CN108490312B - 基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法 - Google Patents

基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法，包括⑴将各电流互感器二次出线按照规定的功率方向指向原则与对应接地监测器的采样回路相连接：对于电源和辐射线路，由电源侧指向负荷侧；对于合环线路，由参考电源侧指向非参考电源侧；母线处若有第三方电源，也将其作为参考电源；将三相对地电压信号接入母线处各监测器；⑵由确认出故障线路的监测器采用绝对值比较法求取故障相的次暂态幅值电流极性值D#；⑶与上下相邻监测点交流D#；⑷先后根据在本监测点下邻侧和上邻侧所统计D#的个数V，对应采用V＝1的直接判据或V＝2、3、4的公式判据定位故障区间；有电压信号的监测点，由求取的DP#值直接导入对应侧进行区间定位。

Description

基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法
技术领域
本发明涉及配电网单相接地区间定位方法，特别是涉及一种基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法。
背景技术
现有的配网单相接地区间定位技术存在着如下问题：
1、利用零序电流突变量和相电流突变量的接地区间定位方法多数为：当距离变电所最远的接地监测装置检测到单相接地故障时，就将该装置所监测的线路段定位为故障区间；显然，这种定位方法仅适用于辐射线路，但不适用于母线与合环线路的单相接地。
2、有的故障定位方法在变电所以暂态相电压电流突变量乘积为分式分子的能量相关系数的正负判别故障区间。而仿真和理论研究的结果表明，工频相电压突变矢量即为相零序电压矢量，其与故障线路段故障相的相电流突变量的相位差为90°左右，两者暂态量乘积的正负与母线还是线路发生接地的关联度不大，使得该方法的区间误判概率高。
3、判别故障区间之前，未进行接地防误辨识，使得区间判别失去可靠性前提。
4、暂态零序功率方向区间定位可用于单一辐射线路的单相接地，但不适用于有并联合环线路的配电网单相接地选线和区间定位；故障后的稳态零序功率方向不能用于小电流接地系统的故障选线和区间定位。
5、其它低频信号注入法小电流单相接地检测技术对于低阻接地的故障选线和区间定位检测效果较好，但不适用于高中阻单相接地，且需增加中压信号注入设备，一方面存在着对配网线路一定程度的低频电流冲击，另一方面也给配网现场带来了新增中压设备安全管理风险和工程实施的麻烦。
6、行波故障定位技术在检测单一线路单相接地区间定位的理论效果较好，但尚不适合结构复杂的配电网。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法，在有通信网络时，能够自动、准确、灵敏、快速、可靠地通过相邻通信就地区间定位；在无通信网络时，能够提供简单可靠的故障区间标识符号，方便运行人员人工判别。
本发明的目的是这样实现的：基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法，包括如下步骤：
⑴将各电流互感器二次出线按照规定的功率方向指向原则与对应点接地定位器的电流采样回路相连接：对于电源和辐射线路，由电源侧指向负荷侧；对于合环线路，由参考电源侧指向非参考电源侧；母线处若有第三方电源，将其按参考电源的指向处理；将母线处的三相对地电压信号接入该处各定位器；
⑵由检测出故障线路的接地定位器采用绝对值比较法求取故障相的次暂态幅值电流极性值D#，有电压信号的还求取对应相地方向值DP#；
⑶与上下相邻监测点交流D#；
⑷对于无电压信号的接地监测点，先后根据在本监测点下邻侧和上邻侧所统计D#的个数V，对应采用V＝1的直接判据或V＝2、3、4的公式判据定位故障区间；对于有DP#的监测点，由DP#值直接导入对应侧进行区间定位。
所述步骤⑵包括如下步骤：
(2.1)在由接地定位器检测出被监测线路的某相为接地线路接地相以后，滤波计算接地相的采样次暂态相地增量电流iPGk；
(2.2)在k＝-2～N/2+1之间比较|iPGk|，求取幅值iPGm；
(2.3)根据iPGm极性的正或负，赋其标志位DIG的值为+1或-1，并赋予D#＝DIG，简称D#为极性值；
(2.4)对于有电压信号的监测点，求与iPGm所对应时刻的相地电压极性并赋其标志位DUG的值为+1或-1，并叠加该电流与电压的极性标志位和取绝对值后作为极性方向值:|DIG+DUG|＝DP#，简称方向值。
所述步骤⑶包括如下步骤：
(3.1)对于母线处各电源侧监测点和分支线路非出线处监测点，与上下相邻监测点直接发信交流D#；
(3.2)对于母线分支出线处各监测点，在其对相邻电源侧监测点发信时，改D#为L#；对非电源监测点发信时，则直接发送D#。
所述步骤⑷包括如下步骤：
(4.1)各判定出接地线路接地相的接地定位器分别接收上下相邻监测点所发送极性值；
(4.2)各参与交流极性值的定位器先用本点与上邻点的极性值相比较，后用本点与下邻点的极性值相比较进行区间定位；其中对于有方向值的各母线处监测点，由其方向值DP#所指方向直接导入该点的相应侧进行区间定位；
(4.3)对于单侧电源的辐射线路和直配线路，当监测点的下邻侧或者上邻侧仅有本点的极性值即V＝1时，则由本监测点将其该侧的线路段直接判定为接地区间；
(4.4)对于有V＝2个极性值信息监测点的下邻侧或者上邻侧，采用对应公式DG＝|D#-D#+1|或者DG＝|D#-1-D#|计算，将DG＝2的对应上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.5)对于有V＝3个极性值信息的监测点下邻侧或者上邻侧，采用对应公式DG＝|D#-D#+1-2L#|或者DG＝|D#-1-D#-2L#|计算，将DG＝2的上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.6)对于有V＝4个极性值信息的监测点下邻侧或者上邻侧，采用公式DG＝|2D#+1-D#0-D#-2L#|或者DG＝|2D#-1-D#0-D#-2L#|计算，将DG＝2的上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.7)存储并报告自动区间定位结果。
有益效果，由于采用了上述方案，本发明与现有的单相接地区间定位方法相比，具有以下基本效果：
其一、以在信号强度相对大的次暂态半周相地增量电流的极性值作为判据信号源，使得本方法适用于在所有电压相位下所发生的单相接地；
其二、采用次暂态电流幅值极性相比较的故障区间定位法，该判据的鲁棒性强，使得本方法适用于包括合环线路在内的各种现代配网区间的单相接地；
其三、本发明不仅适用于连续工频波的单相接地，也能够适用于周期性非全周工频波的单相接地，使得由环境和天气原因引起绝缘损坏所导致的单相接地也能够实现故障区间定位。
其四、因接地线路接地相次暂态相地电流一般大于零序电流，使得本方法可适应的单相接地阻值范围相应提高。
其五、本发明的前期配套方法具有多重防误判别的选线功能，使本发明方法对于小电流接地区间定位的可靠性和准确性有了本质提高的前提条件。
仿真和模拟验证表明，本发明在实现配网单相接地区间定位的同时，特别兼顾了故障区间定位的准确性、灵敏性、速动性和可靠性四个方面的技术性能要求。
达到了本发明在有通信网络时，能够自动、准确、灵敏、快速、可靠地通过相邻通信就地区间定位；在无通信网络时，能够提供简单可靠的故障区间标识符号，方便运行人员人工判别的目的。
附图说明
图1为本发明的实施程序图。
图2为简化配网模型及其在合环线路的G点在C相电压幅值相位时发生接地的次暂态三相相地电流及零序电流幅值与极性分布图。
图3为在图2简化配网模型的G点在电压零值相位时发生10kΩ过渡电阻单相接地时，其电源和合环线路各监测点及消弧线圈监测点的三相相地增量电流、三相相对地电压仿真波形的接地相次暂态与后稳态幅值比较图。
图1中：AG、BG、CG分别为A、B、C相接地标志位；iAGIm、iBGIm、iCGIm分别为A、B、C相次暂态相地增量电流幅值；DIG、DUG分别为接地相相地回路增量电流幅值极性值和与该幅值对应时刻的相对地电压的极性值；D#、DP#分别为第#编号监测点的接地相次暂态相地增量电流幅值极性值和相地矢量的方向值；L#为母线分支开关处监测点对于其相邻电源侧监测点所发送的次暂态相地回路增量电流幅值极性值；V为判定出故障线路故障相的接地定位器自有的D#与下侧或者上侧所接收到的对应相邻监测点的D#的个数之和；DG为将两个及以上极性值利用公式所计算的区间定位值。
在图2中，P00为电源开关及其监测点编号；R11、R21分别为环网出线开关及其监测点编号；R12与R13、R14与R15分别为环网柜的进出线开关及其监测点编号；B31、B32分别为辐射线路的出线开关和分支开关及其监测点编号；XHQ为接于Z接线接地变压器下的消弧线圈；EPCL为除了图中所标合环线路和辐射线路以外的所有等效并联线路。
图2中每个接地定位器对下与被其监测线路的三相电压、三相电流、零序电流相连接，对上共同与一台本地通信机相连接；各通信机通过通信电缆与中心通信机相连接，中心通信机与中心监控机相连接，这样就构成了区域配网单相接地定位系统。
具体实施方式
基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法，包括如下步骤：
⑴将各电流互感器二次出线按照规定的功率方向指向原则与对应点接地定位器的电流采样回路相连接：对于电源和辐射线路，由电源侧指向负荷侧；对于合环线路，由参考电源侧指向非参考电源侧；母线处若有第三方电源，将其按参考电源的指向处理；将母线处的三相对地电压信号接入该处各定位器；
⑵由检测出故障线路的接地定位器采用绝对值比较法求取故障相的次暂态幅值电流极性值D#，有电压信号的还求取对应相地方向值DP#；
⑶与上下相邻监测点交流D#；
⑷对于无电压信号的接地监测点，先后根据在本监测点下邻侧和上邻侧所统计D#的个数V，对应采用V＝1的直接判据或V＝2、3、4的公式判据定位故障区间；对于有DP#的监测点，由DP#值直接导入对应侧进行区间定位。
所述步骤⑵包括如下步骤：
(2.1)在由接地定位器检测出被监测线路的某相为接地线路接地相以后，滤波计算接地相的采样次暂态相地增量电流iPGk；
(2.2)在k＝-2～N/2+1之间比较|iPGk|，求取幅值iPGm；
(2.3)根据iPGm极性的正或负，赋其标志位DIG的值为+1或-1，并赋予D#＝DIG，简称D#为极性值；
(2.4)对于有电压信号的监测点，求与iPGm所对应时刻的相地电压极性并赋其标志位DUG的值为+1或-1，并叠加该电流与电压的极性标志位和取绝对值后作为极性方向值:|DIG+DUG|＝DP#，简称方向值。
所述步骤⑶包括如下步骤：
(3.1)对于母线处各电源侧监测点和分支线路非出线处监测点，与上下相邻监测点直接发信交流D#；
(3.2)对于母线分支出线处各监测点，在其对相邻电源侧监测点发信时，改D#为L#；对非电源监测点发信时，则直接发送D#。
所述步骤⑷包括如下步骤：
(4.1)各判定出接地线路接地相的接地定位器分别接收上下相邻监测点所发送极性值；
(4.2)各参与交流极性值的定位器先用本点与上邻点的极性值相比较，后用本点与下邻点的极性值相比较进行区间定位；其中对于有方向值的各母线处监测点，由其方向值DP#所指方向直接导入该点的相应侧进行区间定位；
(4.3)对于单侧电源的辐射线路和直配线路，当监测点的下邻侧或者上邻侧仅有本点的极性值即V＝1时，则由本监测点将其该侧的线路段直接判定为接地区间；
(4.4)对于有V＝2个极性值信息监测点的下邻侧或者上邻侧，采用对应公式DG＝|D#-D#+1|或者DG＝|D#-1-D#|计算，将DG＝2的对应上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.5)对于有V＝3个极性值信息的监测点下邻侧或者上邻侧，采用对应公式DG＝|D#-D#+1-2L#|或者DG＝|D#-1-D#-2L#|计算，将DG＝2的上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.6)对于有V＝4个极性值信息的监测点下邻侧或者上邻侧，采用公式DG＝|2D#+1-D#0-D#-2L#|或者DG＝|2D#-1-D#0-D#-2L#|计算，将DG＝2的上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.7)存储并报告自动区间定位结果。
下面结合实例和附图对本发明作进一步说明:
实施例1：
1、构建本发明的接地区间定位系统：
如图2中所示，在配网中各母线开关处和环网柜处安装本发明所配套接地定位器，将各电流互感器二次出线按照规定的功率方向指向原则与对应点接地定位器的电流采样回路相连接：对于电源和辐射线路，由电源侧指向负荷侧；对于合环线路，由参考电源侧指向非参考电源侧；母线处若有第三方电源，将其按参考电源的指向处理；将母线处的三相对地电压信号接入该处各接地定位器；其中各电源母线处、开闭所母线处、分级配电所母线处和环网柜母线处的接地定位器还连接电压互感器的三相对地电压；各监测点的接地定位器与该处共用的通信器相连接、各通信器与中心通信器相连接、中心通信器与中心监控器相连接，组成图2中所示配网的接地定位系统。
2、按照专利申请号201710405146.8的方法，由接地定位器通过防误选线判定故障线路故障相。
3、求取故障线路故障相次暂态相地回路增量电流的极性值和相地矢量方向值：
(3.1)在由接地定位器判定出被监测线路的某相为接地线路接地相以后，滤波计算接地相在次暂态即故障后半工频周期内的采样相地增量电流iAGIk或iBGIk或iCGIk；
(3.2)在k＝-2～N/2+1之间比较|iAGIk|或|iBGIk|或|iCGIk|，求取幅值iAGIm或iBGIm或iCGIm；
(3.3)根据接地相该幅值极性的正或负，赋其标志位DIG的值为+1或-1，并赋予D#＝DIG，简称D#为极性值；
(3.4)对于有电压信号的监测点，求与该幅值所对应时刻的相地电压极性并赋其标志位DUG的值为+1或-1，并叠加该电流与电压的极性标志位和取绝对值后作为极性方向值:|DIG+DUG|＝DP#，简称方向值。
4、通过通信网络与上下相邻监测点交流极性值
(4.1)对于母线处各电源侧监测点和分支线路非出线处监测点，与上下相邻监测点直接发信交流D#极性值；
(4.2)对于母线分支出线处各监测点，在其对相邻电源侧监测点发信时，改D#为L#；对非电源监测点发信时，则直接发送D#极性值。
5、利用次暂态极性值和方向值进行故障区间定位：
(5.1)各判定出接地线路接地相的接地定位器分别接收上下相邻监测点所发送极性值；
(5.2)各参与交流极性值的定位器先用本点与上邻点的极性值相比较，后用本点与下邻点的极性值相比较进行区间定位；其中对于有方向值的各母线处监测点，由其方向值DP#所指方向直接导入该点的相应侧进行区间定位；
(5.3)对于单侧电源的辐射线路和直配线路，当监测点的下邻侧或者上邻侧仅有本点的极性值即V＝1时，则由本监测点将其该侧的线路段直接判定为接地区间；
(5.4)对于有V＝2个极性值信息监测点的下邻侧或者上邻侧，采用对应公式DG＝|D#-D#+1|或者DG＝|D#-1-D#|计算，将DG＝2的对应上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(5.5)对于有V＝3个极性值信息的监测点下邻侧或者上邻侧，采用对应公式DG＝|D#-D#+1-2L#|或者DG＝|D#-1-D#-2L#|计算，将DG＝2的上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(5.6)对于有V＝4个极性值信息的监测点下邻侧或者上邻侧，采用公式DG＝|2D#+1-D#0-D#-2L#|或者DG＝|2D#-1-D#0-D#-2L#|计算，将DG＝2的上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
接地定位器：对配网母线和线路的单相接地进行选线和区间定位的监测器。
接地监测点：安装有接地定位器的配网母线和线路的运行监测点。
规定的功率方向指向：将功率方向的参考指向规定为从参考电源侧指向非参考电源侧。
实施例2：
1.构建本发明的接地定位系统
在图2所示配网中各开关处安装本发明所配套接地定位器，将开关处电压互感器和电流互感器输出的三相电压和三相电流与该处的接地定位器相连接；其中环网上各监测点的电流互感器二次接线全都按照从参考电源侧指向非参考电源侧的功率方向与定位器相连接；电源出线、辐射线路和分支线路各监测点的电流互感器二次接线全都按照从电源侧指向负载侧的功率方向与定位器相连接；各监测点的定位器与该点的通信机相连接、各通信机与中心通信机相连接、中心通信机与中心监控器相连接，组成图2所示配网的接地定位系统。
2.本发明在图2所示的10kV合环线路A相G点发生10kΩ过渡电阻单相接地时的工作过程：
⑴单相接地后相地增量电流的流向：
当在配网合环线路G点发生A相10kΩ过渡电阻单相接地时，网上各监测点处的三相次暂态相地增量电流大小及极性方向如图2中各对应监测点处的箭头所示；各监测点在五时态的相地增量电流波形如图3所示。其中：
全配网非接地相的次暂态相地回路增量电流从接地电阻到大地、到全网的A与B相相地电容、到A与B相导线、流经P00监测点和A、B相接线端子、流入电源变、流出电源变C相接线端子、流经P00监测点、再分两个方向流向接地电阻：一路经过R11监测点流向接地电阻，另一路经过R21、R15、R14、R13和R12等监测点流向接地电阻，两回路次暂态相地回路增量电流在合环线路以内以接地电阻与合环线路C相导线的接触点为界，流向相反。
⑵P00、R11、R12、R13、R14、R15、R21点接地定位器通过防误选线程序模块判定其间C相发生了单相接地故障。
⑶求取故障线路各监测点的极性值和方向值：
①P00点接地定位器判定其下C相发生单相接地、R11点接地定位器判定合环线路C相发生单相接地；
②P00和R11点分别求取本点接地相的次暂态相地电流幅值极性值为DIP00和DIR11，并赋予DP00＝DIP00、DR11＝DIR11；又因P00和R11处有电压信号源，故还分别求取与该相地增量电流幅值相对应的电压极性值DUP00、DUR11，计算极性方向值|DIP00+DUP00|＝DPP00、|DIR11+DUR11|＝DPR11；
③P00点与下邻监测点、R11点与下相邻点分别发信交流DP00、DR11的信息；R11在与P00上邻点发信交流极性值时，将DR11改为LR11。
(4)合环线路接地点非参考电源侧监测点求取并交流极性值和方向值：
①R12、R13、R14、R15和R21等点接地定位器也将合环线路C相判定为接地线路接地相、所求取极性值和方向值分别为DR12、DR13、DR14、DR15、DR21；其中R21点为母线出口开关监测点，故还求取与DR21对应时刻的电压极性值DUR21，计算极性方向值|DIR21+DUR21|＝DPR21；
②R21点与上邻点、R12、R13、R14、R15等点本别与上下相邻监测点交流本点的极性值信息，其中R21监测点在向P00监测点发信交流极性值时，将DR21改为LR21。
(5)故障区间定位：
①P00点监测器收到下邻监测点LR11和L#极性值信息，判定接地故障不在电源母线以内；
②R12、R13、R14、R15和R21监测点分别接收到上下相邻监测点的极性值信息，但各两相邻监测点用极性值所计算的区间定位值DG不等于2，故判定接地故障不在这些监测点之间；
③仅有DR11与DR12的区间定位值DG＝2，判定故R11和R12两监测点之间的线段为接地故障区间。
(6)R11和R12两监测点的接地定位器分别将5秒后一个工频周期所计算的接地相相地增量电流分别与两个非接地相该电流相比较，得到前者大于后者1.2倍的结果，判定接地故障持续，存储并报告接地故障区间和接地故障状态。
(7)对于无通信网络的故障线路，由判定出故障线路故障相的各点接地定位器显示极性值，作为运行人员人工判别故障区间的检测依据。
本发明可广泛应用于电力系统包括多电源合环线路在内的现代配电网以及其他各行业企事业单位配电网的配网单相接地区间定位。

Claims (1)

1.一种基于次暂态增量电流幅值极性的配网接地区间定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
⑴将各电流互感器二次出线按照规定的功率方向指向原则与对应点接地定位器的电流采样回路相连接：对于电源和辐射线路，由电源侧指向负荷侧；对于合环线路，由参考电源侧指向非参考电源侧；母线处若有第三方电源，将其按参考电源的指向处理；将母线处的三相对地电压信号接入该处各接地定位器；
⑵由经过防误选线并检测出故障线路的接地定位器采用绝对值比较法求取故障相的次暂态幅值电流极性值D#，有电压信号的还求取对应相地方向值DP#；
⑶与上下相邻监测点交流D#；
⑷对于无电压信号的接地监测点，先后根据在本监测点下邻侧和上邻侧所统计D#的个数V，对应采用V＝1的直接判据或V＝2、3、4的公式判据定位故障区间；对于有DP#的监测点，由DP#值直接导入对应侧进行区间定位；
所述步骤⑵包括如下步骤：
(2.1)在由接地定位器检测出被监测线路的某相为接地线路接地相以后，滤波计算接地相的次暂态相地增量电流iPGk；
(2.2)在k＝-2～N/2+1之间比较|iPGk|，求取幅值iPGm；
(2.3)根据iPGm极性的正或负，赋其标志位DIG的值为+1或-1，并赋予D#＝DIG，简称D#为极性值；
(2.4)对于有电压信号的监测点，求与iPGm所对应时刻的相地电压极性并赋其标志位DUG的值为+1或-1，将DIG与DUG相加后取绝对值作为极性方向值：|DIG+DUG|＝DP#，简称方向值；
所述步骤⑶包括如下步骤：
(3.1)对于母线处各电源侧监测点和分支线路非出线处监测点，与上下相邻监测点直接发信交流D#；
(3.2)对于母线分支出线处各监测点，在其对相邻电源侧监测点发信时，改D#为L#；对非电源监测点发信时，则直接发送D#；L#为母线分支开关处监测点对于其相邻电源侧监测点所发送的次暂态相地回路增量电流幅值极性值；
所述步骤⑷包括如下步骤：
(4.1)各判定出接地线路接地相的接地定位器分别接收上下相邻监测点所发送极性值；
(4.2)各参与交流极性值的接地定位器先用本点与下邻点的极性值相比较，后用本点与上邻点的极性值相比较进行区间定位；其中对于有方向值的各母线处监测点，由其方向值DP#所指方向直接导入该点的相应侧进行区间定位；
(4.3)对于单侧电源的辐射线路和直配线路，当监测点的下邻侧或者上邻侧仅有本点的极性值即V＝1时，则由本监测点将仅有本点的极性值V＝1的那一侧的线路段直接判定为接地区间；
(4.4)对于有V＝2个极性值信息监测点的下邻侧或者上邻侧，采用对应公式DG＝|D#-D#+1|或者DG＝|D#-1-D#|计算，将DG＝2的对应上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.5)对于有V＝3个极性值信息的监测点下邻侧或者上邻侧，采用对应公式DG＝|D#-D#+1-2L#|或者DG＝|D#-1-D#-2L#|计算，将DG＝2的上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.6)对于有V＝4个极性值信息的监测点下邻侧或者上邻侧，采用公式DG＝|2D#+1-D#0-D#-2L#|或者DG＝|2D#-1-D#0-D#-2L#|计算，将DG＝2的上下两相邻监测点之间的线段或母线判定为接地区间；
(4.7)存储并报告自动区间定位结果。
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