CN106980069B - 基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法，系统发生高阻接地故障时，变电所终端启动，选择故障线路，将选线结果和故障线路出口零序电流采集数据上报主站；当零模电压或零模电流突变量超越预设门槛时，各馈线终端启动，将故障零序电压电流采集数据上报主站；主站接收变电所终端和馈线各监测点零序电压电流采集数据，分别提取其暂态分量，对健全线路终端数据则不予处理；将各监测点暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，计算各监测点暂态零序电流的投影系数；计算各区段上下游监测点暂态零序电流投影系数之差；选择差值最大区段为故障区段。解决了高阻接地故障在谐振接地系统中的定位难题、有着广泛的实际应用价值。

Description

基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法

技术领域

本发明涉及故障定位技术领域，尤其涉及基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法。

背景技术

受自然环境、线路架空距离低等因素影响，配电网中常发生经非理想导体的单相高阻接地故障，如导线跌落在草地、马路、沙地、水塘等。据不完全统计，高阻接地约占到接地故障总数的5-10％。法国谐振接地系统有超过12％的接地故障为高阻接地故障。由于高阻接地故障电流小(一般为A级)、故障点不稳定等原因，当配电线路发生永久性高阻接地故障后难以被检测到，使得系统长时间带故障运行，这可能导致相间故障或短路故障，扩大故障范围。因此当线路发生高阻故障后，需要快速的定位到故障区段并做出相应隔离措施。特别是对于谐振接地系统，由于消弧线圈的补偿作用，故障线路故障区段工频电流和健全区段相比没有明显故障特征等原因，谐振接地系统的高阻接地故障定位仍然是一个非常大的挑战。

近年来，谐振接地方式配电网中发生单相(小电流)接地故障时，在故障线路选择基础上，确定故障点距离或故障区段，可以进一步缩小故障查找和修复时间，将成为谐振接地故障检测技术研究和应用的热点、重点。现有的针对低阻接地故障区段定位方法可分为两类：一类是主动式定位方法，利用一次设备动作产生较大的扰动电流或者利用人工直接向系统注入特定电流调节消弧线圈的补偿度，根据零序电流变化量确定故障区段；另一类是被动式定位方法，利用接地故障过渡过程中的暂态信号幅值比较、极性比较、功率方向等原理进行故障定位。现有的低阻(金属性)接地故障定位尚未完全解决，且均不适用于高阻接地故障，因此更是无暇顾及关于故障电气量特征不明显的高阻接地故障定位技术的研究，所以鲜少见到相关的研究报道。

对于谐振接地系统，工频电流自身无明显故障特征无法直接用以故障检测(工频电流有功分量理论上可行，但含量较小、易受TV/TA传变特性影响，实用存在较大困难)。现有技术中有选取投影系数最大的检测点下游区段为故障区段的，由于故障点上游各检测点投影系数为较小的正数且相差不大，很容易受干扰导致定位错误。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法，解决了高阻接地故障在谐振接地系统中的定位难题、有着广泛的实际应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法，当系统发生高阻接地故障时采用以下方法进行故障定位，包括：

步骤一，变电所终端启动，选择故障线路，并将选线结果和故障线路出口零序电流采集数据上报主站；

步骤二，当零模电压或零模电流突变量超越预设门槛时，各馈线终端启动，将故障零序电压电流采集数据上报主站；

步骤三，主站接收变电所终端和馈线各监测点零序电压电流采集数据，对零序电压u_b、故障线路各监测点零序电流i_0j数据进行滤波，分别提取其暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}，对健全线路终端数据则不予处理；

步骤四，将各监测点暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，计算各监测点暂态零序电流的投影系数；

步骤五，计算各区段上下游监测点暂态零序电流投影系数之差；选择差值最大区段为故障区段。

系统发生高阻接地故障的判断方法为：终端在线采集母线零序电流及零序电压U_b，当母线零序电压幅值处于U_th1＜U_b＜U_th2时，系统发生高阻接地故障。

U_th1＝15V，U_th2＝90V。

计算各监测点暂态零序电流的投影系数p_{0j_T}的方法为：

本发明的有益效果：

本发明利用故障点上游各检测点投影系数为正数，下游各检测点投影系数为负数，这一特点，选择区段两侧检测点投影系数之差最大的区段为故障区段，有效的避免了干扰问题。

本发明利用高阻接地故障过渡过程中消弧线圈与系统对地电容间并联谐振产生的暂态电气量实现故障定位将具有独特的优势，为谐振接地系统高阻接地故障定位技术研究提供一个全新的思路，有着广泛的实际应用价值。

附图说明

图1为一种典型配网自动化定位系统结构示意图；

图2为选线流程框图；

图3为典型配电线路仿真模型；

图4(a)、图4(b)、图4(c)分别为图3所示系统中发生接地电阻为30Ω的高阻接地故障时各候选监测点电流母线电压的零序分量、暂态分量和投影分量波形对比；

图5(a)、图5(b)、图5(c)分别为图3所示系统中发生接地电阻为1500Ω的高阻接地故障时各候选监测点电流母线电压的零序分量、暂态分量和投影分量波形对比。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

I、如图1所示是本发明依赖的故障定位系统，由安装于变电站内部的站内终端(谐振接地故障选线装置)、安装于线路各监测点的线路终端(FTU)、安装于主控室的谐振接地故障定位主站及通讯网络组成。该定位系统具体工作流程如下：

1)正常运行时系统工作流程

线路中的馈线终端一直处于对线路各监测点零序电流和零序电压(有条件时)信号采样的状态，并将零序电压采样信号或零序电流变化量的与装置启动门槛值进行比较判断母线零序电压幅值是否处于U_th1＜U_b＜U_th2时(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，判断是否符合装置启动条件；选线装置负责监测母线零序电压和各条馈线出口零序电流信号，正常工作时对监测信号进行采样，并将零序电压的采样值与装置启动门槛值进行比较，判断线路中是否有故障发生；定位主站负责接收馈线终端和选线装置上报的故障数据，并进行故障定位，正常工作时会对馈线终端和选线装置进行状态查询，避免装置退出工作状态。

2)故障时系统工作流程

线路中发生谐振接地故障时，线路馈线终端根据零序电流变化量或零序电压(有条件时)信号启动，记录各监测点三个周波的故障零序电压电流信号，并将带有时间标签的故障数据上报至定位主站；选线装置根据母线处零序电压启动，当母线零序电压幅值处于U_th1＜U_b＜U_th2时(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，则说明系统发生高阻接地故障，启动装置，并记录母线处零序电压、各条馈线母线出口处的零序电流信号、故障持续时间、故障发生时间、故障线路、故障相等故障数据，并将故障数据作相应的转化上报至定位主站；定位主站负责接收选线装置和馈线终端上报的故障数据，并根据如下步骤进行故障区段定位，如图2所示。

a.当母线零序电压幅值处于U_th1＜U_b＜U_th2时(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，则说明系统发生高阻接地故障，变电所终端启动，选择故障线路，并将选线结果和故障线路出口零序电流采集数据上报主站；

b.当零模电压或零模电流突变量超越预设门槛时，各馈线终端启动，将故障零序电压电流采集数据上报主站；

c.主站接收变电所终端和馈线各监测点零序电压电流采集数据，对零序电压u_b、故障线路各监测点零序电流i_0j数据进行滤波，分别提取其暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}，对健全线路终端数据则不予处理；

d.将各监测点暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，根据下述公式计算各监测点暂态零序电流的投影系数p_{0j_T}：

e.计算各区段上下游监测点暂态零序电流投影系数之差；

f.选择差值最大区段为故障区段。

II、基于图3所示中性点经消弧线圈接地的混合线路模型，设置线路5区域2发生高阻接地故障，验证上述算法的有效性。

(一)发生30Ω的高阻接地故障

a.当母线零序电压幅值处于U_th1＜U_b＜U_th2时(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，则说明系统发生高阻接地故障，变电所终端启动，选择故障线路5，并将选线结果和故障线路出口零序电流采集数据上报主站；

b.当零序电压或零序电流突变量超越预设门槛时，各馈线终端启动，将故障零序电压电流采集数据上报主站，如图4(a)所示；

c.主站接收变电所终端和馈线各监测点零序电压电流采集数据，对零序电压u_b、故障线路各监测点零序电流i_0j数据进行滤波，分别提取其暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}，如图4(b)所示，对健全线路终端数据则不予处理；

d.将各监测点暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，各监测点暂态零序电流投影分量如图4(c)所示，根据下述公式计算各监测点暂态零序电流的投影系数p_{0j_T}：

p_{01_T}＝2.5e-03；p_{02_T}＝2.6e-03；p_{03_T}＝-1.3e-04；p_{04_T}＝-6.4e-05；

e.计算各区段上下游监测点暂态零序电流投影系数之差；

p_{01_T}-p_{02_T}＝-0.1e-03；p_{02_T}-p_{03_T}＝2.7e-03；p_{03_T}-p_{03_T}＝-1.2e-04

f.选择差值最大区段为故障区段，区段2为故障区段。

(二)发生1500Ω的高阻接地故障

a.当母线零序电压幅值处于U_th1＜U_b＜U_th2时(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，则说明系统发生高阻接地故障，变电所终端启动，选择故障线路5，并将选线结果和故障线路出口零序电流采集数据上报主站；

b.当零序电压或零序电流突变量超越预设门槛时，各馈线终端启动，将故障零序电压电流采集数据上报主站，如图5(a)所示；

c.主站接收变电所终端和馈线各监测点零序电压电流采集数据，对零序电压u_b、故障线路各监测点零序电流i_0j数据进行滤波，分别提取其暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}，如图5(b)所示，对健全线路终端数据则不予处理；

d.将各监测点暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，各监测点暂态零序电流投影分量如图5(c)所示，根据下述公式计算各监测点暂态零序电流的投影系数p_{0j_T}：

p_{01_T}＝1.3e-04；p_{02_T}＝1.5e-04；p_{03_T}＝-3.3e-05；p_{04_T}＝-1.6e-05；

e.计算各区段上下游监测点暂态零序电流投影系数之差；

p_{01_T}-p_{02_T}＝-0.2e-03；p_{02_T}-p_{03_T}＝1.8e-03；p_{03_T}-p_{03_T}＝-1.9e-05

f.选择差值最大区段为故障区段，区段2为故障区段。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法，其特征是，当系统发生高阻接地故障时采用以下方法进行故障定位，包括：

步骤一，变电所终端启动，选择故障线路，并将选线结果和故障线路出口零序电流采集数据上报主站；

步骤二，当零模电压或零模电流突变量超越预设门槛时，各馈线终端启动，将故障零序电压电流采集数据上报主站；

步骤三，主站接收变电所终端和馈线各监测点零序电压电流采集数据，对零序电压u_b、故障线路各监测点零序电流i_0j数据进行滤波，分别提取其暂态分量i_{0j_T}、u_{b_T}，对健全线路终端数据则不予处理；

步骤四，将各监测点暂态零序电流向母线暂态零序电压做投影，计算各监测点暂态零序电流的投影系数；

步骤五，计算各区段上下游监测点暂态零序电流投影系数之差；选择差值最大区段为故障区段；

计算各监测点暂态零序电流的投影系数p_{0j_T}的方法为：

计算各区段上下游监测点暂态零序电流投影系数之差；

选择差值最大区段为故障区段；当不存在上下游检测点暂态零序电流投影系数之差的最大值时，则该线路最末区段为故障区段；

利用故障点上游各检测点投影系数为正数，下游各检测点投影系数为负数，这一特点，选择区段两侧检测点投影系数之差最大的区段为故障区段；

利用高阻接地故障过渡过程中消弧线圈与系统对地电容间并联谐振产生的暂态电气量实现故障定位。

2.如权利要求1所述基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法，其特征是，系统发生高阻接地故障的判断方法为：终端在线采集母线零序电流及零序电压U_b，当母线零序电压幅值处于U_th1＜U_b＜U_th2时，系统发生高阻接地故障。

3.如权利要求2所述基于暂态电流投影系数差值比较的高阻接地故障定位方法，其特征是，U_th1＝15V，U_th2＝90V。

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