CN107607825A - 一种基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法。通过安装在线路上的终端捕捉到故障后多个周期的零序电流和电压信号。采用FFT算法或谐波小波算法对线路多个周期的零序电信号进行谐波分析。得到零序电流多个频率的幅值和相位，以及零序电压三个频率的相位。计算相应的零序电流变化率g1、g2、g3并计算零序电压与零序电流的相位比值α1、α2、α3。通过多个判据判断线路是否发生接地故障。本发明的有益效果为：采用多种频率电信号进行判断，利用了不同频率对应不同接地方式下系统的特点，避免了一种频率可能出现的误判，达到了准确判断单相接地故障出线的目的。

Description

一种基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法

技术领域

本发明涉及电力系统配电领域，尤其是一种低压配电网单相接地故障选线的方法。

背景技术

目前我国配电网大多数采用中性点非有效接地系统，单相接地故障占到总体故障的80％以上。随着馈线的增多，电容电流增大，长时间运行容易发生单相接地故障变成多点接地短路故障，弧光接地还会引起系统的过电压，损坏设备等问题，进而破坏系统的安全运行。所以及时找到故障线路和故障地点就十分重要。随着配电网网架的加强，分支线路的增多，用传统的巡线方法找出具体故障点非常困难。巡线方法不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电可靠性。尤其是在气候严寒冬季或雨雪天气、路况艰难，巡线方法找故障点的方法劳动强度非常大，难以适应当前生产的需求。

单相接地短路作为发生几率最大的短路故障类型，如何在配电网发生单相接地故障后及时准确地找到故障发生的位置，隔离故障区域并恢复非故障区域的正常供电，是当前配电网单相接地故障研究中的一个重要一个目的。在不同接地方式的低压配电网中发生单相接地故障后，区分故障出线与非故障出线的方法有所不同，传统方法无法全面分析而造成选线困难。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种能够快速的实现故障定位，基于多频率零序电信号的低压配电网单相接地故障选线的方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：

因为非故障线路的零序电流总是超前于电压,而故障线路的零序电流滞后于电压；又因为发生单相接地故障的短时间内，故障线路的零序电流变化率要大于非故障线路的零序电流变化率，所以当系统发生单相接地故障，故障出线的零序电压与零序电流相位之比，以及其零序电流变化率会与非故障线路有所不同，据此可以进行故障选线。

这种基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法，通过安装在线路上不同位置的终端准确捕捉到故障后4个周期的零序电流和电压信号。然后采用FFT(快速傅里叶变换)算法或者谐波小波算法对线路4个周期的零序电信号进行谐波分析。

作为优选，通过计算得到零序电流基波、五次谐波和七次谐波三个频率的幅值和相位，以及零序电压基波、五次谐波和七次谐波三个频率的相位，也可使用其它频率的谐波或间谐波。首先利用零序电流基波、五次和七次谐波在故障后第二个周波的有效值I12、I52、I₇₂，以及第四个周波的有效值I₁₄、I₅₄、I₇₄，分别计算相应的零序电流变化率g₁、g₅、g₇；然后利用零序电压和电流的基波、五次和七次谐波在第四个周波的相位，分别计算零序电压与零序电流相位比值α₁、α₅、α₇。

利用出线发生单相故障时零序电流和电压的突变特征，若线路超过设定数量个谐波结果不符合设定值，则判定该出线发生单相接地故障，该判据具体设定如下：

如果g₁>K₁,则a＝1,否则a＝0；

如果g₅>K₂,则b＝1,否则b＝0；

如果g₇>K₃,则c＝1,否则c＝0；

如果0°<α₁<K₄,则d＝1,否则d＝0；

如果0°<α₅<K₅,则e＝1,否则e＝0；

如果0°<α₇<K₆,则f＝1,否则f＝0；

m＝a+b+c+d+e+f≥n；

式中，g₁、g₅、g₇：基波、五次和七次谐波的零序电流变化率；

α₁、α₅、α₇：基波、五次和七次谐波的零序电压与零序电流相位比值；

K₁、K₂、K₃：基波、五次和七次谐波的零序电流变化率设定值；

K₄、K₅、K₆：基波、五次和七次谐波的零序电压电流相位比值设定值；

a，b，c，d，e，m，n：判断逻辑量。

作为优选，所述零序电流变化率设定值满足2.5<K₁、K₂、K₃<4；所述零序电压电流相位比值设定值满足10°<K₄、K₅、K₆<50°。

作为优选，所述判断逻辑值n＝4或5。

作为优选，本方法采用以下电路结构，包括一个输入端与三相电流I_A,I_B,I_C连接的零序滤过器，另一个输入端与三相电压U_A,U_B,U_C连接的零序滤过器；零序滤过器的输出端分别与FFT分析单元或谐波小波分析单元连接；零序电流经过FFT分析单元计算得到故障后第二个周波的有效值I₁₂、I₅₂、I₇₂，与故障后第四个周波的有效值I₁₄、I₅₄、I₇₄两部分，以及基波、五次谐波和七次谐波的相角值；零序电压经过FFT分析单元计算得到基波、五次谐波和七次谐波的相角值；I₁₂、I₅₂、I₇₂与I₁₄、I₅₄、I₇₄两部分经过零序电流变化率分析单元计算后得到相应的零序电流变化率g₁、g₅、g₇；零序电流和零序电压基波、五次谐波和七次谐波的相角值经过相角分析单元计算后得到相应的相位比值α₁、α₅、α₇；零序电流变化率g₁、g₅、g₇分别输出到三个比较器的正输入端，整定系数值K₁,K₂,K₃分别输出到相应比较器的负输入端；相位比值α₁、α₅、α₇分别输出到三个比较器的正输入端，而负输入端为0；同时相位比值α₁、α₅、α₇分别输出到三个比较器的负输入端，而正输入端为整定系数值K₄,K₅，K₆；相位比值α₁、α₅、α₇所连接的6个比较器输出每对应的两个连接到一个与门；零序电流变化率g₁、g₅、g₇所连接的比较器输出与3个与门的输出连接到一个加法器；加法器的输出连接到比较器的正输入端，负输入端为整定值n，比较器输出选线结果及动作信号。

本发明的目的是为了克服传统故障判别方法无法全面分析不同接地方式下的配电网中发生单相接地故障时的故障线路和非故障线路，提出一种基于多频率零序电信号的低压配电网单相接地故障选线的方法。通过对各条出线的零序电流和电压进行FFT或者谐波小波多频率分析，当电信号特征值大于一定设定值时表明线路运行状态发生了突变，即发生了故障。因为对于不接地系统和经电阻接地系统采用基波更为有效,对于经消弧线圈接地系统采用谐波进行分析更为有效，所以采用多种频率进行分析，综合分析结果，提高算法准确性。

本发明的有益效果是：采用多种频率电信号进行判断，利用了不同频率对应不同接地方式下系统的特点，避免了一种频率可能出现的误判，达到了准确判断单相接地故障出线的目的。本发明提能够快速定位故障，具有较高的精度和可靠性，且适合在配电自动化现场终端单元FTU上实现，具有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1是本发明的电路框图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：如图1所示，一种电力系统低压配电网系统单相接地故障选线方法。FTU监视线路与分段开关运行状态并对分段开关进行控制。在线路出现短路故障时，FTU检测到过电流现象，通过安装在线路上不同位置的终端准确捕捉到故障后4个周期的零序电流和电压信号。然后采用FFT算法对线路4个周期的零序电信号进行谐波分析。

方法的电路结构包括一个输入端与三相电流I_A,I_B,I_C连接的零序滤过器，另一个输入端与三相电压U_A,U_B,U_C连接的零序滤过器；零序滤过器的输出端分别与FFT分析单元或谐波小波分析单元连接；零序电流经过FFT分析单元计算得到故障后第二个周波的有效值I₁₂、I₅₂、I₇₂，与故障后第四个周波的有效值I₁₄、I₅₄、I₇₄两部分，以及基波、五次谐波和七次谐波的相角值；零序电压经过FFT分析单元计算得到基波、五次谐波和七次谐波的相角值；I₁₂、I₅₂、I₇₂与I₁₄、I₅₄、I₇₄两部分经过零序电流变化率分析单元计算后得到相应的零序电流变化率g₁、g₅、g₇；零序电流和零序电压基波、五次谐波和七次谐波的相角值经过相角分析单元计算后得到相应的相位比值α₁、α₅、α₇；零序电流变化率g₁、g₅、g₇分别输出到三个比较器的正输入端，整定系数值K₁＝3.2,K₂＝3.2,K₃＝3.2分别输出到相应比较器的负输入端；相位比值α₁、α₅、α₇分别输出到三个比较器的正输入端，而负输入端为0；同时相位比值α₁、α₅、α₇分别输出到三个比较器的负输入端，而正输入端为整定系数值K₄＝45°,K₅＝45°，K₆＝45°；相位比值α₁、α₅、α₇所连接的6个比较器输出每对应的两个连接到一个与门；这样就完成了六个FFT分析结果的比较，零序电流变化率g₁、g₅、g₇所连接的比较器输出与3个与门的输出连接到一个加法器；加法器得出的m值输出到比较器的正输入端，负输入端为逻辑整定值n＝5，如果3个比较器及3个与门共6个输出中有五个以上输出为1，则加法器输出值m大于5，比较器就将输出信号到相应的选线结果指示器及动作信号。

当系统发生故障后，各个线路的FTU进行以上计算，根据计算结果进行判断，实现故障线路的定位。FTU将故障信息上报至控制主站。控制主站分析故障线路FTU上报的故障信息，确定故障区段；在变电所保护动作跳开故障线路后，遥控分段开关隔离故障，恢复非故障区段的供电。该方法稳定性好，多频率信号计算可以敏感地探测到出线零序电流的突变，多个判别算法共同判断也避免了个别情况下算法结果失灵可能。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法，其特征在于：通过安装在线路上不同位置的终端准确捕捉到故障后多个周期的零序电流和电压信号。然后采用FFT(快速傅里叶变换)算法或者谐波小波算法对线路多个周期的零序电信号进行谐波分析。得到零序电流三个频率的幅值和相位，以及零序电压三个频率的相位。首先利用零序电流在故障后二个周波的有效值计算相应的零序电流变化率g₁、g₂、g₃；然后利用零序电压和电流的相位，分别计算零序电压与零序电流的相位比值α₁、α₂、α₃。

利用出线发生单相故障时零序电流和电压的突变特征，若线路超过设定数量个谐波结果不符合设定值，则判定该出线发生单相接地故障，该判据具体设定如下：

如果g₁>K₁,则a＝1,否则a＝0；

如果g₂>K₂,则b＝1,否则b＝0；

如果g₃>K₃,则c＝1,否则c＝0；

如果0°<α₁<K₄,则d＝1,否则d＝0；

如果0°<α₂<K₅,则e＝1,否则e＝0；

如果0°<α₃<K₆,则f＝1,否则f＝0；

m＝a+b+c+d+e+f≥n；

式中，g₁、g₂、g₃：三个频率的零序电流变化率；

α₁、α₂、α₃：三个频率的零序电压与零序电流相位比值；

K₁、K₂、K₃：三个频率的零序电流变化率设定值；

K₄、K₅、K₆：三个频率的零序电压电流相位比值设定值；

a，b，c，d，e，m，n：判断逻辑量。

2.根据权利要求1所述的基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法，其特征在于：所述零序电流变化率设定值满足2.5<K₁、K₂、K₃<4；所述零序电压电流相位比值设定值满足10°<K₄、K₅、K₆<50°。

3.根据权利要求1所述的基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法，其特征在于：所述判断逻辑值n＝4或5。

4.根据权利要求1所述的基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法，其特征在于：采用以下电路结构，包括一个输入端与三相电流IA,IB,IC连接的零序滤过器，另一个输入端与三相电压UA,UB,UC连接的零序滤过器；零序滤过器的输出端分别与FFT分析单元或谐波小波分析单元连接；零序电流经过分析单元计算得到故障后二个周波的有效值以及相角值；零序电压经过FFT分析单元计算得到相角值；故障后三个频率零序电流二个周波的有效值经过零序电流变化率分析单元计算后得到相应的零序电流变化率g1、g2、g3；三个频率下的零序电流和零序电压的相角值经过相角分析单元计算后得到相应的相位比值α1、α2、α3；零序电流变化率g1、g2、g3分别输出到三个比较器的正输入端，整定系数值K1、K2、K3分别输出到相应比较器的负输入端；相位比值α1、α2、α3分别输出到三个比较器的正输入端，而负输入端为0；同时相位比值α1、α2、α3分别输出到三个比较器的负输入端，而正输入端为整定系数值K4,K5，K6；相位比值α1、α2、α3所连接的6个比较器输出每对应的两个连接到一个与门；零序电流变化率g1、g2、g3所连接的比较器输出与3个与门的输出连接到一个加法器；加法器的输出连接到比较器的正输入端，负输入端为整定值n，比较器输出选线结果及动作信号。