CN108120897A - 一种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法 - Google Patents

一种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法 Download PDF

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胡昊
陈靖
苏英
陈飞
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Abstract

本发明公开一种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法,属于电力选线领域。本发明通过在主站数据处理中心通过对SCADA系统的遥测数据进行实时采集,将整个配电网的数据进行管理分析,利用数据挖掘(如流计算)技术,实时监测10kV母线上各出线的三相(A、B、C)电流、电压变化,态掌握配电网的运行参数与状态,通过三相稳态电流不平衡度计算模型,给出故障线路排序和分析结果,从而对小电流单相接地故障进行实时诊断分析,能够快速定位配电网中小电流接地故障的线路与位置,并最终通过报表和图形化等方式及时展示分析的结果。本发明能够快速定位配电网中小电流接地故障的线路与位置,并通过报表和图形化等方式及时展示分析的结果。

Description

一种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法,属于 电力选线领域。
背景技术
[0002] 地区IOKv配电网均采用中性点不接地运行方式,又称小电流接地系统。小电流接 地系统的单相接地故障是常见的故障形式,占据配电网故障的50%以上。发生单相接地时, 故障相电压降低为零或接近为零,非故障相电压升高为线电压或接近线电压,虽然系统仍 可带接地点运行1〜2小时,供电可靠性比大电流接地系统高,但是必须尽快找出故障点并 隔离,以免事故扩大和设备损坏。但一直以来,由于故障电流较小、电弧不稳定等原因,小电 流接地系统故障检测比较困难,接地线路的选择及具体接地点的定位一直没有得到很好的 解决,严重阻碍了供电可靠性和自动化水平的提高。单相接地故障定位要解决的主要问题 包括三部分:(1)当母线上有很多出线时,首先需要进行故障选线;(2)选出故障线后,因为 一条配电线上可能有很多分支线,需要确定故障点所在的分支或者故障区段;(3)在故障分 支或者故障区段中确定故障点位置。在传统的故障定位过程中,配电网一般采用逐条线路 拉闸停电的方法来确定故障线路,在选出故障线路后,再派工作人员到现场沿线查找故障 区段和故障点,然后切除故障,这种方法由于人工的介入,所需的停电时间比较长,不能适 应人们对配电网自动化水平的新要求。因此,有很必要设计一个能够快速进行故障选线的 方法。本专利提出了一种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法,能够 快速精确的进行故障线路选线问题。
发明内容
[0003] 1、要解决的问题
[0004] 为了解决现有技术中针对配网单相接地故障快速精准选线问题,本发明提出了一 种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法,基于配网基础数据集成和拓 扑分析技术,利用三相电流不平衡度计算模型来解决上述问题。
[0005] 2、技术方案
[0006] 为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。
[0007] —种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法,该方法包括下列 顺序的步骤:该方法基于三相稳态电流不平衡度计算模型做为故障选线的基础,通过对配 网的电源、变压器、线路、负荷、量测等进行全模型构建,并通过大数据的结构化数据实时流 式同步技术,对量测数据(电流、电压、功率)进行实时采集,实时监测IOkV母线上各出线的 三相(A、B、C)电流、电压变化,态掌握配电网的运行参数与状态,通过三相稳态电流不平衡 度计算模型,给出故障线路排序和分析结果,从而对小电流单相接地故障进行实时诊断分 析,能够快速定位配电网中小电流接地故障的线路与位置,并最终通过报表和图形化等方 式及时展示分析的结果;
[0008] (1、)从SCADA系统获得当前电网拓扑(ΠΜ文件,取得电网设备的状态信息和关联关 系;
[0009] (2、)从SCADA系统获得当前各开关状态(0或1),各设备的对应量测点数据(电流I, 有功P,无功Q,电压V)
[0010] (3、)建立三相电流不平衡度计算模型进行分析
[0011] 当中性点不接地系统发生单相接地时(图2)中A相接地,S打开表示中性点不接地 系统),如果忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上的电压降,全系统A相对地电压均为零, A相对地电容电流也为零,同时B相和C相的对地电压和电容电流也都升高
Figure CN108120897AD00051
倍,这时的电 流分布如图2示;
[0012] 非故障线路I始端所反应的零序电流为
Figure CN108120897AD00052
[0014] 即非故障线路零序电流为其本身的电流,电容性无功功率的方向为母线流向线 路;
[0015] 对于故障线路J,B相和C相与非故障线路一样,流过本身对地电流
Figure CN108120897AD00053
,而不同 之处是在接地点要流回全系统B相和C相对地电流之和,其值为
Figure CN108120897AD00054
[0017] 此电流要从A相流回去,因此从A相流出的电流为
Figure CN108120897AD00055
[0018] 因此,故障线路J始端所反应的零序电流为
Figure CN108120897AD00056
[0020] 即故障线路零序电流,数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和(不包括 故障线路本身),电容性无功功率方向为由线路流向母线,方向与非故障线路相反;
[0021] (4、)遍历CIM模型中的所有关键设备节点,如果其隶属于可信集合U的概率大于隶 属于不可信集合V的概率,则设定CIM模型中的该节点有效,否则,设定该节点无效,从而通 过对(ΠΜ模型的设备关联性分析,找出具体故障线路设备位置和实测数据;
[0022] (5、)给出线路排序和分析结果,从而对小电流单相接地故障进行实时诊断分析, 并最终通过报表和图形化等方式及时展示分析的结果。
[0023] 优选地,依据IEC61850标准和面向对象的方法,对配网的电源、变压器、线路、负 荷、量测等进行全模型构建,并通过大数据的结构化数据实时流式同步技术,对量测数据 (电流、电压、功率)进行实时米集。
[0024] 优选地,当故障线路三相零序电流,数值等于全系统非故障元件对地电容电流之 总和,且三相零序电流不平衡度比超50%时,判断故障相位。
[0025] 优选地,建立关键设备节点的可信集合,构建隶属度函数,从而得到可信度向量关 系,包括母线类型、开关类型、变压器类型和导线类型四类电气设备。
[0026] 优选地,基于配网CIM模型、实测量测数据(电流、电压、功率)和遥信状态数据(设 备状态数据)进行网络拓扑分析。
[0027] 3、有益效果
[0028] 相比于现有技术,本发明的有益效果为:
[0029] 本发明基于配网基础数据集成和拓扑分析技术,提出了一种基于三相电流不平衡 度计算模型的配网单相接地选线方法,能够快速精确的进行故障线路选线问题。本发明的 技术方案通过主站数据处理中心通过对SCADA系统的遥测数据进行实时采集,将整个配电 网的数据进行管理和分析,利用数据挖掘(如流计算)技术,实时监测IOkV母线上各出线的 三相(A、B、C)电流、电压变化,态掌握配电网的运行参数与状态,通过三相稳态电流不平衡 度计算模型,给出故障线路排序和分析结果,从而对小电流单相接地故障进行实时诊断分 析,能够快速定位配电网中小电流接地故障的线路与位置,并最终通过报表和图形化等方 式及时展示分析的结果。
附图说明
[0030] 图1为本发明的步骤流程图;
[0031] 图2为中性点非直接接地系统中,用三相系统表示的单相接地时的电流分布图;
[0032] 图3中性点非直接接地系统中,用零序等效网络表示的单相接地时的电流分布图。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图对本发明进行详细描述。
[0034] 当中性点不接地系统由于绝缘损坏而发生单相接地故障时,单相故障接地点和线 路的对地电容构成回路,系统中和线路上分别产生了零序电压和零序电流。考虑到系统不 同运行状态下的区别,主要三种不同的单相接地故障类型:金属性接地故障、经小电阻接地 故障、带负荷接地。
[0035] 当中性点不接地配电网发生单相接地故障时,有以下情况:
[0036] (1)中性点对地电压与接地相的相电压大小相等、方向相反,并等于电网中出现的 零序电压。由于线路上的零序电流较小,故全网零序电压近似相等。
[0037] (2)非故障线路上的零序电流为其本身的容性电流,零序电流超前零序电压90°。
[0038] (3)故障线路上的始端至接地点流过的是所有非故障线路上零序电流与故障线路 接地点之前的零序电流之和,且滞后零序电压90°;故障线路接地点之后流过的是其本身的 零序电流,且超前零序电压90°。
[0039] (4)故障线路从始端开始,距故障点越近,零序电流越大;故障点之后线路上零序 电流大小与线路长度有关。
[0040] (5)接地过渡电阻的大小只影响零序电压的大小,进而影响零序电流的大小,且随 着接地过渡电阻的增大,零序电压零序电流均减小。但其并不影响系统中各线路上零序电 压与零序电流的相位关系,上述结论(1)依然成立。
[0041] ⑹线路负载情况下,中性点不接地系统如果正常运行,则负荷电流不能产生零序 电流;若系统发生单相接地故障,由于各线路上的线电压没有改变,所以负荷不发生变化, 故负荷电流依然不产生零序电流,线路的对地电容电流仍然是零序电流的唯一来源,上述 结论(1)依然成立。
[0042] 根据前面对中性点不接地配电网发生单相接地故障的分析可知:以网络的正方向 作为零序电流的正方向,则故障路径上的零序电流滞后零序电压90°,非故障路径上的零序 电流超前零序电压90°。以上即为零序电流相量比较法的比较判据。
[0043] 结合图1,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0044] (1)配网全模型构建与数据采集
[0045] (1.1)对配网的电源、变压器、线路、负荷、量测等进行模型构建
[0046] (1.2)对量测数据(电流、电压、功率)进行实时采集
[0047] (1.3)从SCADA系统获得当前电网拓扑CIM文件,取得电网设备的状态信息和关联 关系;
[0048] ⑵建立三相电流不平衡度计算模型
[0049] 当中性点不接地系统发生单相接地时(图2)中A相接地,S打开表示中性点不接地 系统),如果忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上的电压降,全系统A相对地电压均为零, A相对地电容电流也为零,同时B相和C相的对地电压和电容电流也都升高
Figure CN108120897AD00071
倍。这时的电 流分布如图2示。
[0050] 非故障线路I始端所反应的零序电流为
Figure CN108120897AD00072
[0052] 即非故障线路零序电流为其本身的电流,电容性无功功率的方向为母线流向线 路。
[0053] 对于故障线路J,B相和C相与非故障线路一样,流过本身对地电流
Figure CN108120897AD00073
,而不同 之处是在接地点要流回全系统B相和C相对地电流之和,其值为
Figure CN108120897AD00074
[0055] 此电流要从A相流回去,因此从A相流出的电流为
Figure CN108120897AD00075
[0056] 因此,故障线路J始端所反应的零序电流为
Figure CN108120897AD00076
[0058] 即故障线路零序电流,数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和(不包括 故障线路本身),电容性无功功率方向为由线路流向母线,方向与非故障线路相反,如图2、 图3所示。
[0059] ⑶根据(ΠΜ模型进行拓扑分析
[0060] (3.1)遍历CM模型中的所有关键设备节点X1,如果其隶属于可信集合U的概率大 于隶属于不可信集合V的概率,则设定CIM模型中的该节点Xi有效。否则,设定该节点无效。 [0061 ] (3.2)输出所有的标记为有效的设备节点,通过接口保存至SCADA系统中,并设定 分析标志位为1。
[0062] (3.3)从EMS系统获得新的数据,S卩t+Ι时刻的各开关状态(0或1),各设备的对应量 测点数据(电流I,有功P,无功Q,电压V)。
[0063] ⑷计算结果展示
[0064] 实现配网网架结构的可视化展示,生动地显示电网运行信息,以电网互动计算为 核心,提供实时动态、虚拟场景的高级可视化电网运行展示方式,实现地区电网可视化、智 能化决策。
[0065] 下面,结合具体例子,具体介绍本发明的方案:
[0066] 基于模糊推理的(ΠΜ模型拓扑实时规约与修正方法,包括以下步骤:
[0067] 第一步:从SCADA系统获得当前电网拓扑CIM描述文件
[0068] 第二步:从SCADA系统获得当前各开关状态(0或1),各设备的对应量测点数据(有 功Ρ,无功Q,电压V)
[0069] 第三步:建立三相电流不平衡度计算模型进行分析
[0070] 当中性点不接地系统发生单相接地时(图2)中A相接地,S打开表示中性点不接地 系统),如果忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上的电压降,全系统A相对地电压均为零, A相对地电容电流也为零,同时B相和C相的对地电压和电容电流也都升高
Figure CN108120897AD00081
倍。这时的电 流分布如图2示。
[0071] 非故障线路I始端所反应的零序电流为
Figure CN108120897AD00082
[0073] 即非故障线路零序电流为其本身的电流,电容性无功功率的方向为母线流向线 路。
[0074] 对于故障线路J,B相和C相与非故障线路一样,流过本身对地电流
Figure CN108120897AD00083
,而不同 之处是在接地点要流回全系统B相和C相对地电流之和,其值为
Figure CN108120897AD00084
[0076] 此电流要从A相流回去,因此从A相流出的电流为
Figure CN108120897AD00085
[0077] 因此,故障线路J始端所反应的零序电流为
Figure CN108120897AD00086
[0079] 即故障线路零序电流,数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和(不包括 故障线路本身),电容性无功功率方向为由线路流向母线,方向与非故障线路相反。
[0080] 第四步:遍历CM模型中的所有关键设备节点X1,如果其隶属于可信集合U的概率 大于隶属于不可信集合V的概率,则设定CIM模型中的该节点^有效。否则,设定该节点无 效。从而通过对(ΠΜ模型的设备关联性分析,找出具体故障线路设备位置和实测数据;
[0081] 第五步:给出线路排序和分析结果,从而对小电流单相接地故障进行实时诊断分 析,并最终通过报表和图形化等方式及时展示分析的结果。下面结合具体实施例对本发明 进一步进行描述。

Claims (5)

1. 一种基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法,该方法包括下列顺 序的步骤:该方法基于三相稳态电流不平衡度计算模型做为故障选线的基础,通过对配网 的电源、变压器、线路、负荷、量测等进行全模型构建,并通过大数据的结构化数据实时流式 同步技术,对量测数据(电流、电压、功率)进行实时采集,实时监测IOkV母线上各出线的三 相(A、B、C)电流、电压变化,态掌握配电网的运行参数与状态,通过三相稳态电流不平衡度 计算模型,给出故障线路排序和分析结果,从而对小电流单相接地故障进行实时诊断分析, 能够快速定位配电网中小电流接地故障的线路与位置,并最终通过报表和图形化等方式及 时展示分析的结果; (1、)从SCADA系统获得当前电网拓扑CIM文件,取得电网设备的状态信息和关联关系; (2、)从SCADA系统获得当前各开关状态(0或1),各设备的对应量测点数据(电流I,有功 ?,无功1电压乂) (3、)建立三相电流不平衡度计算模型进行分析 当中性点不接地系统发生单相接地时中A相接地,S打开表示中性点不接地系统),如果 忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上的电压降,全系统A相对地电压均为零,A相对地电 容电流也为零,同时B相和C相的对地电压和电容电流也都升高
Figure CN108120897AC00021
倍; 非故障线路I始端所反应的零序电流为
Figure CN108120897AC00022
(2-1) 即非故障线路零序电流为其本身的电流,电容性无功功率的方向为母线流向线路; 对于故障线路J,B相和C相与非故障线路一样,流过本身对地电流
Figure CN108120897AC00023
而不同之处 是在接地点要流回全系统B相和C相对地电流之和,其值为
Figure CN108120897AC00024
C 2-2) 此电流要从A相流回去,因此从A相流出的电流为
Figure CN108120897AC00025
因此,故障线路J始端所反应的零序电流为
Figure CN108120897AC00026
(2-3) 即故障线路零序电流,数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和(不包括故障 线路本身),电容性无功功率方向为由线路流向母线,方向与非故障线路相反; (4、)遍历CIM模型中的所有关键设备节点,如果其隶属于可信集合U的概率大于隶属于 不可信集合V的概率,则设定CIM模型中的该节点有效,否则,设定该节点无效,从而通过对 (ΠΜ模型的设备关联性分析,找出具体故障线路设备位置和实测数据; (5、)给出线路排序和分析结果,从而对小电流单相接地故障进行实时诊断分析,并最 终通过报表和图形化等方式及时展示分析的结果。
2. 根据权利要求1所述的基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法, 其特征在于:依据IEC61850标准和面向对象的方法,对配网的电源、变压器、线路、负荷、量 测等进行全模型构建,并通过大数据的结构化数据实时流式同步技术,对量测数据(电流、 电压、功率)进行实时米集。
3. 根据权利要求1所述的基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法, 其特征在于:当故障线路三相零序电流,数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和, 且三相零序电流不平衡度比超50%时,判断故障相位。
4. 根据权利要求1所述的基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法, 其特征在于:建立关键设备节点的可信集合,构建隶属度函数,从而得到可信度向量关系, 包括母线类型、开关类型、变压器类型和导线类型四类电气设备。
5. 根据权利要求3所述的基于三相电流不平衡度计算模型的配网单相接地选线方法, 其特征在于:基于配网CIM模型、实测量测数据(电流、电压、功率)和遥信状态数据(设备状 态数据)进行网络拓扑分析。
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