CN109239524A

CN109239524A - 一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法

Info

Publication number: CN109239524A
Application number: CN201810775226.7A
Authority: CN
Inventors: 万信书; 林道鸿; 方连航; 吴强; 梁钰; 刘红岩; 林明健
Original assignee: Electric Power Research Institute of Hainan Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Hainan Power Grid Co Ltd
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2019-01-18

Abstract

本发明提供一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，适用于三相线路上仅安装电流互感器的线路，可实现就地定位，通过对故障前后各相的相电流进行相量差计算，滤出负荷电流和相间电容电流的影响，以各相相电流的变化量作为判据进行故障定位，极大地缓解了通讯压力，减少了分析计算量。

Description

一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法

技术领域

本发明涉及配电网故障定位技术领域，尤其涉及一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法。

背景技术

配电网在电力网中起着重要分配电能的作用，随着配电网规模的不断扩大，电力电子装置的大面积使用及分布式电源的接入，使得配电网的结构日益复杂，对经常发生在配电网中的单相接地故障定位准确性产生一定影响。目前，我国6-35kV中压配电网一般采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的方式，经常发生的单相接地故障定位长期以来均为得到很好地解决。

目前应用到工程中的大多数方法为利用暂态分量的首半波、行波法等，需要综合多个不同的电气量，在实际应用过程中需要将所有的信息上传至主站进行判定，在电气量的采集过程中对采样频率要求较高，在信息传输过程中对主站的网络通讯构成很大的压力，在综合的判定的过程中计算逻辑相对复杂，定位全过程易受外界波动而影响结果。

近年来，基于线路三相暂态电流方向的分析方法被提出，通过比较三相暂态电流的方向是否相同确定该检测点是否位于故障点，通过比较线路电流流动方向来判断线路是否为故障线路，但该方法在多种实际工程线路的仿真模拟下存在误判情形，准确性无法保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，包括如下步骤：

S1、通过电流互感器检测配电网各个检测点处的三相电流，并判定是否发生相电流突变；

S2、当发生相电流突变后，提取该检测点突变发生时刻前后设定时间段的各相相电流；

S3、计算突变前后各相相电流幅值变化量，并计算各相相电流幅值变化量的有效值RMS；

S4、对各相相电流幅值变化量进行比较，确定配电网接地故障相与非故障相；

S5、根据所述配电网接地故障相与非故障相的电流幅值变化量的值，判定检测点是否位于故障路径上；

S6、当该检测点位于故障路径上时，对其他多个检测点重复步骤S1至S5，根据多个故障点的判定结果并结合输电线路拓扑结构，确定配电网故障区段。

优选的，步骤S1中，判定是否发生相电流突变还包括如下步骤：

S11、计算相电流变化量Δi与单位时间变化量Δt；

S12、当时，判定相电流发生突变，当时，判定相电流未发生突变。

优选的，所述单位时间变化量Δt取值为1ms。

优选的，当某一个检测点的相电流发生突变时，将故障前的相电流表示为i*(k+n),将故障后的相电流表示为i*(k+M+n)，式中，k表示故障发生前相电流采集的起始时刻点，k+M表示故障发生后相电流采集的起始时刻点，n表示自起始时刻点k之后的各采样时刻点。

优选的，所述n取值为1,2,3,...,m*N，m表示相电流周期数，N表示一个工频周期内的采样点数。

优选的，所述M的取值还满足，应能使值为整数。

优选的，采用如下方法计算突变前后各相相电流幅值变化量Δi(k_n)：

Δi(k_n)＝i*(k+n)-i*(k+M+n) (1)

采用下列方法进一步计算各相相电流幅值变化量Δi(k_n)的有效值RMS：

优选的，步骤S4中，确定所述接地故障相的方法为，根据每相相电流的幅值变化量计算结果，对任一检测点的各相相电流幅值变化量进行对比，当任一相相电流的电流幅值变化量大于其他两相相电流的电流幅值变化量时，则可确定该相为配电网接地故障相，其他两相为非故障相。

优选的，步骤S4中，判定检测点是否位于故障路径上的方法为，当检测点的接地故障相的电流幅值变化量与非故障相的电流幅值变化量的比值大于预设定值时，则判定该检测点位于故障路径上。

优选的，所述预设定值范围为(0,10]区间范围内的任一整数。

与现有技术相比，本发明提供的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法达到的有益效果如下：(1)适合安装故障指示器的小电流接地系统进行故障定位，只需要通过安装在三相线路上的故障指示器实时采集相电流，不需要掌握计算零序电流等信号的特征；(2)就地定位，不需要将采集到的数据传送到数据主站，可以很好的避免传统信号定位因对时等问题带来的误差。只需要通过对就地采集的电流量进行计算，从而实现对配电网单相接地故障的定位；(3)可以更好的适用于中性点不接地及中性点经消弧线圈接地的小电流接地系统，能够实现故障的可靠区段定位，在工程上具有很高的推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法的流程图；

图2为本发明实施例1提供的故障区段三相电流幅值变化量变化曲线；

图3为本发明实施例1提供的非故障区段三相电流幅值变化量变化曲线；

图4为本发明实施例2提供的故障区段三相电流幅值变化量变化曲线；

图5为本发明实施例2提供的非故障区段三相电流幅值变化量变化曲线。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

参见图1，一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，包括如下步骤：

具体的，在步骤S1中，判定是否发生相电流突变还包括如下步骤：

S11、计算相电流变化量Δi与单位时间变化量Δt，其中单位时间变化量取值为1ms；

S12、当时，可判定相电流发生突变，即发生了接地故障，当时，判定相电流未发生突变。

具体的，当某一个检测点的相电流发生接地故障时，将故障前的相电流表示为i*(k+n),将故障后的相电流表示为i*(k+M+n)，式中，k表示故障发生前相电流采集的起始时刻点，k+M表示故障发生后相电流采集的起始时刻点，n表示自起始时刻点k之后的各采样时刻点，其中所述n取值为1,2,3,...,m*N，m表示步骤S2中设定时间段的相电流周期，N表示一个工频周期内的采样点数，所述M的取值要满足能使值为整数，使检测点对应的电流相位同步。

根据上述的设计方案利用电力电路仿真模拟软件ATPDraw，同时结合数学分析软件MATLAB进行了仿真验证，选取了小电流接地系统中性点常见的接地形式，构建中性点不接地的小电流单相故障接地系统，将故障时刻设定在0.1s处，故障前的采集的起始时刻为0，故障后的采集起始时刻为0.2s，每个周期采样点数为2000，共采集2个周波，故k＝0，k+M＝20000，N＝2000，m＝2。

具体的，采用如下方法计算各个故障点突变前后相电流幅值变化量Δi(k_n)：

Δi(k_n)＝i*(k+n)-i*(k+M+n) (1)

采用下列方法进一步计算相电流幅值变化量Δi(k_n)的有效值RMS：

具体的，步骤S4中，确定所述接地故障相的方法为，根据每相相电流的幅值变化量的有效值RMS计算结果，对任一检测点的各相相电流幅值变化量进行对比，当任一相相电流的电流幅值变化量大于其他两相，则可确定该相为配电网接地故障相，其他两相为非故障相。

以两个检测点为例，利用MATLAB绘制出故障前后相电流幅值差值曲线，如图2与图3所示，可以发现故障相的电流幅值差值明显大于非故障相的电流幅值差值，并将两个检测点故障前后的每相相电流幅值变化量计算结果列在表1中，可知两个检测点的A相相电流幅值变化量大于B、C两相相电流幅值变化量，故A相为此配电网的单相接地故障相，B、C相为非故障相。

表1 各相相电流的幅值变化量

根据线路的拓扑结构设定故障相相电流幅值变化量与非故障相相电流幅值变化量之比的设置预设定值的范围为[5,10]，在本实施例中，将预设定值取为5，由表1可知，检测点CT IV1的三相电流故障前后的相电流幅值变化量之比大于设定值，该检测点位于故障路径上，检测点CT I1的三相电流故障前后的相电流幅值变化量之比小于设定值，该检测点不位于故障路径上，同时对其他检测点重复步骤S1至S5进行计算，可以判断出检测点CTIV2位于故障路径上，而其他检测点均未位于故障路径上，结合线路的拓扑结构可知，该经消弧线圈接地的小电流接地系统的故障区段位于检测点CT IV1与检测点CT IV2之间。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，通过电力电路仿真模拟软件ATPDraw构建中性点经消弧线圈接地的小电流单相故障接地系统，同样将故障时刻设定在0.1s处，故障前的采集的起始时刻为0，故障后的采集起始时刻为0.2s，每个周期采样点数为2000，共采集2个周波，故k＝0，k+M＝20000，N＝2000，m＝2。

利用MATLAB绘制出故障前后相电流幅值差值曲线，如图4与图5所示，可以发现故障相的电流幅值差值明显大于非故障相的电流幅值差值，进一步计算故障前后相电流幅值变化量即相电流幅值差值Δi(k_n)的有效值RMS，将两个检测点故障前后的每相相电流幅值变化量计算结果列在表2中：

表2 各相相电流的幅值变化量

可知检测点CT IV1的A相相电流幅值变化量大于B、C两相相电流幅值变化量，故A相可能为此配电网的单相接地故障相，对于检测点CT I1不存在唯一的相电流幅值变化量最大值，因此判断该检测点未位于故障区段。

根据线路的拓扑结构约定故障相相电流幅值变化量与非故障相相电流幅值变化量之比的设定值为2.5，由图2可知检测点CT IV1的三相电流故障前后的相电流幅值变化量之比大于设定值，该检测点位于故障路径上。对其他检测点进行同样的计算，可以判断出检测点CT IV2位于故障路径上，而其他检测点均未位于故障路径上。结合线路的拓扑结构可知，该经消弧线圈接地的小电流接地系统的故障区段位于检测点CT IV1与检测点CT IV2之间，

工作原理为：通过电流互感器实时监测配电网各个检测点处三相电流，当配电网发生单相接地故障后，提取故障发生时刻前后设定短时窗内的三相电流，对故障前后各相的相电流进行幅值分析。通过故障前后采集起始时刻相位相同的相电流，实现电流相量幅值的差值运算，然后计算各相相电流的幅值变化量。在某检测点若存在其中一相的相电流幅值变化量大于另外两相的相电流幅值变化量，则判定该相为配电网中的接地故障相；若存在故障相的电流幅值变化量与非故障相的电流幅值变化量之比大于一个预设定值时，则判定该检测点位于故障路径上。根据对配电网各个检测点的判定结果，结合线路的拓扑结构，位于故障路径上的检测点之间的部分为配电网中的故障区段，即实现配电网中单相接地故障的定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S5、根据所述配电网接地故障相与非故障相的电流幅值变化量的值，判定发生相电流突变的检测点是否位于故障路径上；

2.根据权利要求1所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，步骤S1中，判定是否发生相电流突变还包括如下步骤：

S11、计算相电流变化量Δi与单位时间变化量Δt；

3.根据权利要求2所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，所述单位时间变化量Δt取值为1ms。

4.根据权利要求1所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，当某一个检测点的相电流发生突变时，将故障前的相电流表示为i*(k+n),将故障后的相电流表示为i*(k+M+n)，式中，k表示故障发生前相电流采集的起始时刻点，k+M表示故障发生后相电流采集的起始时刻点，n表示自起始时刻点k之后的各采样时刻点。

5.根据权利要求4所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，所述n取值为1,2,3,...,m*N，m表示相电流周期数，N表示一个工频周期内的采样点数。

6.根据权利要求4所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，所述M的取值还满足，应能使值为整数。

7.根据权利要求1所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，采用如下方法计算突变前后各相相电流幅值变化量Δi(k_n)：

Δi(k_n)＝i*(k+n)-i*(k+M+n) (1)

8.根据权利要求1所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，步骤S4中，确定所述接地故障相的方法为，根据每相相电流的幅值变化量计算结果，对任一检测点的各相相电流幅值变化量进行对比，当任一相相电流的电流幅值变化量大于其他两相相电流的电流幅值变化量时，则可确定该相为配电网接地故障相，其他两相为非故障相。

9.根据权利要求1或8所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，步骤S4中，判定检测点是否位于故障路径上的方法为，当检测点的接地故障相的电流幅值变化量与非故障相的电流幅值变化量的比值大于预设定值时，则判定该检测点位于故障路径上。

10.根据权利要求9所述的一种基于三相电流幅值的小电流单相接地故障定位方法，其特征在于，所述预设定值范围为(0,10]区间范围内的任一整数。