CN109375057A - 一种基于电流二阶差分的配电网单相接地故障选线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电流二阶差分的配电网单相接地故障选线方法，在每条线路上每隔一定距离设置一个测量点，包括下述步骤：(1)实时获取配电网线路上各点每相的电流信号；(2)计算所述电流信号的二阶差分值；(3)通过将每条线路绝对平均值最大的二阶差分值进行比较来判断故障线路。本发明通过对故障数据的分析，从数据中分析出当线路发生单相接地故障时，流经故障点的电流数据与相邻的电流数据的二阶差分值会有异常，以此作为选线的故障特征量，解决了传统选线方案中物理模型缺陷导致的选线方案具有一定局限性的问题，本发明对复杂的实际问题具有很好的自适应性。

Description

一种基于电流二阶差分的配电网单相接地故障选线方法
技术领域
本发明属于电力系统故障选线技术领域，更具体地，涉及一种基于电流二阶差分的高准确度配电网单相接地故障选线方法。
背景技术
配电网是电力系统中与用户联系最直接的环节，其覆盖面广，而相比于输电网故障机率高，且单相接地是配电网运行中发生的最主要的故障类型。当中性点经消弧线圈接地的配电网发生单相接地故障时电网的三相线电压之间始终保持对称，由于消弧线圈的补偿作用，产生的故障电流较小，此时系统可以点故障继续运行1h～2h，保持对负荷的供电连续性。但长时间带故障运行将给配电网带来巨大的安全隐患，因此有必要对配电网故障选线方法进行研究。
国内外对于单相接地故障线路的识别的核心是基于分析故障线路某特征信号量的提取，例如零序电流幅值法、相位法、注入信号法、小波变换法等。以上方法其基本思路都是基于一定的理论从实际问题中抽象出物理模型，再用数学的严格推导对问题分析求解，故物理模型是否适用直接影响故障判断的合理性与正确性。而在配电网实际选线问题中，线路参数、负荷波动、故障类型、对地电流不对称等因素都会对物理模型提出约束，故传统选线方法很难满足工作状态复杂多变的配电网，也是现阶段小电流接地系统选线问题难以突破的重要原因。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于电流二阶差分的高准确度配电网单相接地故障选线方法，旨在解决现有技术中由于对物理模型的依赖导致故障选线有很大局限性的问题。
本发明提供了一种基于电流二阶差分的配电网单相接地故障选线方法，在每条线路上每隔一定距离设置一个测量点，包括下述步骤：(1)实时获取配电网线路上各点每相的电流信号；(2)计算所述电流信号的二阶差分值；(3)通过将每条线路绝对平均值最大的二阶差分值进行比较来判断故障线路。其中，在每隔一定距离设置一个测量点中，为了方便计算电流差分值，可以按等距来确定设置测量点的间隔距离，比如该间隔距离可以均设为一公里。
更进一步地，步骤(2)中，所述二阶差分值为：Δ2Ina＝ΔIna-ΔI(n+1)a＝(Ina-I(n+1)a)-(I(n+1)a-I(n+2)a)＝Ina-2I(n+1)a+I(n+2)a；其中，Ina为第n个测量点a相的电流值，ΔIna、Δ2Ina分别对应Ina的一阶差分值与二阶差分值。
更进一步地，在步骤(3)中，根据以下原则来判断故障线路：将所有线路所有测量点上得到的各点各相电流二阶差分值的绝对平均值按线路按相区分，将每条线路绝对平均值最大的二阶差分值进行比较，差分值出现异常的几组数据对应的电流检测值之间的线路存在故障。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明通过对故障数据的分析，从数据中分析出当线路发生单相接地故障时，流经故障点的电流数据与相邻的电流数据的二阶差分值会有异常，以此作为选线的故障特征量，解决了传统选线方案中物理模型缺陷导致的选线方案具有一定局限性的问题，本发明对复杂的实际问题具有很好的自适应性。
(2)本发明将电流二阶差分作为特征量，由于电流二阶差分值的组成为：Δ2Ina＝ΔIna-ΔI(n+1)a＝(Ina-I(n+1)a)-(I(n+1)a-I(n+2)a)＝Ina-2I(n+1)a+I(n+2)a，上式中n为某线路的第n个测量点，a为相序，Ina为该测量点的电流数据，ΔIna、Δ2Ina分别对应其一阶差分与二阶差分值。式中2I(n+1)a使得原本经消弧线圈补偿而不明显的故障电流差异重新凸显出来，克服了消弧线圈对故障判断的影响。
(3)本发明采用数据对比的方法，找出异常数据从而识别故障线路相序以及位置，不依赖于具体阈值，提高了选线的准确性与可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于电流二阶差分的高准确度配电网单相接地故障选线方法的实现流程图；
图2为本发明实施例提供的10kV配电网线路模型；
图3为本发明实施例提供的Simulink仿真模型。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种基于电流二阶差分的高准确度小电流接地配电网发生单相接地故障的选线方法，区别于传统的理论分析导向，通过对故障数据的分析对比提取出本发明的故障特征量，以克服现有方法的局限性。
为实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：
步骤一：配电网线路上电流信号的实时获取，需要在每条线路首尾各设置一个测量点，并在每条线路上每隔一公里同样设置一个测量点，以测量线路上各点每相的电流值。
步骤二：进行数据处理，对电流信号进行二阶差分，并取绝对平均值，作为选线特征量。首先定义各线路测量点序号，对线路1设测量点1到10的检测值为I1～I10，取一阶差分即对相邻两个测量值取差，如a相：ΔI1a＝I1a-I2a，ΔI2a＝I2a-I3a，......，ΔI9a＝I9a-I10a。
进而求取二阶差分值即，Δ2I1a＝ΔI1a-ΔI2a＝(I1a-I2a)-(I2a-I3a)……Δ2I8a＝ΔI8a-ΔI9a＝(I8a-I9a)-(I9a-I10a)。
步骤三：将所有线路所有测量点上得到的各点各相电流二阶差分值的绝对平均值按线路按相区分，找出每条线路绝对平均值最大的二阶差分值进行比较，差分值出现异常的几组数据即包含故障点。由此判断故障的线路相序以及位置。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的基于电流二阶差分的高准确度配电网单相接地故障选线方法，现结合附图以及具体实例详述如下：
如图2，根据配电网络运行的参数建立仿真模型。本实施方案仿真环境为MATLAB软件中的Simulink。本文采用的模型是一个具有5条出线的10kV电力系统，中性点接地方式采用经消弧线圈接地，线路长度分别为9km、7km、6km、5km、3km，在每条线路的首尾端各设置一个测量点，并且每条线路上每隔一公里同样设置一个测量点。
在Simulink中搭建的模型如图3所示，其中：
(1)线路集成系统，包含条长度分别为9km，7km，6km，5km，3km的5条线路，线路参数按照架空线参数选取：正序电阻R1＝0.17Ω/km；零序电阻R0＝0.23Ω/km；正序电感L1＝7.6e-3H/km；零序电感L0＝34.4e-3H/km；正序电容C1＝6.1e-8F/km；零序电容C0＝3.8e-8F/km。
(2)消弧线圈，设置一个带有小电阻的电感，根据系统的线路对地电容电流设置电感为2.8H。
(3)10kV电压源，设置线电压有效值为10.5kV。
(4)线路1～线路5：5条线路的负载，阻感性，每条线路的有功变化范围80kW～200kW，无功变化范围为8kvar～20kvar，因此功率因数的变化范围是0.970～0.999。
(5)电力系统分析：电力仿真中对搭建系统进行统一协调以及初始化等功能的模块，包含稳态分析、快速傅里叶分析等功能的工具箱。
在本发明实施例中，设置单相接地故障：在线路1的4.5km处(测量点5与6之间)设置一a相接地故障，接地电阻为1kΩ，设置仿真时间5s，故障时刻设置在0.2s，仿真取稳态过程中的数据(3s～5s)，多次改变负荷，进行10次仿真，每次仿真得到的测量值的有效值作为每个采样周期的数据。
在本发明实施例中，进行数据处理：对电流信号进行二阶差分，并取绝对平均值，作为选线特征量。首先定义各线路测量点序号，对线路1设测量点1到10的检测值为I1～I10，取一阶差分即对相邻两个测量值取差，如a相：ΔI1a＝I1a-I2a，ΔI2a＝I2a-I3a，……ΔI9a＝I9a-I10a。
进而求取二阶差分值即，Δ2I1a＝ΔI1a-ΔI2a＝(I1a-I2a)-(I2a-I3a)……Δ2I8a＝ΔI8a-ΔI9a＝(I8a-I9a)-(I9a-I10a)。
仿真结果得到数据表如下表1(单位：安培)：
表1
从表中数据对比可发现，故障线路1的电流二阶差分值中出现了两组相较于其他线路有明显差异的数据，即Δ2I4a和Δ2I5a，这两组数据的绝对平均值远大于其他线路的各组数据，而他们都与I5a和I6a有关，故定位线路1测量点5和6之间发生a相接地故障，判断结果正确。
本发明公开了一种基于电流二阶差分高准确度的配电网单项接地故障选线方法，包括步骤：配电网线路上电流信号的实时获取，需要在每条线路上每隔一定距离顺序设置多个测量点，以测量线路上各点每相的电流值；进行数据处理，对电流信号进行二阶差分，并取绝对平均值，作为选线特征量；将所有线路所有测量点上得到的各点各相电流二阶差分值的据对平均值按线路按相区分，找出每条线路绝对平均值最大的二阶差分值进行比较，差分值出现异常的几组数据即包含故障点。由此判断故障的线路相序以及位置。本发明除了识别单相接地故障发生的线路以及相序外，还能具体判断故障发生位置。
本领域的技术人员容易理解，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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于电流二阶差分的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，遍及线路按顺序设置若干个测量点，包括下述步骤：
(1)实时获取配电网线路上各点每相的电流信号；
(2)计算所述电流信号的二阶差分值；
(3)通过将每条线路绝对平均值最大的二阶差分值进行比较来判断故障线路。
2.如权利要求1所述的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二阶差分值为：
Δ2Ina＝ΔIna-ΔI(n+1)a＝(Ina-I(n+1)a)-(I(n+1)a-I(n+2)a)＝Ina-2I(n+1)a+I(n+2)a；
其中，Ina为第n个测量点a相的电流值，ΔIna、Δ2Ina分别对应Ina的一阶差分值与二阶差分值。
3.如权利要求1或2所述的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，在步骤(3)中，根据以下原则来判断故障线路：
将所有线路所有测量点上得到的各点各相电流二阶差分值的绝对平均值按线路按相区分，将每条线路绝对平均值最大的二阶差分值进行比较，差分值出现异常的几组数据对应的电流检测值之间的线路存在故障。
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