CN108037417A - 一种不接地系统故障快速检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不接地系统故障快速检测方法，首先，实时采集变电所母线三相电压瞬时值；其次，根据电压瞬时值，利用插值法求得各相电压的二阶导数，并对二阶导数取绝对值；然后，对三相电压瞬时值取绝对值并同时加上一个小正数，作为三相校正电压瞬时值；最后，分别求出各相电压二阶导数绝对值与各相校正电压瞬时值的比值，将三个比值与门槛值比较，判断故障是否发生；本发明方法受负荷扰动影响小，能够快速可靠地检测故障。
Description
技术领域
本发明涉及配电网故障检测方法，具体涉及一种不接地系统故障快速检测方法。
背景技术
在电力系统中可能发生的各种故障中，短路故障对运行和设备安全危害最大。发生短路故障时，短路电流会使得设备发热、变形，影响设备绝缘和寿命，短路故障还会对通信造成影响，甚至会造成发电机失去同步，系统解列。因此，在电力系统发生故障时，快速检测故障，及时将故障线路或设备从系统切除，保障系统安全，显得尤为重要。
目前，常用的故障检测方法主要包括反映测量量大小的稳态量算法、反映故障前后变化量大小的突变量算法和其他奇异点检测方法。稳态量算法中常利用相电流或电压、线电流或电压、差动电流、序分量以及更加复杂的组合量，且大多利用的是电流或电压有效值。在计算有效值时，常利用傅里叶算法，其计算要求的数据窗较长，且易受故障直流分量影响，计算精度难以保证。突变量算法中，一般利用当前瞬时值与一个工频周期前的瞬时值作差，超过门槛值，则认为发生故障。突变量算法灵敏度较高，但易受系统频率波动影响。奇异点检测方法中中常利用小波变换来确定奇异点，精度较高，但算法仍比较复杂。因此，利用简单的算法，同时能避免扰动的影响，是故障检测中亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有故障检测方法存在的问题，本发明的目的是提供一种一种不接地系统故障快速检测方法，能够仅利用单端电压信息，快速检测故障，且能够避免扰动的影响，精度较高，提高了故障检测的快速性和可靠性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种不接地系统故障快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在变电所母线处，利用电压互感器，实时采集母线三相电压瞬时值，记为uA(t)、uB(t)、uC(t)；
步骤2：根据采集得到的三相电压瞬时值，使用插值法分别计算得到各相电压二阶导数，并取绝对值，记为公式如下：
式中ΔT为采样周期，k＝A、B、C；
步骤3：将采集到的三相电压瞬时值取绝对值，并同时加上一个较小的正数ε，0＜ε≤10-4，作为三相校正电压瞬时值，记为u′k(t)，k＝A、B、C；
u′k(t)＝|uk(t)|+ε (2)
步骤4：计算三相电压二阶导数绝对值与对应的三相校正电压瞬时值的比值，将求得的三个比值与门槛值比较，只要其中一个比值超过门槛值(门槛值设为5×107)，则判断故障已经发生。
本发明和现有技术相比较，具有如下优点：
本发明提出的一种不接地系统故障快速检测方法，专门针对不接地系统故障检测，目的性强，只需利用单端电压信息(即只需要采集母线三相电压)，且数据窗很短，对存储空间要求低；计算中只需要利用插值法和取绝对值，然后得到比值，算法十分简单，计算时间很短，能够满足快速性要求。
通过提高门槛值，能够减小负荷变化的影响，可靠性高。原因如下：
理想情况下，正常运行时，母线三相电压波形函数可表示为：
uk(t)＝Usin(ωt+θ) (3)
式中，k＝A、B、C，则三相电压二阶导数可表示为：
u″k(t)＝-ω2Usin(ωt+θ) (4)
当uk(t)≠0时，根据式(3)、(4)有以下关系：
正常运行时，电力系统频率f稳定在50Hz，ω＝2πf≈314，即三相电压二阶导数绝对值与各相电压瞬时值绝对值比值约为3142＝98596。为避免分母为零，各相电压瞬时值绝对值加上一个小正数ε(0＜ε≤10-4)，则比值可表示为由于实际采样和计算均存在误差，该比值也存在误差，但应在[9.0×104，11×104]范围内波动。而当发生故障时，母线电压会发生不同程度的波动，该比值会远远超出这一范围，因此，可以利用这一特点检测故障；而负荷变化也会引起比值变化，但故障情况下的比值比一般负荷变化情况下的要大，因此，可以通过提高门槛值避免一般负荷变化的影响。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
图2是某不接地配电网的仿真模型图。
图3是正常运行时电压二阶导数绝对值与校正瞬时值的比值波形图。
图4(a)是0.5s发生单相接地故障时三相电压二阶导数绝对值与各相校正电压瞬时值的比值波形图。
图4(b)是0.5s发生两相短路接地故障时三相电压二阶导数绝对值与各相校正电压瞬时值的比值波形图。
图4(c)是0.5s发生相间短路故障时三相电压二阶导数绝对值与各相校正电压瞬时值的比值波形图。
图4(d)是0.5s发生三相短路故障时三相电压二阶导数绝对值与各相校正电压瞬时值的比值波形图。
图5(a)是0.3s负荷增加时三相电压二阶导数绝对值与校正瞬时值的比值波形图。
图5(b)是0.3s负荷减少时三相电压二阶导数绝对值与校正瞬时值的比值波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，给出了某35kV/10kV不接地系统仿真模型图。有4条10kV出线，并分别带有一定负荷。线路1长度为13km，现所带负荷为(4+j1.2)MVA。当距离母线5km的f处发生故障时，利用本发明提供的方法可以快速检测故障。如图1所示，包括如下步骤：
一种不接地系统故障快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在变电所母线处，利用电压互感器，实时采集母线三相电压瞬时值，记为uA(t)、uB(t)、uC(t)。
步骤2：根据采样得到的三相电压瞬时值，使用插值法分别计算得到各相电压二阶导数，并取绝对值，记为公式如下：
式中ΔT为采样周期，k＝A、B、C。
步骤3：将采集到的三相电压瞬时值取绝对值，并同时加上一个较小的正数ε(ε＝10-4)，作为三相校正电压瞬时值，记为u′k(t)，k＝A、B、C。
u′k(t)＝|uk(t)|+ε (2)
步骤4：计算三相电压二阶导数绝对值与对应的三相校正电压瞬时值的比值，正常运行情况下的比值波形图如图3所示，可以看出，比值在有限范围内波动；四种故障情况下的比值波形分别如图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)所示，可以看出，故障情况下，比值均显著增大，四种故障情况下的比值最大值超过7×107；0.3s负荷突然增加或减小(0.2+j0.06)MVA,负荷增加和减小情况下的比值波形图分别如图5(a)、图5(b)所示，可以看出，一般负荷波动时，虽然比值也会增大，最大达到3.5×107，但小于故障情况。将求得的三个比值与门槛值比较，只要其中一个比值超过门槛值(考虑负荷波动影响，门槛值设为5×107)，则判断故障已经发生。由于0.5s分别发生四种不同故障情况下，故障后的比值均至少有一个会超过门槛值，故可以判断四种故障的发生。
Claims (2)
1.一种不接地系统故障快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在变电所母线处，利用电压互感器，实时采集母线三相电压瞬时值，记为uA(t)、uB(t)、uC(t)；
步骤2：根据采集得到的三相电压瞬时值，使用插值法分别计算得到各相电压二阶导数，并取绝对值，记为公式如下：
<mrow>
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<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
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<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中ΔT为采样周期，k＝A、B、C；
步骤3：将采集到的三相电压瞬时值取绝对值，并同时加上一个较小的正数ε，0＜ε≤10-4)，作为三相校正电压瞬时值，记为u′k(t)，k＝A、B、C；
u′k(t)＝|uk(t)|+ε (2)
步骤4：计算三相电压二阶导数绝对值与对应的三相校正电压瞬时值的比值，将求得的三个比值与门槛值比较，只要其中一个比值超过门槛值，，则判断故障已经发生。
2.根据权利要求1所述的一种不接地系统故障快速检测方法，其特征在于：步骤4所述的门槛值设为5×107。
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