CN107064741B - 一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法 - Google Patents

一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力系统配电网单相接地故障检测领域，具体涉及一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，具体步骤包括（1）实时数据采集、（2）接地故障启动判别、（3）选出接地线路、（4）短路故障启动判别、（5）两点接地选线、（6）故障返回判别；当检测到零序电压超过设定值时，启动选线任务，选出单接地故障线路，然后在故障期间循环进行短路故障启动判别，若检测到有零序电流超过短路定值，则判定发生异名相两点接地故障，找到基波幅值最大的两条线路，若其幅值相等且相位相反，则判定为接地线路。本发明有效解决了配电网线路异名相两点相继接地故障选线难题，有利于提高工作效率，减少停电范围，保障系统安全运行，降低人身伤亡。

Description

一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法
技术领域
本发明涉及电力系统配电网单相接地故障检测领域，具体涉及一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法。
背景技术
我国低压配电网大都采用中性点不接地方式或者采用中性点经消弧线圈接地方式，在这类电网发生单相接地故障时，故障相对地电压下降，非故障相对地电压上升。下降或上升的幅值与具体的接地类型有关。对于金属性接地，故障相对地电压会下降到接近于零，同时，非故障相对地电压升至线电压水平。由于非故障相对地电压上升，如果接地时间过长，可能导致这些非故障相的绝缘薄弱处发生对地击穿，形成两点接地的情况。此外，受雷雨、刮风影响，线路间也容易发生两点同时或者相继接地的情况。
发生单相接地故障后，接地选线装置会迅速启动判别，选出接地线路，只发告警信号，等待调度下令跳闸或由运行人员操作处理。根据电力规程要求，等待时间不能超过2小时。在等待期间，如果另一条线路的异名相发生接地，则形成相间接地短路故障，其特征是既存在零序电压，又有很大的短路电流。由于零序电压存在，传统选线装置仍然处于单相接地故障判断逻辑中，无法检测到第二条线路的接地故障。由于存在很大的短路电流，线路保护装置能够检测到相间接地短路故障，并且在过流保护延时到后直接动作跳闸。但是，发生接地的两条线路，由于参数、负载不同，其过流保护的过流定值、延时定值设置也不同，线路保护装置发出跳闸令的时间也会有先后，这就会出现如下情况：第一条线路被线路保护装置跳闸切除后，两点接地短路故障变成单相接地故障，大短路电流消失，变成小电流，另一条线路的过流保护由于不满足过流定值动作条件而立即返回，此时，系统恢复到单相接地故障状态，剩下一条线路等待处理。对于剩下的这条线路，如果是第一条接地的线路，那么运行人员仍然可以通过选线装置的告警信息去排查线路并切除；如果是第二条接地的线路，那么选线装置和线路保护装置都没有选出该线路，导致剩下一条接地线路没有办法检测，只能采用传统人工拉路选线方法进行排除，这样一来，时间长，效率低，而且容易造成二次事故和人身伤亡。
发明内容
针对现有选线装置只能解决线路单相接地，不能解决线路异名相两点相继接地问题，本发明提出了一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，在线路单相接地期间，若发生其它线路异名相两点相继接地，本发明可以准确找出该接地线路。
在配电网发生线路单相接地故障期间，若再发生其它线路异名相两点相继接地，发生接地的两条线路会流过大短路电流，这两条线路上的短路电流大小相等，方向相反；当其中一条线路被线路保护跳闸后，系统零序电压仍然存在，接地线路将流过系统电容电流，其值为其它线路电容电流之和。根据上述电气特征量变化情况，本发明提出了一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，具体技术方案如下：
一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法包括以下步骤：
（1）实时数据采集：采集母线零序电压和各条线路零序电流；
（2）接地故障启动判别：实时检测零序电压突变量或者零序电压幅值，故障启动的判据为：检测零序电压突变量是否达到了零序电压突变量定值门槛或者检测零序电压幅值是否达到了零序电压幅值定值门槛，若检测到的零序电压突变量达到了零序电压突变量定值门槛，或检测到的零序电压幅值达到了零序电压幅值定值门槛，则判定有接地故障发生；即：
①零序电压突变量启动判据：
Δu(k)=[u(k)-u(k-N)]-[u(k-N)-u(k-2N)]； （1）
Δu(k)>uset； （2）
其中，k为采样点编号，N为每周波采样点数，Δu(k)为零序电压突变量，u(k)为采样点k的电压瞬时值，u(k-N)为第k-N点时的电压瞬时值，对应u(k)的1周波前的电压瞬时值，u(k-2N)为第k-2N点时的电压瞬时值，对应u(k)的2周波前的电压瞬时值，uset为零序电压突变量定值门槛；
②零序电压幅值启动判据：
U0>Uset； （3）
其中，U0为零序电压幅值，Uset为零序电压幅值定值门槛；
（3）选出接地线路：包括以下步骤：
①在数据窗范围内比较步骤（1）中各条线路零序电流采样值，找到各条线路零序电流采样值中的最大值并记录其发生时刻T,以T时刻为中心取一周波数据；
②计算各条线路零序电流基频分量及暂态高频分量,记零序电流幅值为Val(i)(j)，相位为Phas(i)(j),其中i表示线路号，i=1,2,...,n；j表示频率次数；
③比较各条线路各个频率下的零序电流幅值Val(i)(j)，找到各条线路各个频率下的的零序电流幅值Val(i)(j)中的最大值Max{Val(i)(j)}，对应的j值即为该条线路的特征频率fs，各条线路特征频率下的零序电流分量即为特征分量，记各条线路的特征分量幅值为Val(i)(fs)，相位为Phas(i)(fs)；
④将各条线路的特征分量幅值Val(i)(fs)按从大到小排序，并以首线路L1特征分量的相位值Phas(1)(fs)为参考，计算其它各条线路的特征分量的相位与首线路L1的的特征分量的相位的相位差，记为PH(i)，即PH(i)=Phas(i)(fs)-Phas(1)(fs)； （4）
若，则判定对应的第i条线路与首线路L1同相，记该条线路的F(i)=1；若，则判定对应的第i条线路与首线路L1反相，记该条线路的F(i)=-1；
⑤在步骤④所得的F(i)中，如果有且仅有一条线路的F(i)值与其它线路不同，记该条线路为Lx，且线路Lx对应的特征分量Val(x)(fs)满足：
； （5）
则判定线路Lx为接地线路，本次故障为单点接地故障；
上式中m为整定值， i=1,2,...,n；；
（4）短路故障启动判别：步骤（3）选出接地线路后，启动短路故障判别，首先在所有线路中找到零序电流基波幅值最大值I0max，然后与零序电流启动定值I0set进行比较，若满足， （6）
则判断定发生短路电流故障，进行两点接地判别；若条件不满足，则启动步骤（3），利用新采样数据窗继续进行接地线路判别；
（5）两点接地选线：短路故障启动后，在各线路基波电流的幅值Val(i)(1)中找到幅值最大的两条线路，假设为Lx、Ly，若这两条线路基波幅值相等，且相位相反，则判定这两条线路为接地线路，公式如下：
； （7）
，或； （8）
其中k1、k2为可靠系数；
当检测到， （9）
表明短路故障消失，变成线路单相接地故障；比较Lx的基波电流幅值Val(x)(1)和Ly的基波电流幅值Val(y)(1)，取Val(x)(1)和Val(y)(1)中的较大值，其对应线路即为当前接地的线路；
（6）故障返回判别：在单相接地期间，若检测到零序电压低于设定值，则认为故障消失，故障返回，为下一次故障做准备。
进一步，所述步骤（1）中的实时数据采集的采样频率不低于25.6kHz。
进一步，所述步骤（2）中对步骤（1）采集到的母线零序电压数据进行傅里叶计算，得到零序电压幅值。
进一步，所述步骤（2）中只要满足零序电压突变量启动和零序电压幅值启动中任意一个启动条件，就判定配电网发生了单相接地故障。
进一步，所述步骤（3）中特征分量提取所用的数据窗选择方法是步骤（1）中各条线路零序电流采样值中的最大值所发生的对应时刻T为中心取一周波数据；特征频率选择方法是对该数据窗进行傅里叶计算，得到该条线路每个频率点的零序电流幅值Val(i)(j)和相位Phas(i)(j)；找到该条线路每个频率点的零序电流幅值Val(i)(j)中的最大幅值Max{Val(i)(j)}，其对应的频率j即为特征频率fs。
进一步，所述步骤（3）中j的取值为j=1,2,...,60。
进一步，所述步骤（3）中m的取值范围为0.7~0.9。
进一步，所述步骤（4）中对步骤（1）采集到的各条线路零序电流数据实时的进行傅里叶计算，得到各条线路的基波电流。
进一步，所述步骤（5）中对步骤（1）采集到的各条线路的零序电流数据实时地进行傅里叶计算，得到各条线路的基波电流，在所有线路的基波电流中找到幅值最大的两条线路。
进一步，所述步骤（5）中k1的取值范围为0.7~0.9，k2的取值范围为1.1~1.3。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，针对单相接地期间发生其它线路异名相接地情况提出有效解决方案，弥补了传统选线装置只能进行单点接地选线，不能进行二次选线问题，有助于帮助运行人员快速排除线路相继接地故障，提高工作效率，减少停电范围，保障系统安全运行，降低人身伤亡。
附图说明
图1为本发明一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法的流程示意图；
图2为本发明一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法的详细流程图；
图3为本发明中异名相两点接地故障示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法包括以下步骤：
（1）实时数据采集：采集母线零序电压和各条线路零序电流；实时数据采集的采样频率不低于25.6kHz；
（2）接地故障启动判别：实时检测零序电压突变量或者零序电压幅值，对步骤（1）采集到的母线零序电压数据进行傅里叶计算，得到零序电压幅值U0；故障启动的判据为：检测零序电压突变量是否达到了零序电压突变量定值门槛或者检测零序电压幅值是否达到了零序电压幅值定值门槛，若检测到的零序电压突变量达到了零序电压突变量定值门槛，或检测到的零序电压幅值达到了零序电压幅值定值门槛，则判定有接地故障发生；即：
①零序电压突变量启动判据：
Δu(k)=[u(k)-u(k-N)]-[u(k-N)-u(k-2N)]；（1）
Δu(k)>uset；（2）
其中，k为采样点编号，N为每周波采样点数，Δu(k)为零序电压突变量，u(k)为采样点k的电压瞬时值，u(k-N)为第k-N点时的电压瞬时值，对应u(k)的1周波前的电压瞬时值，u(k-2N)为第k-2N点时的电压瞬时值，对应u(k)的2周波前的电压瞬时值，uset为零序电压突变量定值门槛；
②零序电压幅值启动判据：
U0>Uset；（3）
其中，U0为零序电压幅值，Uset为零序电压幅值定值门槛；只要满足零序电压突变量启动和零序电压幅值启动中任意一个启动条件，就判定配电网发生了单相接地故障。
（3）选出接地线路：包括以下步骤：
①在数据窗范围内比较步骤（1）中各条线路零序电流采样值，找到各条线路零序电流采样值中的最大值并记录其发生时刻T,以T时刻为中心取一周波数据；
②对该数据窗进行傅里叶计算，计算各条线路零序电流基频分量及暂态高频分量,记零序电流幅值为Val(i)(j)，相位为Phas(i)(j),其中i表示线路号，i=1,2,...,n；j表示频率次数，j的取值为j=1,2,...,60；
③比较各条线路的零序电流幅值Val(i)(j)，找到该条线路每个频率点的零序电流幅值Val(i)(j)中的最大幅值Max{Val(i)(j)}，中的最大值Max{Val(i)(j)}，对应的j值即为特征频率fs，各条线路特征频率下的零序电流分量即为特征分量，记各条线路的特征分量幅值为Val(i)(fs)，相位为Phas(i)(fs)；
④将各条线路的特征分量幅值Val(i)(fs)按从大到小排序，并以首线路L1特征分量的相位值Phas(1)(fs)为参考，计算其它各条线路的特征分量的相位与首线路L1的的特征分量的相位的相位差，记为PH(i)，即PH(i)=Phas(i)(fs)-Phas(1)(fs)；（4）
若，则判定对应的第i条线路与首线路L1同相，记该条线路的F(i)=1；若，则判定对应的第i条线路与首线路L1反相，记该条线路的F(i)=-1；
⑤在步骤④所得的F(i)中，如果有且仅有一条线路的F(i)值与其它线路不同，记该条线路为Lx，且线路Lx对应的特征分量Val(x)(fs)满足：
； （5）
则判定线路Lx为接地线路，本次故障为单点接地故障；
上式中m为整定值，m的取值范围为0.7~0.9，i=1,2,...,n；；
（4）短路故障启动判别：步骤（3）选出接地线路后，启动短路故障判别，首先对步骤（1）采集到的各条线路零序电流数据实时的进行傅里叶计算，得到各条线路的基波电流，在所有线路中找到零序电流基波幅值最大值I0max，然后与零序电流启动定值I0set进行比较，若满足， （6）
则判断定发生短路电流故障，进行两点接地判别；若条件不满足，则启动步骤（3），利用新采样数据窗继续进行接地线路判别；
（5）两点接地选线：短路故障启动后，对步骤（1）采集到的各条线路的零序电流数据实时地进行傅里叶计算，得到各条线路的基波电流，在各条线路基波电流的幅值Val(i)(1)中找到幅值最大的两条线路，假设为Lx、Ly，若这两条线路基波幅值相等，且相位相反，则判定这两条线路为接地线路，公式如下：
； （7）
，或； （8）
其中k1、k2为可靠系数，k1取0.8，k2取1.2；
当检测到， （9）
表明短路故障消失，变成线路单相接地故障；比较Lx的基波电流幅值Val(x)(1)和Ly的基波电流幅值Val(y)(1)，取Val(x)(1)和Val(y)(1)中的较大值，其对应线路即为当前接地的线路；
（6）故障返回判别：在单相接地期间，若检测到零序电压低于设定值0.8*U0set,0.8为返回系数，则认为故障消失，故障返回，为下一次故障做准备。
图3为异名相两点接地故障示意图。其中d1、d2为接地点，分别位于线路4的B相和线路n的A相。发生异名相两点接地故障后，短路电流在线路4和线路n之间流经大地构成环路。流经线路4和线路n的短路电流大小相等，方向相反。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）实时数据采集：采集母线零序电压和各条线路零序电流；
（2）接地故障启动判别：实时检测零序电压突变量和零序电压幅值，故障启动的判据为：检测零序电压突变量是否达到了零序电压突变量定值门槛或者检测零序电压幅值是否达到了零序电压幅值定值门槛，若检测到的零序电压突变量达到了零序电压突变量定值门槛，或检测到的零序电压幅值达到了零序电压幅值定值门槛，则判定有接地故障发生；即：
①零序电压突变量启动判据：
Δu(k)=[u(k)-u(k-N)]-[u(k-N)-u(k-2N)]； （1）
Δu(k)>uset； （2）
其中，k为采样点编号，N为每周波采样点数，Δu(k)为零序电压突变量，u(k)为采样点k的电压瞬时值，u(k-N)为第k-N点时的电压瞬时值，对应u(k)的1周波前的电压瞬时值，u(k-2N)为第k-2N点时的电压瞬时值，对应u(k)的2周波前的电压瞬时值，uset为零序电压突变量定值门槛；
②零序电压幅值启动判据：
U0>Uset； （3）
其中，U0为零序电压幅值，Uset为零序电压幅值定值门槛；
（3）选出接地线路：包括以下步骤：
①在数据窗范围内比较步骤（1）中各条线路零序电流采样值，找到各条线路零序电流采样值中的最大值并记录其发生时刻T,以T时刻为中心取一周波数据；
②计算各条线路零序电流基频分量及暂态高频分量,记零序电流幅值为Val(i)(j)，相位为Phas(i)(j),其中i表示线路号，i=1,2,...,n；j表示频率次数；
③比较各条线路的零序电流幅值Val(i)(j)，找到各条线路的零序电流幅值Val(i)(j)中的最大值Max{Val(i)(j)}，对应的j值即为特征频率fs，各条线路特征频率下的零序电流分量即为特征分量，记各条线路的特征分量幅值为Val(i)(fs)，相位为Phas(i)(fs)；
④将各条线路的特征分量幅值Val(i)(fs)按从大到小排序，并以首线路L1特征分量的相位值Phas(1)(fs)为参考，计算其它各条线路的特征分量的相位与首线路L1的的特征分量的相位的相位差，记为PH(i)，即
PH(i)=Phas(i)(fs)-Phas(1)(fs)； （4）
若，则判定对应的第i条线路与首线路L1同相，记该条线路的F(i)=1；若，则判定对应的第i条线路与首线路L1反相，记该条线路的F(i)=-1；
⑤在步骤④所得的F(i)中，如果有且仅有一条线路的F(i)值与其它线路不同，记该条线路为Lx，且线路Lx对应的特征分量Val(x)(fs)满足：
； （5）
则判定线路Lx为接地线路，本次故障为单点接地故障；
上式中m为整定值， i=1,2,...,n；；
（4）短路故障启动判别：步骤（3）选出接地线路后，启动短路故障判别，首先在所有线路中找到零序电流基波幅值最大值I0max，然后与零序电流启动定值I0set进行比较，若满足
， （6）
则判断定发生短路电流故障，进行两点接地判别；若条件不满足，则启动步骤（3），利用新采样数据窗继续进行接地线路判别；
（5）两点接地选线：短路故障启动后，在各线路基波电流的幅值Val(i)(1)中找到幅值最大的两条线路，假设为Lx、Ly，若这两条线路基波幅值相等，且相位相反，则判定这两条线路为接地线路，公式如下：
； （7）
，或； （8）
其中k1、k2为可靠系数；
当检测到， （9）
表明短路故障消失，变成线路单相接地故障；比较Lx的基波电流幅值Val(x)(1)和Ly的基波电流幅值Val(y)(1)，取Val(x)(1)和Val(y)(1)中的较大值，其对应线路即为当前接地的线路；
（6）故障返回判别：在单相接地期间，若检测到零序电压低于设定值，则认为故障消失，故障返回，为下一次故障做准备。
2.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（1）中的实时数据采集的采样频率不低于25.6kHz。
3.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（2）中对步骤（1）采集到的母线零序电压数据进行傅里叶计算，得到零序电压幅值。
4.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（2）中只要满足零序电压突变量启动和零序电压幅值启动中任意一个启动条件，就判定配电网发生了单相接地故障。
5.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（3）中特征分量提取所用的数据窗选择方法是步骤（1）中各条线路零序电流采样值中的最大值所发生的对应时刻T为中心取一周波数据；特征频率选择方法是对该数据窗进行傅里叶计算，得到该条线路每个频率点的零序电流幅值Val(i)(j)和相位Phas(i)(j)；找到该条线路每个频率点的零序电流幅值Val(i)(j)中的最大幅值Max{Val(i)(j)}，其对应的频率j即为特征频率fs。
6.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（3）中j的取值为j=1,2,...,60。
7.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（3）中m的取值范围为0.7~0.9。
8.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（4）中对步骤（1）采集到的各条线路零序电流数据实时的进行傅里叶计算，得到各条线路的基波电流。
9.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（5）中对步骤（1）采集到的各条线路的零序电流数据实时地进行傅里叶计算，得到各条线路的基波电流，在所有线路的基波电流中找到幅值最大的两条线路。
10.根据权利要求1所述的一种配电网线路异名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：所述步骤（5）中k1的取值范围为0.7~0.9，k2取1.1~1.3。
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