CN107085165B - 一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法 - Google Patents

一种配电网线路同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技术领域，具体涉及一种配电网线路同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）故障启动判别、（3）特征分量提取、（4）特征分量分析处理、（5）单点接地判别、（6）两点接地判别；在故障启动后，通过提取和分析各线路零序电流特征分量，按特征分量幅值大小进行排序，然后比较各线路特征频率下特征分量的相位关系，找到接地线路。本发明有效解决了配电网线路同名相两点接地故障选线难题，有利于提高工作效率，减少停电范围，保障配电网系统安全运行，降低人身伤亡。

Description

一种配电网线路同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技术领域，具体涉及一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法。
背景技术
我国低压配电网有相当大部分采用中性点不接地方式，这类电网在发生单相接地故障后，由于不产生短路电流，且线电压是对称的，仍可向负荷正常供电，不必立即切除发生单相接地的供电线路，按规程要求允许继续运行1~2小时。但发生单相接地后非故障相的对地电压升高为线电压，对系统绝缘带来隐患和威胁，如不及时处理可能造成绝缘薄弱击穿，发展成为两相或三相短路故障，因此需要快速选出接地线路，找到接地点并排除故障，保障电网安全和减少人身伤害。
发生单相接地故障后，各正常线路电容电流从母线流向线路，并从接地点流经接地线路流回母线，理论上，接地线路零序电流等于所有线路电容电流之和，幅值最大，且相位相反。根据这一特征，人们研制了各种选线装置，选线准确率和可靠性近年来不断得到提升。
在实际运行中，发生单相接地后，先由选线装置选出接地线路，并通知相关运行人员进行倒负荷和排查，在这期间有可能会发生其它平行线路异名相或同名相两点接地。如果是异名相接地，则构成大电流短路故障，由继电保护装置动作跳闸；但如果发生另一条平行线路同名相接地，构成同名相两点相继接地，目前选线装置没有办法检测第二条接地线路。如果发生此类故障，只能采取人工拉路方式排查，时间长，效率低，影响居民和工厂用电，并且故障期间容易造成设备绝缘击穿损坏和人员触电伤亡。
发明内容
研究发现，配电网系统发生线路一点接地后，在继续运行期间其它线路若发生同名相另一点接地，系统电气量特征会相应发生变化，表现为：电容电流从正常线路母线流经线路流入大地，从两个接地点流经接地线路流向母线，电气量满足基尔霍夫定律，即流入等于流出。根据这一特征，本发明提供了一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法，具体技术方案如下：
一种配电网线路同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）故障启动判别：实时检测零序电压突变量或者零序电压，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的电压幅值，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）特征分量提取：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，并以T时刻为中心取一周波数据，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表示线路编号，i=1,2,...,n；j表示频率次数；比较各条线路零序电流幅值Val(i)(j)，找到其中的最大值Max{Val(i)(j)}，对应的j值即为特征频率fs，各条线路的零序电流在特征频率fs下的分量即为特征分量，记特征分量幅值为Val(i)(fs)，特征分量相位值为Phas(i)(fs)；
（4）特征分量分析处理：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）单点接地判别：在步骤（4）中所得的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，且其对应的特征分量幅值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；；
（6）两点接地判别：在步骤（4）中所得的F(i)中，如果有且仅有2条线路的F(i)值与其它线路不同，记该两条线路分别为Lx、Ly，且其对应的特征分量幅值Val(x)(fs)、Val(y)(fs)满足
；（6）
则判定线路Lx和线路Ly为接地线路，本次故障为同相两点接地故障；
上式中m为整定值，i=1,2,...,n；；
（7）如果步骤（5）、步骤（6）均不满足条件，则从步骤（3）开始重复计算。
进一步，步骤（1）中的实时采样速率不低于25.6kHz。
进一步，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，并记录下故障启动点。
进一步，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)；找到零序电流的最大幅值Max{Val(i)(j)}，其对应的频率j即为特征频率fs。。
进一步，步骤（3）中j的取值为j=1,2,...,60。
进一步，步骤（5）或者步骤（6）中m的取值范围为0.7~0.9。
本发明提出的一种配电网线路同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第二点接地的情况提出了有效的解决方案，解决了传统的选线装置只能进行单点接地选线的问题，有助于帮助运维人员快速排除单相相继接地故障，有利于提高工作效率，减少停电范围，保障配电网系统安全运行，降低人身伤亡。
附图说明
图1是本发明一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法流程示意图；
图2是本发明一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法具体流程图
图3是本发明中单点接地故障示意图；
图4是本发明中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及图2所示，本发明一种配电网线路同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；实时采样速率不低于25.6kHz，以保证不失真地捕捉接地瞬间零序电流暂态信号；
（2）故障启动判别：实时检测零序电压突变量或者零序电压，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的电压幅值，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；
只要满足公式（2）零序电压突变量启动和公式（3）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，并记录下故障启动点；
（3）特征分量提取：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，并以T时刻为中心取一周波数据，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（60以内高频可满足要求）；比较各条线路零序电流幅值Val(i)(j)，找到其中的最大值Max{Val(i)(j)}，对应的j值即为特征频率fs，各条线路的零序电流在特征频率fs下的分量即为特征分量，记特征分量幅值为Val(i)(fs)，特征分量相位值为Phas(i)(fs)；
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)；找到零序电流的最大幅值Max{Val(i)(j)}，其对应的频率j即为特征频率fs；
（4）特征分量分析处理：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）单点接地判别：在步骤（4）中所得的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，且其对应的特征分量幅值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；；
（6）两点接地判别：在步骤（4）中所得的F(i)中，如果有且仅有2条线路的F(i)值与其它线路不同，记该两条线路分别为Lx、Ly，且其对应的特征分量幅值Val(x)(fs)、Val(y)(fs)满足
；（6）
则判定线路Lx和线路Ly为接地线路，本次故障为同相两点接地故障；
上式中m为整定值，m的取值范围为0.7~0.9，i=1,2,...,n；；
（7）如果步骤（5）、步骤（6）均不满足条件，则从步骤（3）开始重复计算。
图3为单点接地故障示意图。其中d1为接地点，位于线路4的A相。发生单接地故障后，正常线路零序电流从母线流经线路流入大地,并从接地点d1流入接地线路。接地点d1的零序电流等于其它线路零序电流之和。
图4为两点接地故障示意图。其中d1、d2为接地点，位于线路4和线路n的A相。发生单相接地故障后，正常线路零序电流从母线流经线路流入大地，并从接地点d1、d2流入接地线路。d1、d2点流入的零序电流之和等于其它线路零序电流之和。
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 (6)

1.一种配电网线路同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）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）特征分量提取：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，并以T时刻为中心取一周波数据，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表示线路编号，i=1,2,...,n；j表示频率次数；比较各条线路零序电流幅值Val(i)(j)，找到其中的最大值Max{Val(i)(j)}，对应的j值即为特征频率fs，各条线路的零序电流在特征频率fs下的分量即为特征分量，记特征分量幅值为Val(i)(fs)，特征分量相位值为Phas(i)(fs)；
（4）特征分量分析处理：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）单点接地判别：在步骤（4）中所得的F(i)值中，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，且其对应的特征分量幅值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；；
（6）两点接地判别：在步骤（4）中所得的F(i)中，如果有且仅有2条线路的F(i)值与其它线路不同，记该两条线路分别为Lx、Ly，且其对应的特征分量幅值Val(x)(fs)、Val(y)(fs)满足
；（6）
则判定线路Lx和线路Ly为接地线路，本次故障为同相两点接地故障；
上式中m为整定值，i=1,2,...,n；；
（7）如果步骤（5）、步骤（6）均不满足条件，则从步骤（3）开始重复计算。
2.根据权利要求1所述的一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：步骤（1）中的实时采样速率不低于25.6kHz。
3.根据权利要求1所述的一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：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，并记录下故障启动点。
4.根据权利要求1所述的一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：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)；找到零序电流的最大幅值Max{Val(i)(j)}，其对应的频率j即为特征频率fs。
5.根据权利要求1所述的一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：步骤（3）中j的取值为j=1,2,...,60。
6.根据权利要求1所述的一种配电网线路同名相两点相继接地故障选线方法，其特征在于：步骤（5）或者步骤（6）中m的取值范围为0.7~0.9。
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