CN110888017B - 一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，当智能电网调度控制系统监测到母线可疑接地，小电流接地故障选线辅助决策功能启动；根据不同的接地方式及消弧线圈补偿模式，将零序电流幅值法、零序电流突变法，无功突变法及IQ综合法等多个维度的选线结果进行有机融合，为单相接地故障试拉路选线提供智能化辅助决策。本发明方法不需要加装硬件设施，不受系统接地方式、消弧线圈补偿方式影响，实现单相接地故障线路的快速识别和控制，减少线路试拉次数，缩短故障处理时间。

Description

一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法

技术领域

本发明涉及一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，属于小电流接地故障选线技术领域。

背景技术

小电流接地系统单相接地故障问题是电力企业实际运行中的一个技术难题，随着社会对电网供电可靠性要求的日益增高，攻克可靠、快速、实用的故障选线技术迫在眉睫。纵观国内外研究现状，已有的选线方法主要分为两大类，即注入信号跟踪法和利用故障信号法，其中利用故障信号的选线方法又分为稳态量选线和暂态量选线。注入信号法及暂态量选线法，需要在线路上加装电源信号装置或者高速数据采集装置，在大规模推广过程中，均存在前期建设费用高，后期运维成本高等问题，导致很多现场仍然采用人工试拉法进行选线，该方式自动化程度低，且依赖人工经验，事故处理效率低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，依托现有的智能电网调度控制系统，以简单实用为目的，为原始拉路法提供辅助决策手段。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，包括：

根据单相接地故障持续时间，判断故障性质；

根据故障性质，获取故障前及故障后设定时刻的电气量采样值；

根据电气量采样值，计算故障前电气量平均值和故障后电气量平均值；

根据故障前电气量平均值和故障后电气量平均值，计算得到IQ选线法、零序电流幅值法、无功突变法和零序电流突变法的选线排序结果；

根据系统接地方式及消弧线圈补偿方式，以及根据选线排序结果，确定最终选线策略。

进一步的，智能电网调度控制系统实时监视母线电压遥测量，若母线的某相电压高于设定的正常门槛值，且另外两相任一相低于设定的正常门槛值，且零序电压大于或等于设定的门槛值，则判断为单相接地故障。

进一步的，所述根据单相接地故障持续时间，判断故障性质，包括：

计算本地接地故障的持续时间，若本次接地故障持续时间小于设定的阈值，则为瞬时接地，不进行选线；否则，为永久性故障，然后判断本次故障是否是连续性故障；

所述连续性故障判定方式为：将本次故障发生时间与上一次同相、同母线故障恢复时间比较，若上一次同相、同母线故障恢复时间与本次故障发生时间相差小于设定阈值，则为连续性故障。

进一步的，所述根据故障性质，获取故障前及故障后设定时刻的电气量采样值，包括：

若属于连续性故障，则故障前的电气量取值，以上一次同相、同母线接地故障时刻为基准，往前倒推，依次采集设定时刻的电气量信息；若不属于连续性故障，则故障前的电气量取值，以本次接地故障时刻为基准，往前倒推，依次采集设定时刻的电气量信息；故障后的电气量取值，以本次接地故障发生时刻为基准，往后倒推，依次采集设定时刻的电气量信息；

所述电气量包括无功，故障相电流和零序电流。

进一步的，所述根据电气量采样值，计算故障前电气量平均值和故障后电气量平均值，包括：

故障前电气量平均值计算为：计算故障前设定时刻电气量采样值的平均值，即为故障前电气量平均值；

故障后电气量平均值计算为：将故障后设定时刻的电气量采样值与故障前电气量平均值相比，将差值最小的电气量采样值剔除，再将剩余电气量采样值求取平均值，即为故障后电气量平均值。

进一步的，根据故障前电气量平均值和故障后电气量平均值，计算得到IQ选线法、零序电流幅值法、无功突变法和零序电流突变法的选线排序结果，包括：

零序电流幅值法：按照故障后零序电流平均值从大到小依次排序；

无功突变法：按照故障后无功平均值与故障前无功平均值的差值从大到小依次排序；

零序电流突变法：按照故障后零序电流平均值与故障前零序电流平均值的差值从大到小依次排序；

IQ选线法：

计算接地母线下每个负荷故障前和故障后的无功平均值的差值和故障相电流平均值的差值，记为ΔQ_j和ΔI_j；

分别将所有负荷的无功平均值的差值和故障相电流平均值的差值求和，记为Q_sum和I_sum；

计算每个负荷无功平均值差值在Q_sum所占的权重以及故障相电流平均值差值在I_sum所占的权重，记为P_qj和P_ij；

将无功平均值差值权重、故障相电流平均值差值权重乘以各自所占的比重，得到：

∑P_j＝P_ij×i_pro+P_qj×q_pro；

按照∑P_j从大到小依次排序；

其中，下标i表示第i个负荷，i_pro表示故障相电流差值法可信度，q_pro表示无功差值法可信度。

进一步的，所述系统接地方式及消弧线圈补偿方式，确定方式为：

将消弧线圈的残流电流值I_resd，与设定的门槛电流值I_thres比较，若I_resd＜I_thres，则系统是经消弧线圈过补偿系统，否则认为系统是不接地系统或经消弧线圈欠补偿系统。

进一步的，所述根据系统接地方式及消弧线圈补偿方式，以及根据选线排序结果，确定最终选线策略，包括：

若系统为不接地系统或经消弧线圈欠补偿系统，则最终选线策略根据IQ选线法以及零序电流幅值法综合给出拉路顺序；

若系统为经消弧线圈过补偿系统，则依次提供三次选线策略结果。

进一步的，

所述根据IQ选线法以及零序电流幅值法综合给出拉路顺序，包括：

a)若两种方法排位第一的是同一条线路，则按IQ选线法排序，给出拉路排序结果；

b)若排位第一的不是同一线路，并且零序电流幅值法排位第一的线路，在故障前后零序电流突变量ΔI_0i＞门槛值，则拉路排序结果中将该线路排在第一位，其他线路顺序按IQ选线法排序，ΔI_0i表示线路i故障前后零序电流突变量；

c)其他情况均按IQ选线法排序；

确定拉路顺序后，按顺序依次进行开关试拉，直至接地消失。

进一步的，若系统为经消弧线圈过补偿系统，则依次提供三次选线策略结果，包括：

a)第一次选线策略结果是综合零序电流幅值法及无功突变法，即若任一线路故障前后零序电流突变量ΔI_0i＞门槛值，则排序第一的为max{I_0i}对应线路，反之，排序第一的为max{ΔQ_i}对应线路，供第一次开关试拉；若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，则重新计算四种方式下的选线排序结果，生成第二次选线策略；I_0i表示线路i故障后零序电流平均值，ΔQ_i表示线路i故障后无功与故障前无功平均的差值；

b)第二次选线策略结果是综合无功突变法及零序电流突变法，即若max{ΔI_0i}＞门槛值，则排序第一的为max{ΔI_0i}对应线路，反之，排序第一的为max{ΔQ_i}对应线路，供第二次试拉；若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，则计算四种方式下的选线排序结果，生成第三次选线策略；

c)第三次选线策略与第二次选线策略一致；若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，也不再推送选线策略。

本发明所达到的有益效果为：

本发明基于智能电网调度控制系统采集的线路故障相电流、零序电流和无功三个电气量，依据相电流突变、零序电流幅值，无功突变以及IQ综合选线方法原理，针对不同接地方式以及消弧线圈补偿方式，形成接地选线辅助策略结果，实现单相接地故障线路的快速识别和控制，减少线路试拉次数，缩短故障处理时间，推动故障选线由“经验型”向“智能型”跨越。

附图说明

图1为本发明的小电流接地故障选线辅助策略流程图；

图2是本发明提供的瞬时性故障及永久性故障判别示意图；

图3是本发明提供的连续性故障判别示意图；

图4(a)是本发明提供的故障前电气量取值示意图；

图4(b)是本发明提供的故障后电气量取值示意图；

图5(a)是本发明提供的不接地系统或经消弧线圈欠补偿接地系统IQ综合法以及零序电流幅值法第一位排序结果一致情况下的综合排序示意图；

图5(b)是本发明提供的不接地系统或经消弧线圈欠补偿接地系统IQ综合法以及零序电流幅值法第一位排序结果不一致情况下的综合排序示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，具体包括：

(1)智能电网调度控制系统实时监视母线电压遥测量，若母线的某相电压高于设定的正常门槛值U_h，且另外两相任一相低于设定的正常门槛值U_l，且零序电压大于或等于设定的门槛值U₀，则给出可疑接地告警信息，并启动小电流接地选线辅助决策流程；

(2)参见图1，本发明提供的选线辅助决策流程如下：

1)判断本次故障是瞬时故障还是永久性故障，若是瞬时性故障，则不推送选线结果。判断方法：

a)计算接地故障的持续时间t_c，(t_c＝t_r-t_f)，其中，t_r表示故障恢复时间，t_f表示故障发生时间；

b)若本次接地故障持续时间t_c＜30s(可设)，则认定为瞬时接地，不推送选线策略，如图2所示，否则，进入步骤2)。

2)判断本次故障是否是连续性故障；

将本次故障发生时间与上一次同相、同母线故障恢复时间比较，若上一次同相、同母线故障恢复时间与本次故障发生时间相差不足30秒(可设)，则认定为连续性故障，如图3所示。

3)获取故障前2个时刻(如图4(a)所示)及故障后4个时刻(如图4(b)所示)的电气量采样值(无功Q，故障相电流I和零序电流I0)，若属于连续性故障，则故障前的电气量取值，以上一次同母线同相接地故障时刻为基准，往前倒推；若不属于连续性故障，则故障前的电气量取值，以本次接地故障时刻为基准，往前倒推；故障后的电气量取值，以本次接地故障发生时刻为基准，往后倒推；

4)计算故障前、故障后的无功Q，故障相电流I和零序电流I0；

a)故障时刻前

如获取故障时刻前10s，20s对应的无功Q、故障相电流I以及零序电流I0，分别计算各电气量的平均值，这样就得到了故障前的电气量。

以无功Q取值为例，两个时刻对应的采样值分别是Q₁₀，Q₂₀,则故障前的无功值Q_avgf为：

b)故障时刻后

如获取故障时刻后12s,18s,24s,30s对应的无功Q、故障相电流I以及零序电流I0，与故障前的电气量平均值进行差值比较，首先将电气量最小差值对应时刻的电气量去掉，再计算出剩余三个时刻对应的电气量的平均值，这样就得到了故障后的电气量。

以无功Q取值为例，四个时刻的采样值分别是Q₁₂，Q₁₈，Q₂₄，Q₃₀，则：

ΔQ_del＝min(fabs(Q₁₂-Q_avgf)，fabs(Q₁₈-Q_avgf)，fabs(Q₂₄-Q_avgf)，fabs(Q₃₀-Q_avgf))

找到最小值Q_del对应的采样值如Q₁₂，则故障后的无功值Q_avgl为：

5)依据IQ选线法、零序电流幅值法、无功突变法、零序电流突变法原理，计算得到各维度的选线排序结果；具体如下：

零序电流幅值法，按照故障后零序电流从大到小依次排序；

无功突变法，按照故障后无功值与故障前无功值差值从大到小依次排序；

零序电流突变法，按照故障后零序电流值与故障前零序值差值从大到小依次排序；

IQ选线法：

a)如四条线路，将故障前后故障相电流差值从大到小进行排序，形成ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄，计算ΔI₁～ΔI₄权重系数P_i1～P_i4，即：

b)将故障前后无功差值从大到小进行排序，形成ΔQ₁、ΔQ₂、ΔQ₃、ΔQ₄，分别计算ΔQ₁～ΔQ₄权重系数P_q1～P_q4，即：

c)综合两种算法计算结果

将a)、b)计算得到的权重系数相加，如下公式所示，形成∑P₁～∑P₄，再按照从大到小进行排序，其中权重系数和最大的线路即为接地线路。

∑P_j＝P_ij×i_pro+P_qj×q_pro

其中，下标j表示第j条线路，i_pro表示故障相电流差值法可信度，q_pro表示无功差值法可信度，i_pro和q_pro取值可根据运行效果或经验随时调整。

6)判断系统接地方式及消弧线圈补偿方式；

根据消弧线圈残流值大小确定消弧线圈补偿方式，若调度控制系统中获取的残流|I_resd|＜门槛值，则代表系统为经消弧线圈过补偿系统，否则代表系统是不接地系统或经消弧线圈欠补偿系统。

7)根据步骤6)判定，若系统为不接地系统或经消弧线圈欠补偿系统，则最终选线策略结果按如下原则给出：

根据IQ选线法以及零序电流幅值法综合给出拉路顺序：

a)若两种方法排位第一的是同一条线路，则按IQ选线法排序，给出拉路排序结果，如图5(a)所示；

b)若排位第一的不是同一线路，并且零序电流幅值法排位第一的线路，若故障前后零序电流突变量，若ΔI_0i＞门槛值，则拉路排序结果中将该线路排在第一位，其他线路顺序按IQ选线法排序，如图5(b)所示；

c)其他情况均按IQ选线法排序。

确定拉路顺序后，按顺序依次进行开关试拉，直至接地消失。

8)根据步骤6)判定，若系统为经消弧线圈过补偿系统，则可提供三次选线策略结果：

a)第一次策略结果是综合零序电流幅值法及无功突变法，即若任一线路故障前后零序电流突变量ΔI_0i＞门槛值，则排序第一的为max{I_0i}对应线路，反之，排序第一的为max{ΔQ_i}对应线路，供第一次开关试拉；若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，则重新按照步骤3)、4)、5)计算四种方式下的选线排序结果，生成第二次选线策略；

b)第二次策略结果是综合无功突变法结果及零序电流突变法结果，即若max{ΔI_0i}＞门槛值，则排序第一的为max{ΔI_0i}对应线路，反之，排序第一的为max{ΔQ_i}对应线路，供第二次试拉；若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，则重新按照步骤3)、4)、5)计算四种方式下的选线排序结果，生成第三次选线策略；

c)第三次策略选线原则与第二次策略一致。若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，也不再推送选线策略。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，其特征在于，包括：

根据单相接地故障持续时间，判断故障性质；

根据故障性质，获取故障前及故障后设定时刻的电气量采样值；

根据电气量采样值，计算故障前电气量平均值和故障后电气量平均值；

根据故障前电气量平均值和故障后电气量平均值，计算得到IQ选线法、零序电流幅值法、无功突变法和零序电流突变法的选线排序结果；包括：

零序电流幅值法：按照故障后零序电流平均值从大到小依次排序；

无功突变法：按照故障后无功平均值与故障前无功平均值的差值从大到小依次排序；

零序电流突变法：按照故障后零序电流平均值与故障前零序电流平均值的差值从大到小依次排序；

IQ选线法：

计算接地母线下每个负荷故障前和故障后的无功平均值的差值和故障相电流平均值的差值，记为ΔQ_j和ΔI_j；

分别将所有负荷的无功平均值的差值和故障相电流平均值的差值求和，记为Q_sum和I_sum；

计算每个负荷无功平均值差值在Q_sum所占的权重以及故障相电流平均值差值在I_sum所占的权重，记为P_qj和P_ij；

将无功平均值差值权重、故障相电流平均值差值权重乘以各自所占的比重，得到：

∑P_j＝P_ij×i_pro+P_qj×q_pro；

按照∑P_j从大到小依次排序；

其中，下标i表示第i个负荷，i_pro表示故障相电流差值法可信度，q_pro表示无功差值法可信度；

根据系统接地方式及消弧线圈补偿方式，以及根据选线排序结果，确定最终选线策略，包括：

若系统为不接地系统或经消弧线圈欠补偿系统，则最终选线策略根据IQ选线法以及零序电流幅值法综合给出拉路顺序；

若系统为经消弧线圈过补偿系统，则依次提供三次选线策略结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，其特征在于，智能电网调度控制系统实时监视母线电压遥测量，若母线的某相电压高于设定的正常门槛值，且另外两相任一相低于设定的正常门槛值，且零序电压大于或等于设定的门槛值，则判断为单相接地故障。

3.根据权利要求1所述的一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，其特征在于，所述根据单相接地故障持续时间，判断故障性质，包括：

计算本地接地故障的持续时间，若本次接地故障持续时间小于设定的阈值，则为瞬时接地，不进行选线；否则，为永久性故障，然后判断本次故障是否是连续性故障；

所述连续性故障判定方式为：将本次故障发生时间与上一次同相、同母线故障恢复时间比较，若上一次同相、同母线故障恢复时间与本次故障发生时间相差小于设定阈值，则为连续性故障。

4.根据权利要求3所述的一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，其特征在于，所述根据故障性质，获取故障前及故障后设定时刻-的电气量采样值，包括：

若属于连续性故障，则故障前的电气量取值，以上一次同相、同母线接地故障时刻为基准，往前倒推，依次采集设定时刻的电气量信息；若不属于连续性故障，则故障前的电气量取值，以本次接地故障时刻为基准，往前倒推，依次采集设定时刻的电气量信息；故障后的电气量取值，以本次接地故障发生时刻为基准，往后倒推，依次采集设定时刻的电气量信息；

所述电气量包括无功，故障相电流和零序电流。

5.根据权利要求4所述的一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，其特征在于，所述根据电气量采样值，计算故障前电气量平均值和故障后电气量平均值，包括：

故障前电气量平均值计算为：计算故障前设定时刻电气量采样值的平均值，即为故障前电气量平均值；

故障后电气量平均值计算为：将故障后设定时刻的电气量采样值与故障前电气量平均值相比，将差值最小的电气量采样值剔除，再将剩余电气量采样值求取平均值，即为故障后电气量平均值。

6.根据权利要求1所述的一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，其特征在于，所述系统接地方式及消弧线圈补偿方式，确定方式为：

将消弧线圈的残流电流值I_resd，与设定的门槛电流值I_thres比较，若I_resd<I_thres，则系统是经消弧线圈过补偿系统，否则认为系统是不接地系统或经消弧线圈欠补偿系统。

7.根据权利要求1所述的一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，其特征在于，

所述根据IQ选线法以及零序电流幅值法综合给出拉路顺序，包括：

a)若两种方法排位第一的是同一条线路，则按IQ选线法排序，给出拉路排序结果；

b)若排位第一的不是同一线路，并且零序电流幅值法排位第一的线路，在故障前后零序电流突变量ΔI_0i>门槛值，则拉路排序结果中将该线路排在第一位，其他线路顺序按IQ选线法排序，ΔI_0i表示线路i故障前后零序电流突变量；

c)其他情况均按IQ选线法排序；

确定拉路顺序后，按顺序依次进行开关试拉，直至接地消失。

8.根据权利要求1所述的一种基于电网调度控制系统的小电流接地故障选线方法，其特征在于，若系统为经消弧线圈过补偿系统，则依次提供三次选线策略结果，包括：

a)第一次选线策略结果是综合零序电流幅值法及无功突变法，即若任一线路故障前后零序电流突变量ΔI_0i>门槛值，则排序第一的为max{I_0i}对应线路，反之，排序第一的为max{ΔQ_i}对应线路，供第一次开关试拉；若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，则重新计算四种方式下的选线排序结果，生成第二次选线策略；I_0i表示线路i故障后零序电流平均值，ΔQ_i表示线路i故障后无功与故障前无功平均的差值；

b)第二次选线策略结果是综合无功突变法及零序电流突变法，即若max{ΔI_0i}>门槛值，则排序第一的为max{ΔI_0i}对应线路，反之，排序第一的为max{ΔQ_i}对应线路，供第二次试拉；若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，则计算四种方式下的选线排序结果，生成第三次选线策略；

c)第三次选线策略与第二次选线策略一致；若接地消失，则代表接地线路找到；若接地未消失，也不再推送选线策略。

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