CN106443352B - 一种中性点不接地电网单相接地故障选线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中性点不接地电网单相接地故障选线的方法，其特征在于，包括：步骤1，实时监测配电网的零序电压U ₀，判断系统出现的零序电压是否大于0.15倍母线额定电压U _N；步骤2，若大于，启动选线装置记录故障后1/2工频周期的零序电流数据，若不大于，返回步骤1；步骤3，将采集的各条线路的零序电流数据进行频数分布；步骤4，根据频数分布得到的数据，计算各条线路的频数分布值，依据频数分布值选出故障线路。本方法不需要复杂的故障数据处理，直接利用故障发生后的原始故障数据进行选线，相比其它选线方法简单、可靠、准确、快速，并且易于工程实现。

Description

一种中性点不接地电网单相接地故障选线的方法

技术领域

本发明涉及电力系统故障选线技术领域，具体是一种中性点不接地电网单相接地故障选线的方法。

背景技术

长期以来，国内外的专家学者对单相接地故障选线方法做了深入的研究。主要方法有基于稳态量的选线方法、基于暂态量的选线方法、智能化的选线方法、S注入法，这些选线方法都存在各自的选线局限。

基于稳态量的选线方法由于接地故障特征微弱，稳态分量太小，很容易发生错选。

基于暂态量的选线方法由于故障后的特征量难以准确充分提取、需要大量复杂的故障数据处理、受故障类型及故障发生时刻影响、易受干扰等因素，实际的应用效果并不理想。

智能化的选线方法，理论上可以明显提高选线精度，但是需要复杂的数据处理，实际效果还有待检验。

S注入法突破了传统选线理论，采用主动注入信号的方式进行故障选线，此种方法需额外增加设备，在接地电阻值太高时，注入信号比较微弱，难以检测，无法准确选出故障线路。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以利用故障发生后的原始故障数据进行中性点不接地配电网发生单相接地故障后的选线方法。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种中性点不接地系统发生单相接地故障的选线方法，其特征在于，包括：步骤1，实时监测配电网的零序电压U ₀，判断系统出现的零序电压是否大于0.15倍母线额定电压U _N；步骤2，若大于，启动选线装置记录故障后首个1/2工频周期的零序电流数据，若不大于，返回步骤1；步骤3，将采集的各条线路的零序电流数据进行频数分布；步骤4，根据频数分布得到的数据，计算各条线路的频数分布值，依据频数分布值选出故障线路。

进一步地，所述步骤3包括：步骤31，根据组距小于各条线路的零序电流最小值原则，确定组距，然后应用频数分布理论直接对各条线路的零序电流数据进行频数分布，求出零序电流数据的组数；步骤32，计算落入每个组距范围内的零序电流数据个数，即频数。

进一步地，步骤31中各条线路零序电流数据的频数分布可用直方图进行直观表示，为了更清晰地表现频数分布直方图的趋势特征，可以将直方图中各个表示频数的长方形的中点依次连接起来，形成折线图，简称频数分布折线图。

进一步地，所述步骤4包括：步骤41，根据频数分布得到的各条线路零序电流的组数与频数，利用贝塞尔公式计算各条线路的频数分布值；步骤42，比较各条线路的频数分布值，最小频数分布值对应的线路为故障线路。

进一步地，所述方法还包括：此选线方法只需记录故障发生后首个1/2工频周期的零序电流数据，并且此选线方法利用的零序电流数据是不经过任何滤波、提取等数据处理的原始故障数据。

进一步地，所述组距为零序电流的整体数据进行频数分布的基础。

进一步地，所述组距由下式确定，只需组距小于所有线路零序电流的最小值：

式中：

I _0.i 为第i条线路的零序电流有效值；

U _φ 为相电压有效值；

C _0i 为第i条线路的单相对地分布电容；

ω为工频角频率。

进一步地，所述频数分布值表征各条线路整体数据分布的离散程度。

进一步地，所述频数分布值由下式确定：

式中：

n为零序电流数据的组数；

X _i 为第i个组数的零序电流数据个数，即频数；

X为零序电流数据平均分布在每个组数中的个数。

采用如上技术方案取得的有益效果为：

本发明应用频数分布理论进行故障选线，避免了对数据进行滤波、提取等复杂的处理，计算量比较小，提高了选线的速度。再者最小频数分布值对应的线路为故障线路，故障判据简单，可以准确而高效地选出故障线路。

附图说明

图1为中性点不接地系统单相接地故障电流分布图；

图2 为本发明的流程图；

图3为在不同故障初始角下各条线路的频数分布折线图；

图4为在不同故障点位置下各条线路的频数分布折线图；

图5为在不同接地故障电阻值下各条线路的频数分布折线图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

为了克服现有选线存在的局限，本发明提出的中性点不接地电网单相接地故障选线的方法充分利用故障发生后的原始故障数据进行选线，并且频数分布折线图显示了各条线路的零序电流数据的整体分布趋势，并根据贝塞尔公式计算的频数分布值进行选线。

参考图1可得，在中性点不接地系统中发生单相接地故障后，故障线路的零序电流大小为所有非故障线路对地零序电流之和，非故障线路的零序电流大小为本身的对地电容电流，这一关系决定了故障线路与非故障线路的零序电流的整体数据分布的不同，应用频数分布理论可以进一步表征故障线路与非故障线路之间存在的关系所造成的数据整体分布的差异性。这是本发明的理论核心，下面详细说明本方法的具体实施步骤。

参考图2，本发明提供了一种中性点不接地配电网发生单相接地故障后的故障选线方法，其特征在于，包括：

步骤1，实时监测配电网的零序电压U ₀，判断系统出现的零序电压是否大于0.15倍母线额定电压U _N；

步骤2，若大于，启动选线装置记录故障后首个1/2工频周期的零序电流数据，若不大于，返回步骤1；

步骤3，将采集的各条线路的零序电流数据进行频数分布；

步骤4，根据频数分布得到的数据，计算各条线路的频数分布值，依据频数分布值选出故障线路。

现有的故障选线方法，基本上都需要对数据进行大量复杂的处理，本发明通过步骤1-4，避免了对采样得到的零序电流数据进行大量复杂的数据处理，充分利用了故障后的波形信息，直接对故障数据进行频数分布处理，最后根据计算值选线。

优选地，所述步骤3包括：

步骤31，根据组距小于各条线路的零序电流最小值原则，确定组距，然后应用频数分布理论直接对各条线路的零序电流数据进行频数分布，求出零序电流数据的组数，具体组距计算公式，后面给出；

步骤32，计算落入每个组距范围内的数据个数，即频数。

步骤33，为了直观表现零序电流数据分布的趋势特征，可将各条线路零序电流数据的频数分布用直方图进行直观表示，为了更清晰地表现频数分布直方图的趋势特征，可以将直方图中各个表示频数的长方形的中点依次连接起来，形成折线图，简称频数分布折线图，更加清楚明白的分布零序电流数据分布。

优选地，所述步骤4包括：

步骤41，根据频数分布得到的组数与频数，利用贝塞尔公式计算各条线路的频数分布值，具体公式，后面给出；

步骤42，比较各条线路的频数分布值，最小频数分布值对应的线路为故障线路。

组距与频数分布值的详细求解如下，

对采集的1/2工频周期的零序电流数据进行频数分布，首先要确定组距，只需组距小于所有线路零序电流的最小值，根据下式确定：

式中：

I _0.i 为第i条线路的零序电流有效值；

U _φ 为相电压有效值；

C _oi 为第i条线路的单相对地分布电容；

ω为工频角频率。

根据频数分布得到的组数、频数，利用下列公式计算各条线路的频数分布值：

式中：

n为零序电流数据的组数；

X _i 为第i个组数的零序电流数据个数，即频数；

X为零序电流数据平均分布在每个组数中的个数。

以上所述，各条线路的频数分布折线图表现了数据的整体趋势，可以很容易确定故障线路。根据贝塞尔公式计算的频数分布值进行故障选线，最小频数分布值对应的线路为故障线路，可以很准确地确定故障线路。

下面，为了全面验证本发明方法的正确性，在不同故障状况下进行选线验证，如不同故障初相角、不同接地故障电阻值、不同故障点位置，还要考虑故障线路以及故障线路的不同故障相的影响。

仿真结果

参考图2，利用MATLAB建立中性点不接地系统单相接地故障仿真模型，该配电网的母线电压为10.5kV，引出5条线路(L1，L2，L3，L4，L5)，线路长度依次为13km，12km，9km，20km，7km。线路参数如下：正序电阻为0.01273Ω/km，零序电阻为0.3864Ω/km；正序电感为0.9337mH/km，零序电感4.1264mH/km；正序电容为12.74nF/km，零序电容7.751nF/km。采样频率选为5kHz，即每个周期采样100个点，仿真时间设置为0.2s，故障发生时间为0.04s。

任选故障初相角0°，45°，90°，120°，180°，故障点位置为距离母线5km，接地故障电阻值为1Ω。其中，选取故障初相角0°的频数分布折线图进行分析，计算所得各条线路的频数分布值及选线结果如表格1：

图3可以看出故障初相角为0°时，故障线路的频数分布趋势始终比其它各条非故障线路平缓，从这一点可以准确选出故障线路。表格1说明，此选线方法不受故障初相角的影响。

选定故障初相角为0°、接地故障电阻值为1Ω，设置故障点位置为距离母线1km、4km、8km、10km、12km。选取10km的故障点位置的频数折线图进行分析，频数分布值及选线结果如表格2：

图4可得故障线路的频数分布趋势明显比其它任何线路都要平缓，这个典型的特点可用于区别故障线路与非故障线路。表格2的选线结果说明，选线方法不受故障点位置的影响。

故障初相角设置为0°，故障点位置为距离母线5km。实际运行中，接地故障电阻值一般为0~2kΩ，所以任意选取故障点接地电阻值为：5Ω，100Ω，500Ω，1000Ω，1500Ω。其中，选取接地电阻值100Ω的频数分布折线图进行分析，频数分布值及选线结果如表格3：

图5可得，在不同接地电阻情况下，故障线路的频数分布趋势明显比其它线路平缓，可以确定地选出故障线路，表格3的频数分布值也验证了这个结论。

分别设置线路L1，L2，L3，L4，L5的B相发生接地故障，故障点位置距离母线5km，故障点接地电阻值为500Ω，故障初相角为45°。可得各条线路的频数分布值，如表4所示：

根据表4可得，不同的线路发生故障及线路的不同故障相对选线结果没有任何影响，依然可以根据最小频数分布值选取故障线路。

上述仿真结果表明，本发明提出的一种基于频数分布理论的单相接地故障选线方法，用仿真模型在不同故障状况下产生的大量仿真数据，对选线方法进行验证，可得此选线方法在不同故障状况下可以准确选出故障线路。

此方法有以下几个特点：充分利用了故障发生后的原始故障信息，且不需要对数据进行大量复杂的处理，保证了选线方法的简单性；定义了线路的频数分布值，以频数分布值为主要依据判断故障线路，最小频数分布值对应的线路即为故障线路，保证了选线方法的可靠性；选线结果不受故障点位置、故障初相角、故障点接地电阻的影响，具有100%的故障选线正确率，保证了选线方法的准确性；此选线方法只需要定位故障发生的时刻，然后利用故障后首个1/2工频周期的零序电流数据进行选线，提高了选线速度，保证了选线方法的快速性。

本发明提出的一种中性点不接地电网单相接地故障选线的方法，可以简单、可靠、准确、快速地选出故障线路，保证中性点不接地配电网的安全稳定运行，并且易于工程实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种中性点不接地电网单相接地故障选线的方法，其特征在于，包括：

步骤1，实时监测配电网的零序电压U ₀，判断系统出现的零序电压是否大于0.15倍母线额定电压U _N；

步骤2，若大于，启动选线装置记录故障后首个1/2工频周期的零序电流数据，若不大于，返回步骤1；

步骤3，将采集的各条线路的零序电流数据进行频数分布处理：首先，根据组距小于各条线路的零序电流最小值原则，确定出组距；然后，应用组距对各线路的零序电流数据进行分组，得到各线路零序电流数据的组数，并计算相应落入每个组距范围内的零序电流数据个数，即频数；

步骤4，根据频数分布得到各条线路零序电流的组数与频数，利用贝塞尔公式计算各条线路的频数分布值；比较各条线路零序电流的频数分布值，最小频数分布值对应的线路为故障线路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的各条线路零序电流的频数分布值由下式确定：

式中：n为零序电流数据的组数；X _i 为第i个组数的零序电流数据个数，即频数；X为零序电流数据平均分布在每个组数中的个数。