CN108535597B - 基于线路模型的单相接地故障区段定位方法 - Google Patents

基于线路模型的单相接地故障区段定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于线路模型的单相接地故障区段定位方法，它包括有如下的步骤：当配电网中某处发生单相接地故障时，根据故障录波装置的数据，可得该区域供电端母线处(记为M端，相距l远处的下一个监测点为N端)的故障零序电压uM0和零序电流iM0的采样值；利用麦夸特法，将零序电压uM0和零序电流iM0的离散的采样值拟合得到连续时间函uM0(t)、iM0(t)；利用分布参数电路模型，计算距离l外的下一个测量点N的零序电压uN0(t)c和零序电流iN0(t)c；将计算所得的N端零序电压uN0(t)c、零序电流iN0(t)c与N处采样拟合所得的零序电压uN0(t)、零序电流iN0(t)分别对比，若一致，则MN段非故障区段，继续搜索下一段线路；若不一致，则MN段为故障区段。本发明可在不增加硬件投资的基础上，实现单相接地故障区段的定位。

Description

基于线路模型的单相接地故障区段定位方法
技术领域
本发明属于电力日常维护领域，尤其涉及一种基于线路模型实现配网单相接地故障区段定位的判据和方法。
背景技术
目前大多数配网故障的区段定位方法都是通过线路上安装的数据采集装置实现的。针对单相接地故障，对于中性点经小电阻接地或中性点不接地系统，通过线路上相邻的两个零序电流的比较，可明确判断出单相接地故障是否出现在两个数据采集装置之间，故上述方法可用。但是，对于中性点经消弧线圈接地的系统，零序电流的微弱且不确定使单相接地故障区段定位变得困难，虽然通过调节消弧线圈、并接中阻、注入特征信号等手段可使两个数据采集装置之间的单相接地故障特征明显起来，进而实现单相接地故障的区段定位，但这类方法需增加专业设备。目前，利用单相接地故障时电气量变化特征来实现单相接地故障区段定位的零序暂态功率法、零序暂态电流幅值法、零序电流波形相关法等，受到现场实际诸多因素的影响，还不能确定性地判断配电网故障区段定位，如存在干扰强烈的情况，还需要人的辅助分析进行判断。由此有必要研究一种确定性地自动判断配电网故障区段定位的判据。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是获得一种确定性地自动判断配电网故障区段定位的判据和方法。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：
一种基于线路模型的单相接地故障区段定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：当配电网中某区域发生单相接地故障时，以该区域供电端母线为M端，以与M端相距l远处的下一个监测点为N端，根据故障录波装置的数据，可得M端的故障零序电压uM0和零序电流iM0的采样值；
步骤2：采用麦夸特法，将零序电压uM0和零序电流iM0的离散的采样值拟合得到连续时间函数uM0(t)和iM0(t)；
步骤3：基于分布参数电路模型，根据M端的零序电压和零序电流求得N端的零序电压uN0(t)c和零序电流iN0(t)c；
步骤4：将计算所得的N端零序电压uN0(t)c、零序电流iN0(t)c与在N端采样拟合
所得的零序电压uN0(t)、零序电流iN0(t)分别对比，若满足以下条件：
|uN0(t)c-uN0(t)|≤ε
|iN0(t)c-iN0(t)|≤ε
其中：ε是根据精度自定义的误差允许范围；
则判断M端与N端之间无故障发生；
步骤5：以N端为新的M端，以与新的M端相距远处的下一个监测点为新的N端，重复步骤2至步骤4，直至找到不满足步骤4所述条件的区段，即N端的电量无法通过M端直接求得，也即MN区段中＝中电流流动与正常情况相比发生了变化，可判定此线路就是故障发生的区段。
优选地，基于分布参数电路模型，根据M端的零序电压和零序电流求得N端的零序电压uN0(t)c和零序电流iN0(t)c的计算过程如下：
将M端至N端的单相线路看做由无穷多个微元级联而成；
其中，R、L、C、G分别为每个微元的分布参数等值电路的等效电阻、等效电感、等效电容和等效电导；
并根据以下公式：
Figure BDA0001627319140000031
其中，nΔx＝x，x为线路上一点距M端距离；当均匀传输线由无穷多个集中参数电路微元级联而成时，Δx→0，n→∞，则：
Figure BDA0001627319140000032
由此可根据M端的零序电压和零序电流求得距离l外的N端的零序电压uN0(t)c和零序电流iN0(t)c。
本发明方法与用故障指示器相比，可减少误判或者漏判，提高了故障区段判断的可靠性；与安装了线路状态监测终端的配网自动化系统采用波形识别技术相比，不需要人工辅助确认故障；该方法还实现了在不增加硬件投入的情况下缩小故障区段定位范围的有益效果。
将本发明的判据应用到自动化程度较高的配电网中，可在不增加硬件投资的基础上，实现单相接地故障区段的定位，提高电力系统日常运营维护的效率并降低了成本，具有较高的经济价值和社会意义。
附图说明
图1是线路单相接地故障示意图，l为线路两个检测点M端和N端之间的距离，x为检测点M端和故障点F之间的距离；
图2、图3是单相线路微元电路模型电路示意图，其中：R、L、C、G分别是单位电阻、电感、电容、电导，l为输电线路长度(单位km)，M、N分别表示线路的始末端。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本实施例包括有如下的步骤：
(1)当配电网中某处发生单相接地故障时，根据故障录波装置(一般为暂态故障录波装置TFR)的数据，可得该区域供电端母线处(记为M端，相距l远处的下一个监测点记为N端)的故障零序电压uM0和零序电流iM0的采样值。
(2)利用麦夸特法，将零序电压uM0和零序电流iM0的离散的采样值拟合得到连续时间函数uM0(t)、iM0(t)。
(3)利用分布参数电路模型：
将一段单相线路看成是由无穷多个微元级联而成。在实际工程中，通常会忽略线路的电导G，则其中每个微元的分布参数等值电路如图3所示。其中R、L、C、G分别是单位电阻、电感、电容、电导，l为输电线路长度(单位km)。
如图2所示根据基本电路原理以及高等数学的知识，利用数学归纳法，可推导出用于已知某段线路参数以及某点电压电流，求距离其l处的另一点电压电流，归纳公式如下：
Figure BDA0001627319140000051
其中，nΔx＝x，x为线路上一点距M端距离。当均匀传输线由无穷多个集中参数电路微元级联而成时，Δx→0，n→∞，则：
Figure BDA0001627319140000052
利用上述模型，根据M点的零序电压和零序电流求得距离l外的N端的零序电压uN0(t)c和零序电流iN0(t)c。
(4)将计算所得的N端零序电压uN0(t)c、零序电流iN0(t)c与N处采样拟合所得的零序电压uN0(t)、零序电流iN0(t)分别对比，若满足以下条件：
|uN0(t)c-uN0(t)|≤ε
|iN0(t)c-iN0(t)|≤ε
其中：ε是根据精度自定义的误差允许范围。
则M与N之间无故障发生。
(5)以N端为新的起点，仍然利用上述分布参数模型计算距l1离处的下一个测量点的零序电压电流，与其采样拟合值作对比，若一致，则排除此线路，继续搜寻下一个线路。直到找到一条线路不满足(4)中的条件，如图1所示，即F点发生了故障，此时N端的电量无法通过M端直接求得，也即MN中电流流动与正常情况下相比发生了变化，可判定此线路就是故障发生的区段。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于线路模型的单相接地故障区段定位方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种基于线路模型的单相接地故障区段定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：当配电网中某区域发生单相接地故障时，以该区域供电端母线为M端，以与M端相距l远处的下一个监测点为N端，根据故障录波装置的数据，可得M端的故障零序电压uM0和零序电流iM0的采样值；
步骤2：采用麦夸特法，将零序电压uM0和零序电流iM0的离散的采样值拟合得到连续时间函数uM0(t)和iM0(t)；
步骤3：基于分布参数电路模型，根据M端的零序电压和零序电流求得N端的零序电压uN0(t)c和零序电流iN0(t)c；
步骤4：将计算所得的N端零序电压uN0(t)c、零序电流iN0(t)c与在N端采样拟合所得的零序电压uN0(t)、零序电流iN0(t)分别对比，若满足以下条件：
|uN0(t)c-uN0(t)|≤ε
|iN0(t)c-iN0(t)|≤ε
其中：ε是根据精度自定义的误差允许范围；
则判断M端与N端之间无故障发生；
步骤5：以N端为新的M端，以与新的M端相距远处的下一个监测点为新的N端，重复步骤2至步骤4，直至找到不满足步骤4所述条件的区段，则为故障区段。
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