CN107037322B - 基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法，该方法包括：首先根据配电网拓扑生成馈线供电路径开关顺序表；然后根据馈线供电路径开关顺序表和配电网实时数据生成供电路径实时电流阵；其次根据馈线供电路径开关顺序表和配电网历史数据生成供电路径历史电流阵；再次根据供电路径实时电流阵和供电路径历史电流阵生成供电路径突变电流阵；并根据供电路径突变电流阵和馈线对地电容电流阈值生成供电路径突变电流逻辑阵；最后根据供电路径突变电流逻辑阵的最大供电路径值实现小电流接地故障定位。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

基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法

技术领域

本发明涉及变电站小电流接地故障定位领域，具体来说是一种基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法。

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，给出一种基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法。

用于实现上述目的的技术方案如下：

一种基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法，该方法包括如下步骤：

(1)首先，根据配电网拓扑生成馈线供电路径开关顺序表；

(2)其次，根据馈线供电路径开关顺序表和配电网实时数据生成供电路径实时电流阵；

(3)然后，根据馈线供电路径开关顺序表和配电网历史数据生成供电路径历史电流阵；

(4)再次，根据供电路径实时电流阵和供电路径历史电流阵生成供电路径突变电流阵。根据供电路径突变电流阵和馈线对地电容电流阈值生成供电路径突变电流逻辑阵。

(5)最后，根据供电路径突变电流逻辑阵的最大供电路径值实现小电流接地故障定位。

从配电变压器开始，沿着潮流流向的反方向逆推上溯，直到变电站出线开关为止，其所经历的开关定义为一组供电路径开关。各供电路径开关根据电流流向按照电流流经的顺序生成供电路径顺序表。

定义供电路径实时电流阵描述一条配电馈线A、B、C三相的实时运行状态，其中A相供电路径实时电流阵RCM_A描述如下：

其中，i＝1,2,…,n，n为馈线供电路径数，也就是配电变压器数；j＝1,2,…,m，m为最大供电路径包含的开关数；ra_ij为第i个供电路径中第j个开关的实时电流值，若该开关不存在，用-1表示。用RCM_B、RCM_C描述B、C两相的供电路径实时电流阵，具体方法与RCM_A类似，不再赘述。

定义供电路径历史电流阵描述一条配电馈线A、B、C三相某个历史时刻的运行状态，其中A相供电路径历史电流阵HCM_A描述如下：

ha_ij为第i个供电路径中第j个开关的某历史时刻电流值，若该开关不存在，用-1表示。该历史时刻可根据终端类型设定。若是FTU/DTU等采样间隔短的高精度实时采集装置，历史时刻可以设定为当前时刻前2～5分钟；若是故障指示器等采样间隔时间较长的采集装置，历史时刻可以设定为当前时刻前5～10分钟；若采集装置是FTU、DTU、故障指示器混合配置，则历史时刻可以设定为当前时刻前5～10分钟，以确保所有数据都上送DMS主站。用HCM_B、HCM_C描述B、C两相的供电路径历史电流阵，具体方法与HCM_A类似，不再赘述。

当接地故障发生时，变电站母线将产生零序电压，此时可以用故障发生后的供电路径实时电流阵与故障发生前的供电路径历史电流阵计算故障引起的稳态电流变化，具体描述为：

ACM_A＝RCM_A-HCM_A

其中，ACM_A为A相供电路径突变电流阵，其也是一个n×m矩阵。

为计算方便，用供电路径突变电流逻辑矩阵ACLM_A表述A相电流的突变情况。

其中，la_ij为第i个供电路径中第j个开关的突变电流逻辑值，aa_ij为A相供电路径突变电流阵ACM_A的第i行j列元素，Ma为馈线对地电容电流阈值，其值跟线路类型，线路长度，变电站出线回路数都相关，在工程实际中可以根据每个变电站的实际情况近似取值，并根据运行情况做适当调整。α为阈值系数，取值范围为(0,1)。

若接地故障发生在A相，则供电路径突变电流逻辑矩阵ACLM_A是一个0和1组成的矩阵，其所有供电路径中包含突变电流开关最多的路径即为故障路径，即矩阵中所有行中包含逻辑值1最多的那一行代表的供电路径即为故障路径。具体描述为：

其中，sla_i为第i行的所有元素的和，RF_A为A相接地故障判定结果，其值若为sla_k且不为0，则表示接地故障发生在A相的第k(k＝1,2,…,n)条供电路径的第sla_k个开关与第sla_k+1个开关之间。

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，根据配电网拓扑生成馈线供电路径开关顺序表；

从配电变压器开始，沿着潮流流向的反方向逆推上溯，直到变电站出线开关为止，其所经历的开关定义为一组供电路径开关；各供电路径开关按照电流流经的顺序生成馈线供电路径顺序表。

(2)其次，根据馈线供电路径开关顺序表和配电网实时数据生成供电路径实时电流阵；

定义供电路径实时电流阵描述一条配电馈线A、B、C三相的实时运行状态，其中A相供电路径实时电流阵RCM_A描述如下：

其中，i＝1,2,…,n，n为馈线供电路径数，也就是配电变压器数；j＝1,2,…,m，m为最大供电路径包含的开关数；ra_ij为第i个供电路径中第j个开关的实时电流值，若该开关不存在，用-1表示；用RCM_B、RCM_C描述B、C两相的供电路径实时电流阵，具体方法与RCM_A类似。

(3)然后，根据馈线供电路径开关顺序表和配电网历史数据生成供电路径历史电流阵；

定义供电路径历史电流阵描述一条配电馈线A、B、C三相某个历史时刻的运行状态，其中A相供电路径历史电流阵HCM_A描述如下：

ha_ij为第i个供电路径中第j个开关的某历史时刻电流值，若该开关不存在，用-1表示，该历史时刻可根据终端类型设定；用HCM_B、HCM_C描述B、C两相的供电路径历史电流阵，具体方法与HCM_A类似。

(4)再次，根据供电路径实时电流阵和供电路径历史电流阵生成供电路径突变电流阵；根据供电路径突变电流阵和馈线对地电容电流阈值生成供电路径突变电流逻辑阵。

当接地故障发生时，变电站母线将产生零序电压，供电路径突变电流阵为用故障发生后的供电路径实时电流阵与故障发生前的供电路径历史电流阵计算故障引起的稳态电流变化，具体描述为：

ACM_A＝RCM_A-HCM_A

其中，ACM_A为A相供电路径突变电流阵，为n×m矩阵；

为计算方便，用供电路径突变电流逻辑矩阵ACLM_A表述A相电流的突变情况：

其中，la_ij为第i个供电路径中第j个开关的突变电流逻辑值，aa_ij为A相供电路径突变电流阵ACM_A的第i行j列元素，Ma为馈线对地电容电流阈值，α为阈值系数，取值范围为(0,1)。

(5)最后，根据供电路径突变电流逻辑阵的最大供电路径值实现小电流接地故障定位。

若接地故障发生在A相，则供电路径突变电流逻辑矩阵ACLM_A是一个0和1组成的矩阵，其所有供电路径中包含突变电流开关最多的路径即为故障路径，即矩阵中所有行中包含逻辑值1最多的那一行代表的供电路径即为故障路径；具体描述为：

其中，sla_i为第i行的所有元素的和，RF_A为A相接地故障判定结果，其值若为sla_k且不为0，则表示接地故障发生在A相的第k(k＝1,2,…,n)条供电路径的第sla_k个开关与第sla_k+1个开关之间。

如图1所示，假设在分段开关H、K之间发生了A相永久性接地故障，故事发生后各开关的实时量测数据ra与故障发生前5分钟的历史量测数据haHD如表1所示。

表1故障前后开关量测值

供电路径实时电流阵RCM_A和供电路径历史电流阵HCM_A生成A相供电路径突变电流阵ACM_A为：

取馈线对地电容电流阈值Ma为8，α为0.5。则A相供电路径突变电流逻辑矩阵ACLM_A为：

可知A相接地故障判定结果为：

RF_A＝Max[3,6,5,4,4]＝6

B、C两相的分析过程与之类似，不再赘述。故此，接地故障发生在A相第2条供电路径的第6个开关设备与第7个设备之间。对照表1也就是H开关与K开关之间。

Claims (6)

1.一种基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一、根据配电网拓扑生成馈线供电路径开关顺序表；

步骤二、根据馈线供电路径开关顺序表和配电网实时数据生成供电路径实时电流阵；

步骤三、根据馈线供电路径开关顺序表和配电网历史数据生成供电路径历史电流阵；

步骤四、根据供电路径实时电流阵和供电路径历史电流阵生成供电路径突变电流阵；根据供电路径突变电流阵和馈线对地电容电流阈值生成供电路径突变电流逻辑阵；

步骤五、根据供电路径突变电流逻辑阵的最大供电路径值实现小电流接地故障定位。

2.根据权利要求1所述的基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法，其特征在于：步骤一中，从配电变压器开始，沿着潮流流向的反方向逆推上溯，直到变电站出线开关为止，其所经历的开关定义为一组供电路径开关；各供电路径开关按照电流流经的顺序生成馈线供电路径顺序表。

3.根据权利要求1所述的基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法，其特征在于：步骤二中，定义供电路径实时电流阵描述一条配电馈线A、B、C三相的实时运行状态，其中A相供电路径实时电流阵RCM_A描述如下：

其中，i＝1,2,…,n，n为馈线供电路径数，也就是配电变压器数；j＝1,2,…,m，m为最大供电路径包含的开关数；ra_ij为第i个供电路径中第j个开关的实时电流值，若该开关不存在，用-1表示；用RCM_B、RCM_C描述B、C两相的供电路径实时电流阵，具体方法与RCM_A类似。

4.根据权利要求3所述的基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法，其特征在于：步骤三中，定义供电路径历史电流阵描述一条配电馈线A、B、C三相某个历史时刻的运行状态，其中A相供电路径历史电流阵HCM_A描述如下：

ha_ij为第i个供电路径中第j个开关的某历史时刻电流值，若该开关不存在，用-1表示，该历史时刻可根据终端类型设定；用HCM_B、HCM_C描述B、C两相的供电路径历史电流阵，具体方法与HCM_A类似。

5.根据权利要求4所述的基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法，其特征在于：

步骤四中，当接地故障发生时，变电站母线将产生零序电压，供电路径突变电流阵为用故障发生后的供电路径实时电流阵与故障发生前的供电路径历史电流阵计算故障引起的稳态电流变化，具体描述为：

ACM_A＝RCM_A-HCM_A

其中，ACM_A为A相供电路径突变电流阵，为n×m矩阵；

为计算方便，用供电路径突变电流逻辑矩阵ACLM_A表述A相电流的突变情况：

其中，la_ij为第i个供电路径中第j个开关的突变电流逻辑值，aa_ij为A相供电路径突变电流阵ACM_A的第i行j列元素，Ma为电容电流阈值，α为阈值系数，取值范围为(0,1)。

6.根据权利要求5所述的基于稳态特征的配电网小电流接地故障定位方法，其特征在于：步骤五中，若接地故障发生在A相，则供电路径突变电流逻辑矩阵ACLM_A是一个0和1组成的矩阵，其所有供电路径中包含突变电流开关最多的路径即为故障路径，即矩阵中所有行中包含逻辑值1最多的那一行代表的供电路径即为故障路径；具体描述为：

RF_A＝Max[sla₁,sla₂,…,sla_i,sla_n]

其中，sla_i为第i行的所有元素的和，RF_A为A相接地故障判定结果，其值若为sla_k且不为0，则表示接地故障发生在A相的第k(k＝1,2,…,n)条供电路径的第sla_k个开关与第sla_k+1个开关之间。