackrel{\·}{U}}_0^1\×\frac{{\stackrel{\·}{U}}_0^1}{R}|\frac{1}{0}=+\∞---\left(2\right)$

其中，+∞表示正无穷大；

于是，选取虚拟功率ΔS_0n最大的第n条配网引出线为故障线。

配网引出线发生单相接地故障后，配网母线零序电压其中，为配网引出线相电压，即的幅值至少大于866伏特，并联电阻R通常取600欧姆，因此瓦特，再除以零得到故障线的虚拟功率接近于正无穷大。因此，配网引出线发生单相接地故障后，正常线虚拟功率为零，而故障线虚拟功率等于正无穷大，故障线的虚拟功率远大于正常线的虚拟功率，故障特征极其明显。因此，本发明方法利用故障线对应的虚拟功率最大原理进行配网故障选线，选线结果可靠，且选线结果不受线路参数、线路长度、故障点位置、过渡电阻和配电网运行方式的影响，实用性强。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.利用虚拟功率最大原理实现配网单相故障选线方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)测量配网母线零序电压测量测量配网各引出线流过的零序电流其中，n为配网引出线数目。

(2)若大于15％相电压幅值，则向并联电阻的合闸开关发送合闸指令，投切并联电阻。

(3)测量配网母线零序电压测量配网各引出线流过的零序电流其中，n为配网引出线数目；i为配网引出线编号。

(4)计算配网各引出线的虚拟电流其中，i＝1，...,n；

(5)计算配网各引出线的虚拟电流与的相位差其中，i＝1，...,n；

(6)计算配网各引出线的虚拟功率其中，i＝1，...,n；

(7)选取虚拟功率最大的配网引出线为故障线。