CN107505539A - 一种配网弧光接地故障辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电力故障识别技术领域,具体涉及一种配网弧光接地故障辨识方法。传统配电网通常是通过经消弧线圈或小电阻接地的运行方式来弱化弧光过电压危害,但并无针对弧光接地故障进一步处理。本申请提供一种配网弧光接地故障辨识方法,包括获取故障的故障相电压及零序电流波形数据,判断故障发生时刻;计算故障发生后故障相电压及电流奇异积特征序列T;统计故障发生时预设时间段内奇异积特征序列T突变次数,判别故障类型。通过故障发生前的波形数据对线路正常运行的电流、电压数值进行计算;对故障发生后的出现电弧放电过程中的电压、零序电流进行分析处理,提取奇异积特征序列描述故障过程的电弧放电现象,统计其发生频率,实现对故障类型的辨识。
Description
技术领域
本申请涉及电力故障识别技术领域,具体涉及一种配网弧光接地故障辨识方法。
背景技术
我国中低压配网以架空线为主,线路的结构复杂,分支众多,易发生故障。据统计,电力系统在运行过程中,由配网故障造成的停电事故约占总停电事故的95%以上,其中70%的事故由单相接地故障或母线故障引发。其中弧光接地一直是配网中的常见故障,持续发展性的弧光接地会导致弧光过电压,是电力电网安全运行的严重隐患。
传统配电网通常是通过经消弧线圈或小电阻接地的运行方式来弱化弧光过电压危害,但并无针对弧光接地故障进一步处理。消弧线圈接地虽然在一定程度上起到了保护作用,但也存在着一定缺陷,实际经验表明其在很多情况下仍然存在着灭弧性能不佳等诸多问题,已经越来越难以满足用户的要求。因而对电网弧光接地故障进行辨识,能在针对弧光故障高发区域进行线路维护和操作,能够提供给配电网安全维护和运行更加丰富的信息,对提高电网安全运行可靠性具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统配电网通常是通过经消弧线圈或小电阻接地的运行方式来弱化弧光过电压危害,但并无针对弧光接地故障进一步处理。消弧线圈接地虽然在一定程度上起到了保护作用,但也存在着一定缺陷,实际经验表明其在很多情况下仍然存在着灭弧性能不佳等诸多问题,已经越来越难以满足用户的要求的问题。
为此,本发明实施例提供了如下技术方案:一种配网弧光接地故障辨识方法,所述方法包括以下步骤:
S1:获取故障的故障相电压及零序电流波形数据,判断故障发生时刻;
S2:计算故障发生后故障相电压及电流奇异积特征序列T;
S3:统计故障发生时预设时间段内奇异积特征序列T突变次数,判别故障类型。
可选地,所述S3中故障类型判别包括以下步骤:
计算奇异积特征序列T中的突变值判定阈值thr;
计算脉冲尖峰个数,统计奇异积特征序列T中突变个数。
可选地,所述S3中故障类型判别包括以下步骤:
计算奇异积特征序列T中的突变值判定阈值thr;
计算故障后的首个周波后预设时间段内奇异积特征序列T突变值数量,与设定阈值Kthr进行比较,判定故障类型。
可选地,所述S1中故障相电压及零序电流波形数据通过配网电力系统同步相量测量装置进行采集。
可选地,所述S2中故障相电压及电流奇异积特征序列T的计算包括当线路电荷不断积累,电压上升击穿空气形成弧光放电通道,零序电流表现为冲击电流,故障相电压表现为迅速下降过程,构建奇异积特征序列,即计算故障相电压及电流奇异积特征序列T,公式如下:
其中,T是奇异积特征序列,Δu是故障相电压一次差分时间序列;Δi是零序电流一次差分序列,k是常数;U和I是线路的额定电压与额定电流。
可选地,所述阈值thr计算包括当检测时间段中序列值突变超过上一时间段奇异积特征序列总和的10倍,则记为一次突变,公式如下:
其中,thri是当前时间段检测阈值;wi-1是奇异积特征序列T上一突变值回到正常范围后的一个周波长度时间段;k=10。
可选地,所述计算脉冲尖峰个数包括:每次放电过程持续时间长度约1ms,按照1ms时间段计算每相邻两点之间的上升或下降幅值,当上升或下降幅值超过设定阈值时候计算一次脉冲尖峰个数。公式如下:
其中,thr是设定阈值。奇异积特征序列两次突变值之间最小时间长度为2ms,即满足|τi-τi-1|>=2ms。
可选地,所述故障类型判别包括将故障后的首个周波后预设时间段内奇异积特征序列T突变值数量与设定阈值Kthr进行比较,若T〉Kthr,则为弧光接地故障,公式如下
其中,是第i个周波出现的奇异积特征序列突变值数量,按故障后的第一个周波后N=10个周波长度的时间段进行奇异积特征序列突变值数量计算。
本发明实施例提供的技术方案包括以下有益效果:本申请通过根据对电力系统同步相量测量装置的优化布点实现对整个配电网的监测,本申请涉及的故障辨识方法建立在已知故障发生的基础上。根据电力系统同步相量测量装置采集到的故障波形数据判断故障发生时刻,并提取出故障发生前后几个周波的故障波形。对故障发生后的出现电弧放电过程中的电压、零序电流进行分析处理,提取奇异积特征序列描述故障过程的电弧放电现象,统计其发生的频率,实现对故障类型的辨识。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中故障真值试验线路示意图;
图2为本发明实施例中中性点经消弧线圈接地配网系统弧光接地试验实录波形示意图;
图3为本发明实施例中弧光接地故障相电压及零序电流奇异性特征示意图。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
本申请公开了一种基于相电压及电流奇异性的配网弧光接地故障辨识方法,针对于单相弧光接地故障。针对电弧放电过程中故障相电压以及零序电流发生同步规律性奇异畸变特征,提出特征识别算法,统计故障零序电流在电弧放电过程中出现的特定尖峰脉冲放电形式的频率,最终实现对弧光接地故障的识别。该方法适用于中性点经消弧线圈接地配电网。
在三相三线电路中,三相电流的相量和等于零,即Ia+Ib+Ic=0。如果在三相三线中接入一个电流互感器,这时感应电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时,回路中有漏电电流流过,这时穿过互感器的三相电流相量和不等零,其相量和为:Ia+Ib+Ic=I(漏电电流,即零序电流)。这样互感器二次线圈中就有一个感应电流,此电压加于检测部分的电子放大电路,与保护区装置预定动作电流值相比较,若大于动作电流,则使灵敏继电器动作,作用于执行元件跳闸。这里所接的互感器称为零序电流互感器,三相电流的相量和不等于零,所产生的电流即为零序电流。
弧光接地就是某相电压经过弧光与大地短路,一般出现在高压的无中性点接地系统中。弧光接地故障产生的原因很多,总的情况都是当金属或者其他导体靠近高压线,距离达到了放电距离,然后产生电弧放电,当距离足够小、电弧不能自动熄灭时就产生弧光接地。一般会造成过电压故障,电网是三相的,当某一相突然因弧光接地而电位为零,那么其余两相的对地电压就由线电压升高到相电压,就产生过电压。
下面通过实施例,并结合附图,对本申请的技术方案作进一步具体的说明。
参见图1~3,为本发明实施例提供的一种配网弧光接地故障辨识方法,所述方法包括以下步骤:
S1:获取故障的故障相电压及零序电流波形数据,判断故障发生时刻;
S2:计算故障发生后故障相电压及电流奇异积特征序列T;
S3:统计故障发生时预设时间段内奇异积特征序列T突变次数,即检测电弧放电现象出现次数,判别故障类型。如果在检测时间段内特征序列突变次数超过阈值thr,则该故障为弧光接地故障。
可选地,所述S3中故障类型判别包括以下步骤:
计算奇异积特征序列T中的突变值判定阈值thr;
计算脉冲尖峰个数,统计奇异积特征序列T中突变个数。
可选地,所述S3中故障类型判别包括以下步骤:
计算奇异积特征序列T中的突变值判定阈值thr;
计算故障后的首个周波后预设时间段内奇异积特征序列T突变值数量,与设定阈值Kthr进行比较,判定故障类型。
可选地,所述S1中故障相电压及零序电流波形数据通过配网电力系统同步相量测量装置进行采集。
可选地,所述S2中故障相电压及电流奇异积特征序列T的计算包括当线路电荷不断积累,电压上升击穿空气形成弧光放电通道,零序电流表现为冲击电流,故障相电压表现为迅速下降过程,构建奇异积特征序列,即计算故障相电压及电流奇异积特征序列T,公式如下:
其中,T是奇异积特征序列,Δu是故障相电压一次差分时间序列;Δi是零序电流一次差分序列,k是常数;U和I是线路的额定电压与额定电流。
可选地,所述阈值thr计算包括当检测时间段中序列值突变超过上一时间段奇异积特征序列总和的10倍,则记为一次突变,公式如下:
其中,thri是当前时间段检测阈值;wi-1是奇异积特征序列T上一突变值回到正常范围后的一个周波长度时间段;k=10。
可选地,所述计算脉冲尖峰个数包括:每次放电过程持续时间长度约1ms,按照1ms时间段计算每相邻两点之间的上升或下降幅值,当上升或下降幅值超过设定阈值时候计算一次脉冲尖峰个数。公式如下:
其中,thr是设定阈值。奇异积特征序列两次突变值之间最小时间长度为2ms,即满足|τi-τi-1|>=2ms。
可选地,所述故障类型判别包括将故障后的首个周波后预设时间段内奇异积特征序列T突变值数量与设定阈值Kthr进行比较,若T〉Kthr,则为弧光接地故障,公式如下
其中,是第i个周波出现的奇异积特征序列突变值数量,按故障后的第一个周波后N=10个周波长度的时间段进行奇异积特征序列突变值数量计算。
thr是检测零序电流尖峰的阈值,单位是安培;Kthr是预设时间段内脉冲尖峰的总数,单位是“个”或者“次”。
在10kV配电网线路上进行弧光接地故障真值试验,试验线路如图1所示,试验获得波形如图2所示。本次实验在母线后10KV线路上测试单相接地故障试验。实验线路经母线引出,在设置故障区域中,真培Ⅲ线路末端接负荷。线路中点引出接地点,用来设置接地点故障。接地点前线路测量装置,可以测量三相电压,两相电流和零序电流。真培Ⅲ是图1中一条线路的名称,在这里是试验线路的意思。
试验的采样频率为20kHz。根据本申请设计的故障判别方法,计算从故障后第2个周波到第12个周波长度的的奇异积特征序列T,计算其突变值次数,如表1所示,能够有效计算故障放电次数,对弧光接地故障类型的辨识能力强。
表1算例的结果
故障实际电弧放电次数 | 本方法计算电弧次数 | |
故障试验1 | 13 | 12 |
故障试验2 | 10 | 10 |
故障试验3 | 12 | 12 |
对于上述结果,本申请经过大量仿真实验以及真值试验证明,本文所提出的弧光接地故障辨识方法能够通过快速有效对弧光接地故障进行识别。
本申请通过根据对电力系统同步相量测量装置的优化布点实现对整个配电网的监测,本申请涉及的故障辨识方法建立在已知故障发生的基础上。根据电力系统同步相量测量装置采集到的故障波形数据判断故障发生时刻,并提取出故障发生前后几个周波的故障波形。对故障发生后的出现电弧放电过程中的电压、零序电流进行分析处理,提取奇异积特征序列描述故障过程的电弧放电现象,统计其发生的频率,实现对故障类型的辨识。
以上所述仅是本发明实施例的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (9)
1.一种配网弧光接地故障辨识方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1:获取故障的故障相电压及零序电流波形数据,判断故障发生时刻;
S2:计算故障发生后故障相电压及电流奇异积特征序列T;
S3:统计故障发生时预设时间段内奇异积特征序列T突变次数,判别故障类型。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S3中故障类型判别包括以下步骤:
计算奇异积特征序列T中的突变值判定阈值thr;
计算脉冲尖峰个数,统计奇异积特征序列T中突变个数。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S3中故障类型判别包括以下步骤:
计算奇异积特征序列T中的突变值判定阈值thr;
计算故障后的首个周波后预设时间段内奇异积特征序列T突变值数量,与设定阈值Kthr进行比较,判定故障类型。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S1中故障相电压及零序电流波形数据通过配网电力系统同步相量测量装置进行采集。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S2中故障相电压及电流奇异积特征序列T的计算包括当线路电荷不断积累,电压上升击穿空气形成弧光放电通道,零序电流表现为冲击电流,故障相电压表现为迅速下降过程,构建奇异积特征序列,即计算故障相电压及电流奇异积特征序列T,公式如下:
<mrow>
<mi>T</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>k</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
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<mi>u</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
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<mrow>
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</mrow>
</mfrac>
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<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中,T是奇异积特征序列,Δu是故障相电压一次差分时间序列;Δi是零序电流一次差分序列,k是常数;U和I是线路的额定电压与额定电流。
6.如权利要求2或3中任一项所述的方法,其特征在于,所述阈值thr计算包括当检测时间段中序列值突变超过上一时间段奇异积特征序列总和的10倍,则记为一次突变,公式如下:
<mrow>
<msub>
<mi>thr</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>k</mi>
<munder>
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<mrow>
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</mrow>
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<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中,thri是当前时间段检测阈值;wi-1是奇异积特征序列T上一突变值回到正常范围后的一个周波长度时间段;k=10。
7.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述计算脉冲尖峰个数包括:每次放电过程持续时间长度约1ms,按照1ms时间段计算每相邻两点之间的上升或下降幅值,当上升或下降幅值超过设定阈值时候计算一次脉冲尖峰个数;公式如下:
<mrow>
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<munder>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>a</mi>
<mi>x</mi>
</mrow>
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</mrow>
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<mn>0</mn>
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</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中,thr是设定阈值;奇异积特征序列两次突变值之间最小时间长度为2ms,即满足|τi-τi-1|>=2ms。
8.如权利要求1、2、3、4、5或者7中任一项所述的方法,其特征在于,所述故障类型判别包括将故障后的首个周波后预设时间段内奇异积特征序列T突变值数量与设定阈值Kthr进行比较,若T〉Kthr,则为弧光接地故障,公式如下
<mrow>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msubsup>
<mi>n</mi>
<mi>T</mi>
<mi>i</mi>
</msubsup>
<mo>></mo>
<mo>=</mo>
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<mi>K</mi>
<mrow>
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</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中,是第i个周波出现的奇异积特征序列突变值数量,按故障后的第一个周波后N=10个周波长度的时间段进行奇异积特征序列突变值数量计算。
9.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述故障类型判别包括将故障后的首个周波后预设时间段内奇异积特征序列T突变值数量与设定阈值Kthr进行比较,若T〉Kthr,则为弧光接地故障,公式如下
<mrow>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msubsup>
<mi>n</mi>
<mi>T</mi>
<mi>i</mi>
</msubsup>
<mo>></mo>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mrow>
<mi>t</mi>
<mi>h</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中,是第i个周波出现的奇异积特征序列突变值数量,按故障后的第一个周波后N=10个周波长度的时间段进行奇异积特征序列突变值数量计算。
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