CN109387742B - 一种基于多点有功功率监测和差分的线路故障识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多点有功功率检测和差分的配电网小电流接地系统单相接地故障选线与定位的方法，主要包括：(1)顺序、多点且具有一定时间维度的有功功率稳态数据的读取；(2)有功功率稳态数据差分值的计算和处理；(3)根据步骤(2)中数据处理结果选择故障线路并定位故障地点。相较于现有的基于模型的选线方案，本发明选线和定位结果的准确性并不依赖于具体物理模型的建立。另外，不同于现有选线方案中以单点测量为主的方法，本发明采用顺序且具有一定时间维度的多点测量方案，对于配电网复杂的实际情况也有很好的适用性，对于解决小电流单相接地故障选线问题具有重要意义。

Description

一种基于多点有功功率监测和差分的线路故障识别方法

技术领域

本发明属于电气技术领域，更具体地，涉及一种基于多点有功功率监测和差分的线路故障识别方法。

背景技术

我国配网中大部分采用小电流接地的方式。发生单相接地短路的概率大概能达到80％左右。对于此类故障，电网目前的主要解决方法是“拉闸试停”，但这种方法选线效率低下，且会产生操作过电压和谐振过电压，对电气设备造成不必要的危害。

目前对小电流接地系统单相接地故障选线与定位的研究主要有以下几种：幅值法和相位法，最大

法，五次谐波分量法，零序导纳法，负序电流法，注入信号法，首半波法，暂态电流方向法，小波能量法，等等。这些方法的特点在于通过建立配电网络的物理模型，选取一种或几种特征量进行比较分析。选线和定位的准确性依赖于模型的建立，而实际配电网的复杂性在很大程度上影响了模型建立的准确性。因此，上述各种方法均无法兼顾实际可能发生的各种情况，在单相接地故障选线和定位方面都会存在误判情况。

因此，需要一种新的小电流接地系统单相接地故障判断方法，不依赖于具体物理模型的建立，能够适用于配电网实际运行中的各种复杂情况，且具有较高准确性。

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多点有功功率监测和差分的线路故障识别方法，旨在解决现有技术中由于配电网实际运行较为复杂导致单相接地故障选线和定位方面存在误判的问题。

本发明提供了一种基于多点有功功率监测和差分的线路故障识别方法，包括下述步骤：(1)在线路上按照顺序的原则沿线选取多个测量点，从而将所述线路分为若干区段；当配电网发生单相接地故障后，获取所述测量点有功功率的稳态数据；(2)计算所有相邻测量点之间有功功率稳态数据的一阶差分值，并选择每条线路中有功功率差分值最大的一组数据进行比较；(3)根据比较结果确定故障线路并定位故障地点。

其中，在步骤(1)中，考虑到负荷的波动，获取一段时间内不同时刻测量点的数据。

其中，在步骤(3)中根据以下原则确定故障线路并定位故障地点：正常线路中第一个测量点和第二个测量点之间的有功功率差分是最大的；当发生单相接地故障的线路中，在单相接地故障处两端测量点之间的有功功率差分达到最大；且故障线路的最大有功功率差分大于正常线路最大有功功率差分。

其中，在步骤(2)中，计算一阶差分值，具体为：

ΔP_ij＝P_ij-P_i(j+1)

其中，P_ij、P_i(j+1)分别代表第i条线路第j个和第(j+1)个测量点测得的有功功率稳态数据；ΔP_ij代表第i条线路第j个有功功率稳态数据一阶差分值。

其中，在步骤(2)中，选择每条线路中有功功率差分值最大的一组数据进行比较，具体为：首先比较同一条线路中的有功功率差分，得到该线路的有功功率差分最大值ΔP_m，然后对每条线路的有功功率差分最大值ΔP_m进行比较；在发生接地故障的线路区段有功功率差分值达到最大，并且故障线路的最大有功功率差分会大于正常线路。

本发明所构思的方法与现有方法相比，具有以下有益效果：

(1)不同于现有方法获取端口特征量，本发明采用顺序且具有一定时间维度的多点测量方案，通过对线路上大量测量点有功功率数据的采集，能对每一区段的线路状态进行监控，一旦发生故障，即可准确定位故障地点。

(2)本发明主要通过大量有功功率数据的收集以及故障点两侧有功功率差分最大的特征进行选线和定位，选线和定位结果不依赖于具体物理模型的建立，对于配电网复杂的实际情况有很好的适用性，对解决小电流接地系统单相接地故障选线问题具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于多点有功功率监测和差分的线路故障识别方法的实现流程图；

图2为10kV电力系统模型；

图3为Simulink仿真环境电力系统模型。

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多点有功功率监测和差分的线路故障识别方法，包括以下步骤：

步骤1，顺序、多点且具有一定时间维度的有功功率稳态数据的读取。具体来说，是要在线路上顺序选取多个测量点，将线路分为若干区段。当配电网发生单相接地故障后，获取测量点有功功率的稳态数据。同时，考虑到负荷的波动，应获取在一段时间内不同时刻测量点的数据。

步骤2，有功功率稳态数据差分值的处理。具体来说，是计算所有相邻测量点之间有功功率稳态数据的一阶差分值，选择每条线路中有功功率差分值最大的一组数据进行比较。

步骤3，根据步骤2数据处理结果选择故障线路并定位故障地点。具体来说，正常线路中，第一段线路(即第一个测量点和第二个测量点之间)的有功功率差分是最大的；而发生单相接地故障的线路中，通常是在发生接地故障的区段(即单相接地故障处两端测量点之间)有功功率差分达到最大。并且故障线路的最大有功功率差分会大于正常线路。根据这一现象，可以准确选线并定位故障位置。

在本发明实施例中，可以从理论上进一步阐述以上现象：在正常线路中，有功功率都是从电源侧经线路流向负载侧，大部分有功功率提供给用户端的负载，但是由于线路不可避免地存在电阻参数，所以在其输送过程中会有部分有功功率被线路上的电阻消耗。但如果线路上发生了单相接地故障，即使有消弧线圈的补偿，依然会有一定的故障电流从过渡电阻上流过。电阻产生焦耳热，造成有功功率损耗。发生单相接地故障的两侧测量点之间除了线路电阻的有功损耗之外，还有过渡电阻的有功损耗，最后导致有功功率差分偏大。

为使本发明的阐述更加清楚，通过仿真方式建立符合本发明测量要求的10kV小电流接地系统模型，并且人为设置单相接地故障。根据模型，利用本发明的方法，说明选线以及定位的具体步骤。

首先，介绍仿真模型的建立。本实例仿真环境是MATLAB组件Simulink。实例采用一个具有5条出线的10kV电力系统，中性点经消弧线圈接地，线路长度分别为8km、7km、6km、5km、3km，在每条线路首尾各设置一个测量点，同时在每条线路上每隔1公里设置一个测量点。如附图2所示。

在Simulink中搭建该电力系统，如附图3所示。该电力系统模型各模块参数如下：

(1)线路集成系统：线路长度如前文所述，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：设置为带有小电阻的电感，根据系统线路的对地电容电流设置电感为2.8H。

(3)三相电压源：设置线电压有效值为10.5kV。

(4)5条线路负载：阻感性，每条线路的有功变化范围为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。

除此之外，图中的电力系统分析模块是指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。

其次，介绍仿真过程设置。由于Simulink在仿真过程中不允许更改仿真模型的参数值，为了模拟实际情况中发生单相接地故障后负载波动的情况，仿真分为10次进行，每次仿真均改变负载参数值，仿真时长设置为5s，在0.1s线路1上测量点5和测量点6之间发生过渡电阻为1kΩ的单相接地故障。

本发明涉及的基于有功功率稳态数据差分的小电流接地系统单相接地故障选线与定位方法，主要包括以下步骤：

步骤1：顺序、多点且具有一定时间维度的有功功率稳态数据的读取。

发生单相接地故障后3～5s有功功率的数据即可认为是稳态数据。测取每条线路每个测量点的有功功率。以线路1为例，线路1有10个测量点，10个测量点等距分布，读取每个测量点在3～5s内的有功功率P1～P10。改变负荷，再次进行上述操作，共测出10组有功功率数据。

步骤2：有功功率稳态数据差分值的处理。

计算每条线路相邻两测量点之间的有功功率差分值。以线路1为例，计算得出每次负载变化下的有功功率差分值ΔP₁＝P₁-P₂，ΔP₂＝P₂-P₃，……，ΔP₉＝P₉-P_10。选取在每次负载变化下各条线路最大的有功功率差分值，如本例中，10次负载变化下各条线路最大有功功率差分值如下表所示：

表1各线路最大有功功率差分值(单位：瓦特)

线路	1	2	3	4	5
						差分值	ΔP5	ΔP1	ΔP1	ΔP1	ΔP1
1	399.45	70.22	82.93	84.93	59.36
						2	404.4	70.73	59.83	52.97	35.87
3	390.73	67.49	77.96	75.6	37.76
						4	387.42	78.04	72.15	52.13	36.28
5	405.04	65.98	65.27	69.61	74.11
						6	411.18	66.08	80.84	52.63	77.16
7	387.67	85.92	68.65	62.03	76.18
						8	386.96	70.08	66.69	74.82	77.77
9	385.94	84.06	60.4	61.36	37.37
						10	391.84	68.66	59.59	83.75	36.9

步骤3：根据步骤2数据处理结果选择故障线路并定位故障地点。

如表1所示，负载的变化并没有影响线路上最大有功功率差分值的分布。线路1上ΔP5最大，即发生单相接地故障处相邻两测量点之间的有功功率差分最大；而其他线路上ΔP1最大，即第一个测量点和第二个测量点之间的有功功率差分最大。并且线路1的ΔP5大于其他正常线路的ΔP1。根据上述分析，线路1上测量点5和测量点6之间发生单相接地故障。

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 (2)

1.一种基于多点有功功率监测和差分的线路故障识别方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)在线路上按照顺序的原则沿线选取多个测量点，从而将所述线路分为若干区段；当配电网发生单相接地故障后，获取所述测量点有功功率的稳态数据；

(2)通过计算所有线路上的相邻测量点之间有功功率稳态数据的一阶差分值，并选择每条线路中有功功率差分值最大的一组数据进行比较；

(3)根据比较结果确定故障线路并定位故障地点；

在步骤(1)中，考虑到负荷的波动，获取一段时间内不同时刻测量点的数据；

在步骤(2)中，选择每条线路中有功功率差分值最大的一组数据进行比较，具体为：

首先比较同一条线路中的有功功率差分，得到该线路的有功功率差分最大值ΔP_m，然后对每条线路的有功功率差分最大值ΔP_m进行比较；在发生接地故障的线路区段有功功率差分值达到最大，并且故障线路的最大有功功率差分会大于正常线路；

在步骤(3)中根据以下原则确定故障线路并定位故障地点：

正常线路中第一个测量点和第二个测量点之间的有功功率差分是最大的；当发生单相接地故障的线路中，在单相接地故障处两端测量点之间的有功功率差分达到最大；且故障线路的最大有功功率差分大于正常线路最大有功功率差分。

2.如权利要求1所述的线路故障识别方法，其特征在于，在步骤(2)中，计算一阶差分值，具体为：

ΔP_ij＝P_ij-P_i(j+1)

其中，P_ij、P_i(j+1)分别代表第i条线路第j个和第(j+1)个测量点测得的有功功率稳态数据；ΔP_ij代表第i条线路第j个有功功率稳态数据一阶差分值。

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