CN108120899A - 一种配电网单相接地故障单端区段定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网单相接地故障单端区段定位方法，首先，在变电所采集10kv出线上的三相故障电流行波；其次，做相模变换，得到线模和零模行波；然后，对线模行波进行HHT变换，标定线模行波初始波头和前若干个反射波头到达时刻；最后，采用本发明提出的基于配网拓扑的定位方法，进行故障区段定位；本发明方法可以仅用单端三相电流行波信息，实现配电网单相接地故障的区段定位。

Description

一种配电网单相接地故障单端区段定位方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及配电网故障定位方法，具体涉及一种配电网单相接地故障单端区段定位方法。

背景技术

我国的10kV中压配电网大多采用中性点非有效接地方式。配电线路发生单相接地故障后，及时、准确的定位出故障点，不仅可以快速修复故障线路，保证供电可靠性及减少停电损失，而且对保证整个系统的安全稳定及经济运行都具有十分重要的作用。目前，配电网单相接地故障定位方法主要可分为行波法、阻抗法及注入信号寻踪法。其中，基于行波的故障定位方法因不受系统参数、串补电容、线路不对称及互感器变换误差等因素的影响，获得了广泛的关注和研究，被认为最有可能在配电网中实现工程应用。

行波法根据是否人为注入信号，分为被动式和主动式。主动式要在故障发生后，人为向配网注入电压或电流信号，操作复杂，且会给配网带来二次影响，不利于实现工程应用。被动式通过检测故障发生后的电压或电流信号即可实现故障定位，分为单端法和双端法。双端法存在双端时钟同步的问题，配网线路短，分支多，很小的时钟不同步误差就会引起较大的故障距离误差，因而在配电网难以应用，单端法则不存在时钟同步的问题。传统的单端法包括基于初始波和反射波的单端法及基于线模和零模波速差的单端法。基于初始波和反射波的单端法要求准确识别来自故障点的反射波，配电网由于分支众多，难以识别来自故障点的反射波头，因而在配网难以实现。基于线模和零模波速差的单端法由于零模波速不稳定，随故障距离和行波频率变化大，用于定位时会引起较大的误差。

线模行波波速稳定，理论计算和实验测量表明，在10kv架空线路上线模行波以接近光速的速度传播，因而在实际应用行波进行故障定位时，通常取线模行波波速为光速，不会引起很大的误差。若能仅利用单端线模行波中包含的初始波头和反射波头到达测量点时刻的信息实现故障区段定位，就能避免双端法时钟同步的问题和基于线模和零模波速差的单端法中零模波速不稳定的问题，从而有效提高基于行波的单相接地故障定位技术的工程实用性。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种配电网单相接地故障单端区段定位方法，目的是仅用单端三相电流行波信息，实现配电网单相接地故障的区段定位。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种配电网单相接地故障单端区段定位方法，提高基于行波的单相接地故障定位技术的工程实用性，包括以下步骤：

步骤1：当配电网10kv线路上发生单相接地故障时，在变电所中电流互感器二次侧测量三相故障电流行波，记为I_a,I_b,I_c；

步骤2：相模变换，得到线模电流行波：采用凯伦贝尔公式实现相模变换，公式如下：

其中I₀表示零模电流行波，在三相线路和大地之间传播，I₁表示一模电流行波，I₂表示二模电流行波，一模和二模电流行波都称为线模电流行波，二者计算方法不同，但具有相同的物理意义，都表示在线路相与相之间传播的行波；取I₁用于故障区段定位。

步骤3：对线模电流行波进行HHT变换，标定线模电流行波初始波头和前若干个反射波头到达时刻；

单相接地故障发生时，相当于在接地点产生一个脉冲行波信号源，产生高频行波向线路两端传播；行波初始波头直接从故障点传播到测量点，路经最短，最先到达测量点；行波经过分支点、线路末端和故障点时，会发生折反射，一些反射波头经过一定的路径，也会传播到测量点；高频行波初始波头和反射波头到达测量点时，测量点测得的行波波形会发生瞬时的高频震荡。根据这种对应关系，通过检测测量点行波波形中高频震荡发生的时刻，就能知道行波初始波头和反射波头到达测量点的时刻；

Hilbert-Huang变换(HHT)是近年来应用于非平稳信号分析的一种新方法，它由经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和Hilbert变换两部分组成；用HHT检测行波初始波头和反射波头到达测量点时刻的步骤是：首先对线模行波信号进行EMD分解，得到一系列固有模态分量imf1,imf2……；然后对imf1分量进行Hilbert-Huang变换，求出瞬时频率随时间的变化关系，前几个瞬时频率极大值出现的时刻依次对应行波初始波头和不同长短路径的反射波头到达测量点的时刻；

步骤4：采用基于配网拓扑的定位方法，进行故障区段定位；

基于配网拓扑的定位方法原理：接地点单相接地故障发生后，会产生故障电流行波向线路两端传播，行波初始波头直接由故障点传播到测量点，用时最短，反射波头相比于初始波头，多传播了一些分支的长度，到达时刻晚；用各个反射波头到达时刻减去初始波头到达时刻，再乘以行波波速，就能得到反射波头相对于初始波头多传播的路径的长度，即发生反射的分支的长度；当故障发生在不同的区段上时，行波从故障点传播到测量点途中发生反射的分支路径是不同的，根据这个特征，就能进行单相接地故障的区段定位；

基于配网拓扑的定位方法步骤：

①将步骤3中各反射波头到达时间与初始波头到达时间差乘以行波波速，得到一系列路径差；

②将配网按分支点划分为各个区段，计算故障发生在每个区段的可信度；

具体做法为：对于指定区段，判断①中各路径差能否表示成该区段到测量点之间的分支长度和的形式，用分支长度和表示的路径差占所有路径差的比重记为故障发生在该区段的可信度；

③可信度最高的区段为故障区段。

本发明和现有技术相比较，具有如下优点：

本发明提出的一种配电网单相接地故障单端区段定位方法，在变电所10kv出线上发生单相接地故障时，仅利用变电所电流互感器测得的三相电流行波信息，实现故障的区段定位；由于不需要额外安装设备，成本低，且仅利用单端线模信息，没有时钟不同步或零模波速不稳定的问题；有效提高了基于行波的单相接地故障定位方法的工程实用性。

附图说明

图1是一个实际的10kv配电网结构示意图。

图2是单相接地故障单端区段定位流程图。

图3是线模电流行波初始波头和前若干个反射波头到达时刻。

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1所示，是一个实际的10kv配电网结构示意图，发生单相接地故障后，采用本发明提出的单端区段定位方法进行故障的区段定位。

在PSCAD中搭建图1所示配网模型。M点表示变电所10kv侧，即故障电流行波测量点，B、E、I表示线路分支点，其余点表示分支末端。分支末端通过变比为10kv/0.4kv，接线方式Yyn的变压器连接三相负荷。线路类型为架空裸导线，采用最精确的频变参数模型。单相(A相)接地故障点设置在EI之间，仿真步长0.01us,总时间0.1s，故障发生在0.09s。

如图2所示，发明的一种配电网单相接地故障单端区段定位方法，包括以下步骤：

步骤1：当配电网10kv线路上发生单相接地故障时，在变电所中电流互感器二次侧测量三相故障电流行波，记为I_a,I_b,I_c。

步骤2：相模变换，得到线模电流行波。采用凯伦贝尔公式实现相模变换，公式如下：

其中I₀表示零模电流行波，在三相线路和大地之间传播，I₁表示一模电流行波，I₂表示二模电流行波，一模和二模电流行波都称为线模电流行波，二者计算方法不同，但具有相同的物理意义，都表示在线路相与相之间传播的行波。本发明取I₁用于故障区段定位。

步骤3：对线模电流行波进行HHT变换，标定线模电流行波初始波头和前若干个反射波头到达时刻。线模电流行波HHT后瞬时频率与时间对应关系如图3所示。记录前11个瞬时频率极大值出现时刻，分别对应行波初始波头和前10个路径较短的反射波头到达测量点时刻。

步骤4：采用本发明提出的基于配网拓扑的定位方法，进行故障区段定位。

将步骤3中记录的11个时间录入本发明提出的基于配网拓扑的定位算法，计算故障发生在各个区段的可信度，如表1所示：

表1故障发生在各区段的可信度

从表1可以看出，故障发生在EI的可信度最大，由此判断，故障发生的区段为EI。

Claims (1)

1.一种配电网单相接地故障单端区段定位方法，其特征在于：提高基于行波的单相接地故障定位技术的工程实用性，具体包括以下步骤：

步骤1：当配电网10kv线路上发生单相接地故障时，在变电所中电流互感器二次侧测量三相故障电流行波，记为I_a,I_b,I_c；

步骤2：相模变换，得到线模电流行波：采用凯伦贝尔公式实现相模变换，公式如下：

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其中I₀表示零模电流行波，在三相线路和大地之间传播，I₁表示一模电流行波，I₂表示二模电流行波，一模和二模电流行波均称为线模电流行波，二者计算方法不同，但具有相同的物理意义，均表示在线路相与相之间传播的行波；取I₁用于故障区段定位；

步骤3：对线模电流行波进行HHT变换，标定线模电流行波初始波头和前若干个反射波头到达时刻：

单相接地故障发生时，相当于在接地点产生一个脉冲行波信号源，产生高频行波向线路两端传播；行波初始波头直接从故障点传播到测量点，路经最短，最先到达测量点；行波经过分支点、线路末端和故障点时，会发生折反射，一些反射波头经过一定的路径，也会传播到测量点；高频行波初始波头和反射波头到达测量点时，测量点测得的行波波形会发生瞬时的高频震荡；根据这种对应关系，通过检测测量点行波波形中高频震荡发生的时刻，则知道行波初始波头和反射波头到达测量点的时刻；

Hilbert-Huang变换即HHT是近年来应用于非平稳信号分析的一种新方法，它由经验模态分解即Empirical Mode Decomposition,EMD和Hilbert变换两部分组成；用HHT检测行波初始波头和反射波头到达测量点时刻的步骤是：首先对线模行波信号进行EMD分解，得到一系列固有模态分量imf1,imf2……；然后对imf1分量进行Hilbert-Huang变换，求出瞬时频率随时间的变化关系，前几个瞬时频率极大值出现的时刻依次对应行波初始波头和不同长短路径的反射波头到达测量点的时刻；

步骤4：采用基于配网拓扑的定位方法，进行故障区段定位：

基于配网拓扑的定位方法原理：接地点单相接地故障发生后，会产生故障电流行波向线路两端传播，行波初始波头直接由故障点传播到测量点，用时最短，反射波头相比于初始波头，多传播了一些分支的长度，到达时刻晚；用各个反射波头到达时刻减去初始波头到达时刻，再乘以行波波速，就能得到反射波头相对于初始波头多传播的路径的长度，即发生反射的分支的长度；当故障发生在不同的区段上时，行波从故障点传播到测量点途中发生反射的分支路径是不同的，根据这个特征，就能进行单相接地故障的区段定位；

基于配网拓扑的定位方法步骤：

①将步骤3中各反射波头到达时间与初始波头到达时间差乘以行波波速，得到一系列路径差；

②将配网按分支点划分为各个区段，计算故障发生在每个区段的可信度；

具体做法为：对于指定区段，判断①中各路径差能否表示成该区段到测量点之间的分支长度和的形式，用分支长度和表示的路径差占所有路径差的比重记为故障发生在该区段的可信度；

③可信度最高的区段为故障区段。