CN106990325A - 基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法，该方法包括：首先根据配电网设备父子关系生成最小故障判定区域；然后根据馈线设备三相实时电流数据生成馈线实时电流阵；其次根据馈线设备三相历史电流数据生成馈线历史电流阵；再次根据馈线实时电流阵和馈线历史电流阵生成馈线突变电流阵；并根据馈线突变电流阵和电容电流阈值生成馈线突变电流逻辑阵；最后将馈线突变电流逻辑阵非零元素提取为突变电流逻辑顺序表，则接地故障发生在突变电流逻辑顺序表最后一个元素为父节点的最小故障判定区间内。该方法针对永久性接地故障具有较好的适应性，可依靠当前电网中的传统采集终端实现接地故障的分析定位而不需要安装特殊的采集终端，具有一定的推广价值。

Description

基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法

技术领域

本发明涉及变电站小电流接地故障判定领域，具体来说是一种基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法。

背景技术

供电可靠性是一项衡量配电网智能化程度的重要指标，国网“十三五”行动计划也将这一指标纳入了工作报告。

馈线自动化作为提高供电可靠性的重要手段在当前配电网自动化主站系统中已广泛应用，并在日常故障处理和恢复中发挥着重要作用。但是，目前馈线自动化功能大多只能处理馈线短路故障，而对小电流接地故障尚无准确高效的处理手段。小电流接地故障占整个馈线故障的80％以上，提升馈线自动化的小电流接地故障处理能力，是提高供电可靠性的重要手段

目前小电流接地故障定位的方法有两种，一种是无源法，一种是有源法。所谓无源法，是指通过提取故障发生时刻前后的暂态特征量，并经过比对分析从而确定故障位置，如零序电流法、功率方向法、比幅比相法、负序电流法等。该种方法对终端设备采集精度和频率要求很高，需单独安装配置高精度采样装置和抗饱和互感器。所谓有源法，是指通过在接地变压器中性点或者馈线出线处注入特殊信号，通过终端采集到相应信号而综合判定故障位置，如S注入法、加信传递函数法、端口故障诊断法等。该种方法需加装特殊的信号发生器，并需跟特殊的终端配合以检测相应信号。

由上可知，无论是有源法还是无源法皆需要安装特殊的终端设备以配合特殊的采样要求。而当前配电网中已安装大量的采样终端设备如FTU、DTU、故障指示器等，这些设备大都不具备特殊的采样及判定要求。如若安装特殊的采样判定设备，则大部分需要停电安装，进一步降低了供电可靠性，且特殊采样判定设备大部分在初期试制阶段，虽对部分典型线路具有较好的定位效果，但是普遍推广效果欠佳，且价格昂贵，维护繁琐。故此，尽最大可能的利用现有设备和采样数据解决小电流接地故障定位问题，尽量不安装特殊设备，避免重复建设浪费资源，以便更好的建设节约型社会具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于解决变电站小电流接地故障的定位问题，结合配电网特点，给出一种基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法。

用于实现上述目的的技术方案如下：

一种基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、根据配电网设备父子关系生成最小故障判定区域；

步骤二、根据馈线设备三相实时电流数据生成馈线实时电流阵；

步骤三、根据馈线设备三相历史电流数据生成馈线历史电流阵；

步骤四、根据馈线实时电流阵和馈线历史电流阵生成馈线突变电流阵，并根据馈线突变电流阵和馈线对地电容电流阈值生成馈线突变电流逻辑阵；

步骤五、将馈线突变电流逻辑阵非零元素提取构成突变电流逻辑表，根据设备父子关系由父到子的顺序对突变电流逻辑表进行重新排序，得到突变电流逻辑顺序表，并根据突变电流逻辑顺序表进行故障判定。

规定从变电站出线开关开始，沿潮流方向，到各配电变压器为止，某一开关和其所有的子节点设备(开关和配变)构成一个最小故障判定区域。最小故障判定区域是可以进行故障定位的最小范围。具体描述为：

SMA＝[MA₁,MA₂,…,MA_i,…,MA_n]MA_i＝[a_i1,b_i1,b_i2,…,b_ij,…b_ih]

其中，SMA为馈线最小故障判定区域集合，MA_i为第i个最小故障判定区域，i＝1,2,3,…,n，n为馈线所包含的最小故障判定区域数；a_i1为第i个最小故障判定区域的父节点设备，b_ij为第i个最小故障判定区域中，以a_i1为父节点的第j个子节点设备，j＝1,2,3,…,h，h为以a_i1为父节点的所有子节点设备数。

定义馈线实时电流阵RCM描述一条配电馈线所有开关和配变的A、B、C三相实时运行状态，具体描述如下：

其中，ra_k为馈线所包含的第k个开关或配变的A相实时电流值，rb_k为馈线所包含的第k个开关或配变的B相实时电流值，rc_k为馈线所包含的第k个开关或配变的C相实时电流值，k＝1,2,…,m，m为馈线所包含的开关和配变总数。

定义馈线历史电流阵HCM描述一条配电馈线所有开关和配变的A、B、C三相历史运行状态，具体描述如下：

其中，ha_k、hb_k、hc_k分别为馈线所包含的第k个开关或配变的A、B、C相历史电流值，该历史时刻可根据终端类型设定。

当接地故障发生时，可以用故障发生后的馈线实时电流阵与故障发生前的馈线历史电流阵计算故障引起的稳态电流变化，具体描述为：

ACM＝RCM-HCM

其中，ACM为馈线突变电流阵，其也是一个3×m矩阵。为计算方便，用馈线突变逻辑阵ALM表述馈线电流的突变情况。

其中，la_k为馈线第k个设备的A相突变电流逻辑值，lb_k为馈线第k个设备的B相突变电流逻辑值，lc_k为馈线第k个设备的C相突变电流逻辑值；aa_k、ab_k、ac_k分别为馈线突变电流阵ACM中第k个设备的A、B、C相电流变化值。α为阈值系数，取值范围为(0,1)。MV为馈线对地电容电流阈值。

若馈线突变逻辑阵ALM是零阵，则表示该馈线没有发生接地故障；若ALM是非零阵，则表示该馈线发生了接地故障，且非零元素所在行即表示接地故障发生的相别。

若馈线突变逻辑阵ALM中的第f(f＝1,2,3)行元素非零，则将所有非零元素提取，构成突变电流逻辑表ACL，具体描述为：

ACL＝[cl₁,cl₂,…,cl_e,…,cl_g]

其中，cl_e为ALM第f行中第e个逻辑值为1的元素代表的设备编号，e＝1,2,3,…,g，g为ALM第f行中非零元素总数。

根据设备父子关系由父到子的顺序对ACL进行重新排序，得到突变电流逻辑顺序表ACSL，具体描述如下：

ACSL＝[cs₁,cs₂,…,cs_w,…,cs_g]

其中，cs_w为设备编号，w＝1,2,3,…,g，cs_w-1是设备cs_w的父节点设备编号，cs_w+1是设备cs_w的子节点设备编号。

综合上述分析，接地故障发生在突变电流逻辑顺序表ACSL最后一个元素cs_g为父节点的最小故障判定区间内。

本发明有益技术效果：该方法针对永久性接地故障具有较好的适应性，可依靠当前电网中的传统采集终端实现接地故障的分析定位而不需要安装特殊的采集终端，具有一定的推广价值。

附图说明

图1为典型配电馈线图；

具体实施方式

下面对本发明进行详细的说明：

(1)首先，根据配电网设备父子关系生成最小故障判定区域；

所述的最小故障判定区域是可以进行故障定位的最小范围，规定如下：从变电站出线开关开始沿潮流方向，到各配电变压器为止，某一开关和其所有的子节点设备构成一个最小故障判定区域，所述的的子节点设备包括开关和配电变压器；具体描述为：

SMA＝[MA₁,MA₂,…,MA_i,…,MA_n]MA_i＝[a_i1,b_i1,b_i2,…,b_ij,…b_ih]

其中，SMA为馈线最小故障判定区域集合，MA_i为第i个最小故障判定区域，i＝1,2,3,…,n，n为馈线所包含的最小故障判定区域数；a_i1为第i个最小故障判定区域的父节点设备，b_ij为第i个最小故障判定区域中，以a_i1为父节点的第j个子节点设备，j＝1,2,3,…,h，h为以a_i1为父节点的所有子节点设备数。

(2)其次，根据馈线设备三相实时电流数据生成馈线实时电流阵；

定义馈线实时电流阵RCM描述一条配电馈线所有开关和配电变压器的A、B、C三相实时运行状态，具体描述如下：

其中，ra_k、rb_k、rc_k分别为馈线所包含的第k个开关或配电变压器的A相、B相、C相实时电流值，k＝1,2,…,m，m为馈线所包含的开关和配电变压器总数。

(3)然后，根据馈线设备三相历史电流数据生成馈线历史电流阵；

定义馈线历史电流阵HCM描述一条配电馈线所有开关和配电变压器的A、B、C三相历史运行状态，具体描述如下：

其中，ha_k、hb_k、hc_k分别为馈线所包含的第k个开关或配电变压器的A相、B相、C相历史电流值，该历史时刻可根据终端类型设定。

(4)再次，根据馈线实时电流阵和馈线历史电流阵生成馈线突变电流阵，并根据馈线突变电流阵和电容电流阈值生成馈线突变电流逻辑阵；

定义馈线突变电流阵ACM描述接地故障发生时，用故障发生后的馈线实时电流阵与故障发生前的馈线历史电流阵计算故障引起的稳态电流变化，具体描述为：

ACM＝RCM-HCM

其中，ACM为馈线突变电流阵，其也是一个3×m矩阵，为计算方便，用馈线突变逻辑阵ALM表述馈线电流的突变情况；

其中，la_k、lb_k、lc_k为馈线所包含的第k个开关或配电变压器的A相、B相、C相突变电流逻辑；aa_k、ab_k、ac_k分别为馈线突变电流阵ACM中馈线所包含的第k个开关或配电变压器的A相、B相、C相电流变化值；α为阈值系数，取值范围为(0,1)；MV为馈线对地电容电流阈值。

(5)最后，将馈线突变电流逻辑阵非零元素提取构成突变电流逻辑表，根据设备父子关系由父到子的顺序对突变电流逻辑表进行重新排序，得到突变电流逻辑顺序表，并根据突变电流逻辑顺序表进行故障判定。

若馈线突变逻辑阵ALM是零阵，则表示该馈线没有发生接地故障；若馈线突变逻辑阵ALM是非零阵，则表示该馈线发生了接地故障，且非零元素所在行即表示接地故障发生的相别；

若馈线突变逻辑阵ALM中的第f(f＝1,2,3)行元素非零，则将所有非零元素提取，构成突变电流逻辑表ACL，具体描述为：

ACL＝[cl₁,cl₂,…,cl_e,…,cl_g]

其中，cl_e为ALM第f行中第e个逻辑值为1的元素代表的设备编号，e＝1,2,3,…,g，g为ALM第f行中非零元素总数；

根据设备父子关系由父到子的顺序对ACL进行重新排序，得到突变电流逻辑顺序表ACSL，具体描述如下：

ACSL＝[cs₁,cs₂,…,cs_w,…,cs_g]

其中，cs_w为设备编号，w＝1,2,3,…,g，cs_w-1是设备cs_w的父节点设备编号，cs_w+1是设备cs_w的子节点设备编号；

综合上述分析，接地故障发生在突变电流逻辑顺序表ACSL最后一个元素cs_g为父节点的最小故障判定区间内。

如图1所示配电网典型馈线，#1为变电站母线，S1为变电站出线开关，A～J为安装了FTU、DTU、故障指示器等采集装置的分段开关，DT1～DT5为配电变压器。假设在分段开关D、H、I之间发生了A相永久性接地故障，故事发生后各设备A、B、C三相的实时量测数据ra、rb、rc，故障发生前5分钟的历史量测数据ha、hb、hc如表1所示。

表1故障前后设备量测值(A)

根据(2)～(5)生成馈线突变电流阵ACM为：

取馈线对地电容电流阈值MV为10，阈值系数α为0.6，则馈线突变逻辑阵ALM为：

因只有馈线突变逻辑阵ALM的第一行元素中具有非零值，故接地故障发生在该馈线的A相，根据设备父子关系由父到子的顺序对突变电流逻辑表ALM进行重新排序，得到突变电流逻辑顺序表可得突变电流逻辑顺序表ACSL为：

ACSL＝[S1,A,B,D]

则可知，故障发生在以开关D为父节点的最小故障判定区域内，根据最小故障判定区域，可知发生接地故障的区域为开关D、H、I围成的区域。

Claims (6)

1.一种基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一、根据配电网设备父子关系生成最小故障判定区域；

步骤二、根据馈线设备三相实时电流数据生成馈线实时电流阵；

步骤三、根据馈线设备三相历史电流数据生成馈线历史电流阵；

步骤四、根据馈线实时电流阵和馈线历史电流阵生成馈线突变电流阵，并根据馈线突变电流阵和馈线对地电容电流阈值生成馈线突变电流逻辑阵；

步骤五、将馈线突变电流逻辑阵非零元素提取构成突变电流逻辑表，根据设备父子关系由父到子的顺序对突变电流逻辑表进行重新排序，得到突变电流逻辑顺序表，并根据突变电流逻辑顺序表进行故障判定。

2.根据权利要求1所述的基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法，其特征在于：步骤一中所述的最小故障判定区域是可以进行故障定位的最小范围，规定如下：从变电站出线开关开始沿潮流方向，到各配电变压器为止，某一开关和其所有的子节点设备构成一个最小故障判定区域，所述的的子节点设备包括开关和配电变压器；具体描述为：

SMA＝[MA₁,MA₂,…,MA_i,…,MA_n] MA_i＝[a_i1,b_i1,b_i2,…,b_ij,…b_ih]

其中，SMA为馈线最小故障判定区域集合，MA_i为第i个最小故障判定区域，i＝1,2,3,…,n，n为馈线所包含的最小故障判定区域数；a_i1为第i个最小故障判定区域的父节点设备，b_ij为第i个最小故障判定区域中，以a_i1为父节点的第j个子节点设备，j＝1,2,3,…,h，h为以a_i1为父节点的所有子节点设备数。

3.根据权利要求1所述的基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法，其特征在于：步骤二中定义馈线实时电流阵RCM描述一条配电馈线所有开关和配电变压器的A、B、C三相实时运行状态，具体描述如下：

$RCM=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{ra}}_1& {\mathrm{ra}}_2& ...& {\mathrm{ra}}_k& ...& {\mathrm{ra}}_m\\ {\mathrm{rb}}_1& {\mathrm{rb}}_2& ...& {\mathrm{rb}}_k& ...& {\mathrm{rb}}_m\\ {\mathrm{rc}}_1& {\mathrm{rc}}_2& ...& {\mathrm{rc}}_k& ...& {\mathrm{rc}}_m\end{array}\right]$

其中，ra_k、rb_k、rc_k分别为馈线所包含的第k个开关或配电变压器的A相、B相、C相实时电流值，k＝1,2,…,m，m为馈线所包含的开关和配电变压器总数。

4.根据权利要求1所述的基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法，其特征在于：

步骤三中定义馈线历史电流阵HCM描述一条配电馈线所有开关和配电变压器的A、B、C三相历史运行状态，具体描述如下：

$HCM=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{ha}}_1& {\mathrm{ha}}_2& ...& {\mathrm{ha}}_k& ...& {\mathrm{ha}}_m\\ {\mathrm{hb}}_1& {\mathrm{hb}}_2& ...& {\mathrm{hb}}_k& ...& {\mathrm{hb}}_m\\ {\mathrm{hc}}_1& {\mathrm{hc}}_2& ...& {\mathrm{hc}}_k& ...& {\mathrm{hc}}_m\end{array}\right]$

其中，ha_k、hb_k、hc_k分别为馈线所包含的第k个开关或配电变压器的A相、B相、C相历史电流值，该历史时刻可根据终端类型设定。

5.根据权利要求1所述的基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法，其特征在于：步骤四中定义馈线突变电流阵ACM描述接地故障发生时，用故障发生后的馈线实时电流阵与故障发生前的馈线历史电流阵计算故障引起的稳态电流变化，具体描述为：

ACM＝RCM-HCM

其中，ACM为馈线突变电流阵，其也是一个3×m矩阵，为计算方便，用馈线突变逻辑阵ALM表述馈线电流的突变情况；

$ALM=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{la}}_1& {\mathrm{la}}_2& ...& {\mathrm{la}}_k& ...& {\mathrm{la}}_m\\ {\mathrm{lb}}_1& {\mathrm{lb}}_2& ...& {\mathrm{lb}}_k& ...& {\mathrm{lb}}_m\\ {\mathrm{lc}}_1& {\mathrm{lc}}_2& ...& {\mathrm{lc}}_k& ...& {\mathrm{lc}}_m\end{array}\right]$

$\begin{array}{ccc}{\mathrm{la}}_k=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{aa}}_k\&GreaterEqual;\mathrm{\&alpha;}MV\\ 0& {\mathrm{aa}}_k<\mathrm{\&alpha;}MV\end{array}\right.& {\mathrm{lb}}_k=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{ab}}_k\&GreaterEqual;\mathrm{\&alpha;}MV\\ 0& {\mathrm{ab}}_k<\mathrm{\&alpha;}MV\end{array}\right.& {\mathrm{lc}}_k=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{ac}}_k\&GreaterEqual;\mathrm{\&alpha;}MV\\ 0& {\mathrm{ac}}_k<\mathrm{\&alpha;}MV\end{array}\right.\end{array}$

其中，la_k、lb_k、lc_k为馈线所包含的第k个开关或配电变压器的A相、B相、C相突变电流逻辑；aa_k、ab_k、ac_k分别为馈线突变电流阵ACM中馈线所包含的第k个开关或配电变压器的A相、B相、C相电流变化值；α为阈值系数，取值范围为(0,1)；MV为馈线对地电容电流阈值。

6.根据权利要求1所述的基于突变逻辑阵的配网小电流接地故障判定方法，其特征在于：

步骤六中若馈线突变逻辑阵ALM是零阵，则表示该馈线没有发生接地故障；若馈线突变逻辑阵ALM是非零阵，则表示该馈线发生了接地故障，且非零元素所在行即表示接地故障发生的相别；

若馈线突变逻辑阵ALM中的第f(f＝1,2,3)行元素非零，则将所有非零元素提取，构成突变电流逻辑表ACL，具体描述为：

ACL＝[cl₁,cl₂,…,cl_e,…,cl_g]

其中，cl_e为ALM第f行中第e个逻辑值为1的元素代表的设备编号，e＝1,2,3,…,g，g为ALM第f行中非零元素总数；

根据设备父子关系由父到子的顺序对ACL进行重新排序，得到突变电流逻辑顺序表ACSL，具体描述如下：

ACSL＝[cs₁,cs₂,…,cs_w,…,cs_g]

其中，cs_w为设备编号，w＝1,2,3,…,g，cs_w-1是设备cs_w的父节点设备编号，cs_w+1是设备cs_w的子节点设备编号；

综合上述分析，接地故障发生在突变电流逻辑顺序表ACSL最后一个元素cs_g为父节点的最小故障判定区间内。