CN105486978A - 单相短路故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单相短路故障选线方法，在故障发生时刻，获取系统零序电压U_O，通过比较系统零序电压U_O是否大于设定值U_set确定系统是否发生单相短路故障；在母线安装电感电容器，确保安全的前提下，逐渐调节系统对地电容，同时以10Hz的频率采集各线路零序电流值，并分别保存；计算各条线路零序电流的相关系数，设定相关系数阈值ρ_set，若线路最大最小相关系数差小于ρ_set，判断为母线故障，否则相关系数最小的线路为故障线路。本方法结合稳态零序导纳法和相关分析法，能够有效的避免系统因扰动或测量装置偏差造成的选线错误，具有较高的准确性。

Description

单相短路故障选线方法

技术领域

本发明属于电力系统故障分析领域，具体涉及一种中性点不接地系统单相短路故障选线方法。

背景技术

随着电力系统容量和规模的增大，发生短路故障的可能性也会大大提高，短路故障给居民生活带来不便。单相接地故障占所有电力系统所有接地故障发生概率的90％以上。在小电流接地系统中，发生单相接地故障时，系统可运行2小时，但如果不能够在有限时间内切除故障，将会发展为更加严重的故障，这给调度人员带来了巨大的挑战。传统的拉线法选线等不能保证供电的可靠性和连续性，由于系统的扰动，单一的稳态选线方法不能达到很好的效果，易造成误判，准确性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种单相短路故障选线方法，结合稳态零序导纳法和相关分析法，能够有效的避免系统因扰动或测量装置偏差造成的选线错误，具有较高的准确性。

本发明的技术解决方案是：通过逐渐调节系统对地电容，采集各个馈线零序电流，将零序电流归一化处理后，计算各线路的相关系数，设定相关系数阈值ρ_set，通过比较相关系数确定故障线路；若线路最大最小相关系数差小于ρ_set，判断为母线故障，否则相关系数最小的线路为故障线路。

本发明的具体技术方案如下：首先设定零序电压限值U_set，获取系统中性点零序电压U0，当U0大于U_set时判断为发生单相短路故障；当系统发生单相接地短路时，系统中性点电压上升为相电压；系统发生扰动时，系统中性点电压变化很小，设定U_set为相电压的一半。

当电网中某一线路发生接地短路：

非故障线路零序电流：I_0i＝U₀jwC_i；

故障线路零序电流： $I_{0k}=-{\Σ}_{i=1,i\≠k}^N{U}_0{\mathrm{jwC}}_i;$

调节电感电容器后，非故障线路零序电流：I_0i′＝U₀jwC_i；

故障线路零序电流： $I_{0k}=-{\mathrm{\Σ}}_{i=1,i\≠k}^N{U}_0{\mathrm{jwC}}_i+U_{0}Y;$

其中，线路k发生单相短路故障，U₀为发生单相短路后系统零序电压；C_i为第i条线路对地电容；I_0i为第i条线路零序电流；Y为调节的电感电容器对应的导纳值。

在系统中性点安置电容电感器，逐渐改变系统对地电容参数，采集各条线路零序电流值，采样频率为10Hz；将采集的数据分别保存。

线路发生故障时，系统发生扰动会产生零序电流；

L1～Ln表示馈线；I_i，j表示馈线i的第j次采样时零序电流值，1≤j≤m(共进行m次采样)；I′_kj表示故障线路第j次采样时，调节电容电感器产生的零序电流；

$I_{kj}=-{\Σ}_{i=1,i\≠k}^N{I}_{ij};$

(1)在理想情况下(系统不发生扰动)，非故障线路的零序电流为：

L1：I₁₁，I₁₂，…，I_1j，…，I_1m

…

Li：I_i1，I_i2，…，I_ij，…，I_im

…

Ln：I_n1，I_n2，…，I_nj，…，I_nm

故障线路的零序电流：

Lk：Ik₁+I′k₁，Ik₂+I′k₂，…，Ik_j+I′k_j，…，Ik_m+I′k_m

(2)系统发生扰动(扰动是瞬时发生，假设第i条线路在第j次采样时有扰动，扰动产生额外的零序电流ΔI)，非故障线路的零序电流为：

L1：I₁₁，I₁₂，…，I_1j，…，I_1m

…

Li：I_i1，I_i2，…，I_ij+ΔI，…，I_im

…

Ln：I_n1，I_n2，…，I_nj，…，I_nm

故障线路的零序电流：

Lk：Ik₁+I′k₁，Ik₂+I′k₂，…，I_kj-ΔI+I′_kj，…，I_km+I′_km

(3)系统发生扰动(扰动是瞬时发生，假设故障线路在第j次采样时有扰动，扰动产生额外的零序电流ΔI)，非故障线路的零序电流为：

L1：I₁₁，I₁₂，…，i_1j，…，I_1m

…

Li：I_i1，I_i2，…，I_ij，…，I_im

…

Ln：I_n1，I_n2，…，I_nj，…，I_nm

故障线路的零序电流：

Lk：I_k1+I′_k1，I_k2+I′_k2，…，I_kj+ΔI+I′_kj，…，I_km+I′_km

(4)系统发生扰动(扰动是瞬时发生，假设母线在第j次采样时有扰动，扰动产生额外的零序电流ΔI)，非故障线路的零序电流为：

L1：I₁₁，I₁₂，…，I_1j，…，I_1m

…

Li：I_i1，I_i2，…，I_ij，…，I_im

…

Ln：I_n1，I_n2，…，I_nj，…，I_nm

故障线路的零序电流：

Lk：I_k1+I′_k1，I_k2+I′_k2，…，I_kj+ΔI+I′_kj，…，I_km+I′_km。

将各馈线零序电流按照本馈线对地电容进行归一化处理；离散数据相关性分析的相关系数为： ${\mathrm{\ρ}}_{xy}={\mathrm{\Σ}}_0^{N-1}x\left(n\right)y\left(n\right){\[{\Σ}_{n=0}^{N-1}x{\left(n\right)}^2{\Σ}_{n=0}^{N-1}y{\left(n\right)}^2\]}^{-1/2};$ 相关系数是对所有数据进行计算，采样数据足够大时，扰动产生的零序电流可忽略不计；

对所有线路的信号进行两两相关分析，求得相关系数矩阵M为：其中，n为馈线支路数；M中对角线元素为线路自相关系数，其值为1；根据相关系数矩阵，求取每条线路相对于其他线路的综合相关系数ρ_i，i＝1，2，…，n，定义本线路与其他线路的相关系数平均值作为本线路的综合相关系数，即设定相关系数阈值ρ_set，若ρ_max-ρ_min＜ρ_set，判断为母线故障；否则相关系数最小的线路为故障线路。

与现有方法相比，本发明的优点是：基于零序导纳法法，操作简单方便；在逐渐改变系统零序电容时，不断采集各线路零序电流值，分别保存；对各线路采集的一串数据进行相关分析，根据各线路相关系数进行故障选线，大大减弱了扰动对选线的影响，避免了因扰动产生判断偏差，故障选线的准确性提高；通过分析，该方法克服了传统的稳态零序电流法在扰动时易发生误判的缺点，能够比较准确的判断出故障线路。

附图说明

图1是本发明的总体处理流程图。

图2是单相接地时用三相系统表示的电容电流分布图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明技术方案。

本实施例对某一具有四条馈线的10kV放射性配电网进行验证；四条线路长度分别为19km，16km，20km，20km；线路1与2为架空线路；线路3为电缆线路；线路4为混合线路，其中有10km为架空线路；线路参数表如下：

具体实施步骤如下：

(1)首先设定零序电压限值U_set，获取系统中性点零序电压U0，当U0大于U_set，判断发生单相短路故障，否则继续检测系统中性点零序电压；当系统发生单相接地短路时，系统中性点电压上升为相电压；系统发生扰动时，系统中性点电压变化很小，设定U_set为相电压的一半；

(2)假设线路L4发生故障，测量得到系统零序电压；逐渐改变系统中性点电容值，测量各条馈线的零序电流；在理想情况下，系统不发生扰动；非故障线路的零序电流几乎不变，忽略线路电阻，计算各线路零序电流数值为：

计算得各线路的相关系数如下：

由上表判断出相关系数最小的线路为故障线路。

(1)假设系统发生扰动，扰动发生在线路L2第8次测量时刻，扰动产生的零序电流为-3A，则线路L3在第8次测量数据为-2.993705A；

计算得各线路的相关系数如下：

(2)假设系统发生扰动，扰动发生在线路L3第5次测量时刻，扰动产生的零序电流为2A，则线路L3在第8次测量数据为2.3431A；

计算得各线路的相关系数如下：

由以上两种情况可知，系统发生扰动时，即使扰动使正常线路产生的零序电流比故障相大，通过计算其相关系数，依然准确判断故障线路。

本实施例采集数据较少，如增加采集数据，所计算结果将会更加准确。

以上所述的实施例仅是对本发明的具体描述，并非对本发明的内容进行限定。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.单相短路故障选线方法，其特征在于：通过逐渐调节系统对地电容，采集各个馈线零序电流，将零序电流归一化处理后，计算各线路的相关系数，设定相关系数阈值ρ_set，通过比较相关系数确定故障线路；若线路最大最小相关系数差小于ρ_set，判断为母线故障，否则相关系数最小的线路为故障线路；设定零序电压限值U_set，获取系统中性点零序电压U0，当U0大于U_set时判断为发生单相短路故障；当系统发生单相接地短路时，系统中性点电压上升为相电压；系统发生扰动时，系统中性点电压变化很小，设定U_set为相电压的一半。

2.根据权利要求1所述的单相短路故障选线方法，其特征在于：在系统中性点安置电容电感器，逐渐改变系统对地电容参数，采集各条线路零序电流值；

电网中某一线路发生接地短路，非故障线路零序电流：I_0i＝U₀jwC_i；

故障线路零序电流： $I_{0k}=-{\mathrm{\Σ}}_{i=1,i\≠k}^N{U}_0{\mathrm{jwC}}_i;$

调节电感电容器后，非故障线路零序电流：I_0i′＝U₀jwC_i；

故障线路零序电流： $I_{0k}=-{\mathrm{\Σ}}_{i=1,i\≠k}^N{U}_0{\mathrm{jwC}}_i+U_{0}Y;$

其中，线路k发生单相短路故障，U₀为发生单相短路后系统零序电压；C_i为第i条线路对地电容；I_0i为第i条线路零序电流；Y为调节的电感电容器对应的导纳值。

3.根据权利要求2所述的单相短路故障选线方法，其特征在于：改变系统对地电容的同时，采集各线路零序电流，采集频率为10Hz。

4.根据权利要求2所述的单相短路故障选线方法，其特征在于：线路发生故障时，系统发生扰动会产生零序电流；L1～Ln表示馈线；I_ij表示馈线i的第j次采样时零序电流值，1≤j≤m(共进行m次采样)；I′_kj表示故障线路第j次采样时，调节电容电感器产生的零序电流；

(1)在理想情况下，系统不发生扰动，非故障线路的零序电流为：

L1：I₁₁，I₁₂，…，I_1j，…，I_1m

…

Li：I_i1，I_i2，…，I_ij，…，I_im

…

Ln：I_n1，I_n2，…，I_nj，…，I_nm

故障线路的零序电流：

Lk：I_k1+I′_k1，I_k2+I′_k2，…，I_kj+I′_kj，…，I_km+I′_km

(2)系统发生扰动，扰动是瞬时发生，假设第i条线路在第j次采样时有扰动，扰动产生额外的零序电流ΔI，非故障线路的零序电流为：

L1：I₁₁，I₁₂，…，I_1j，…，I_1m

…

Li：I_i1，I_i2，…，I_ij+ΔI，…，I_im

…

Ln：I_n1，I_n2，…，I_nj，…，I_nm

故障线路的零序电流：

Lk：I_k1+I′_k1，I_k2+I′_k2，…，I_kj-ΔI+I′_kj，…，I_km+I′_km

(3)系统发生扰动，扰动是瞬时发生，假设故障线路在第j次采样时有扰动，扰动产生额外的零序电流ΔI，非故障线路的零序电流为：

L1：I₁₁，I₁₂，…，I_1j，…，I_1m

…

Li：I_i1，I_i2，…，I_ij，…，I_im

…

Ln：I_n1，I_n2，…，I_nj，…，I_nm

故障线路的零序电流：

Lk：I_k1+I′_k1，I_k2+I′_k2，…，I_kj+ΔI+I′_kj，…，I_km+I′_km

(4)系统发生扰动，扰动是瞬时发生，假设母线在第j次采样时有扰动，扰动产生额外的零序电流ΔI，非故障线路的零序电流为：

L1：I₁₁，I₁₂，…，I_1j，…，I_1m

…

Li：I_i1，I_i2，…，I_ij，…，I_im

…

Ln：I_n1，I_n2，…，I_nj，…，I_nm

故障线路的零序电流：

Lk：I_k1+I′_k1，I_k2+I′_k2，…，I_kj+ΔI+I′_kj，…，I_km+I′_km；

将各馈线零序电流按照本馈线对地电容进行归一化处理，离散数据相关性分析的相关系数为： ${\mathrm{\ρ}}_{xy}={\mathrm{\Σ}}_0^{N-1}x\left(n\right)y\left(n\right){\[{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{N-1}x{\left(n\right)}^2{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{N-1}y{\left(n\right)}^2\]}^{-1/2};$ 相关系数是对所有数据进行计算，采样数据足够大时，扰动产生的零序电流可忽略不计；

对所有线路的信号进行两两相关分析，求得相关系数矩阵M为：其中，n为馈线支路数；M中对角线元素为线路自相关系数，其值为1；根据相关系数矩阵，求取每条线路相对于其他线路的综合相关系数ρ_i，i＝1，2，…，n，定义本线路与其他线路的相关系数平均值作为本线路的综合相关系数，即设定相关系数阈值ρ_set，若ρ_max-ρ_min＜ρ_set，判断为母线故障；否则相关系数最小的线路为故障线路。