CN110888019A - 利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位方法，实时测量配电网三相电流，当系统发生单相接地故障，分散在线路上的多个检测装置采集相电流的突变方向并上传至主站，主站根据三相电流的突变方向特征，并利用变压器及线路参数修正突变特征，最终确定故障区段。根据三相电流的突变方向结合线路拓扑结构确定故障路径，若故障路径唯一，则通过对故障路径最终确故障点所在区段；若故障路径不唯一，则通过判断线路容抗与变压器感抗间的关系来排除伪故障路径。最后，通过对故障路径的识别确定故障点所在区段。本发明有效弥补了当前仅仅基于相电流突变方向易出现多个伪故障点的问题，定位准确率高，具有较高的工程价值。

Description

利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位方法及系统
技术领域
本发明属于电力自动化技术领域，涉及配电网中单相接地故障领域，具体来说是一种利用变压器及线路参数修正的配电网单相接地故障定位方法及系统。
背景技术
配电网在电力系统的作用是电能分配，是关乎国民经济和社会发展的重要公共基础设施。近年来，我国经济快速发展，对电力能源的需求日益增加，且对其质量要求愈加严格，因此国家对配电网的建设更加重视。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，单相故障发生后的定位问题长期以来均未得到很好地解决。
目前提出的方法大多采取馈线终端装置(FTU)或配电终端单元(DTU)采集的零序电流瞬时值上传到主站，由主站进行计算实现故障定位，这需要将零序电流的瞬时值上传到主站，极大地增加了主站的工作量和通信的流量。
近年，基于相电流电流突变方向的分析方法被提出，该方法通过比较三相暂态电流的突变方向来判断线路是否发生故障，认为如果三相电流的突变方向相同则为正常路径，如果某相和其他两相突变方向相反则为故障路径。但现场实际运行发现该方法的定位过程中出现了较多的伪故障区段，在很多情况下出现误动。
发明内容
本发明的目的在于对发生故障后配电网中三相暂态电流进行研究，提出一种利用变压器及线路参数修正的配电网单相接地故障定位方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
实时测量配电网三相电流，当系统发生单相接地故障，分散在线路上的多个检测装置采集相电流的突变方向并上传至主站，主站根据三相电流的突变方向特征，并利用变压器及线路参数修正突变特征，最终确定故障区段。根据三相电流的突变方向结合线路拓扑结构确定故障路径，若故障路径唯一，则通过对故障路径最终确故障点所在区段；若故障路径不唯一，则通过判断线路容抗与变压器感抗间的关系来排除伪故障路径。最后，通过对故障路径的识别确定故障点所在区段。
一种利用变压器及线路参数修正的配电网单相接地故障定位方法，包括如下步骤：
步骤1：各检测装置实时测量相电流变化；
步骤2：一旦判定某检测点处相电流发生突变时，则通过检测装置采集并判断各相电流突变方向是否具有一致性，并将突变方向信息量传至主站；
步骤3：对步骤2上传至主站的信息进行故障区段判定，若某个检测装置的三相电流突变方向相同则判定该检测点位于非故障路径，否则该检测点位于故障路径；
步骤4：结合线路结构，对步骤3所求得的故障区段进行唯一性判定。若故障路径唯一，则通过该故障路径最终确故障点所在区段，即步骤3所确定的故障区段；
步骤5：若故障路径不唯一，则通过判断线路容抗与变压器感抗间的关系来排除伪故障路径，最终确定故障区段。
如前文所述，当前仅仅基于相电流突变方向易出现多个伪故障点的问题，其具体原因分析如下：
等值电路如附图4所示，故障前if＝0；故障后if≠0，故障线路在F点之前的故障相电流记为iKA′、故障线路非故障相电流表达式及非故障线路各相电流以故障线路B相为例记为iKB′：
Figure BDA0002295835230000021
Figure BDA0002295835230000022
其中，iKAC′为A相对地电容电流；iKAL′为A相负荷电流；u0为中性点对地电压；eA为A相相电压；CM为线路对地电容。经过数学分析可知，在故障路径上故障相的电流突变方向和非故障相的电流突变方向相反。
对于未发生故障的线路，不计相间电容电流及负荷电流，各相电流可表示为iA′、iB′、iC′，可得到A、B、C三相的电流方向与系统实际运行时电感、电容的参数关系。
Figure BDA0002295835230000031
Figure BDA0002295835230000032
Figure BDA0002295835230000033
Figure BDA0002295835230000034
Figure BDA0002295835230000035
其中，u0′中性点等效对地电压；LA、LB、LC为等效对地电感；CkB、CkC为等效对地电感；uCB、uCC为等效相间电压。
通过对上述公式进行分析可知，非故障线路A、B、C三相的电流突变方向与系统实际运行时电感、电容的参数有关。经数学分析可知，如果线路的容抗大于变压器阻抗，则故障相与非故障相突变方向相同；反之，如果线路的容抗小于变压器阻抗，则故障相与非故障相突变方向相反。也就是说，在正常线路上也有可能出现某相电流突变方向和其他两相相反的情况，与故障路径上的特征类似。因此，如果仅仅判断通过相电流突变方向的判断方法不能适应复杂的电网情况，必须通过线路参数特征分析补充定位判据。
本发明进一步包括以下优选方案：
在步骤2中，相电流突变用电流的瞬时变化率
Figure BDA0002295835230000036
衡量(△t＝1ms)，如下式所示：
当
Figure BDA0002295835230000037
时，判定为相电流发生突变；
当
Figure BDA0002295835230000038
时，判定为相电流未发生突变。
其中ε表示判断突变与否的定值。
在步骤5中，对多个待选的故障区段逐一进行伪故障区段排除，直至得到连续且唯一的故障区段。伪故障区段的排除依据以线路容抗与变压器感抗之间的关系作为判定标准，即若线路容抗小于变压器感抗，则判定该区段为伪故障路径，否则为故障路径。
本发明还公开一种利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位系统，包括：
监测单元，用于监测系统相电流是否发生突变；
采集单元，用于在监测单元监测到相电流发生突变时，采集每个检测点的相电流突变方向信息量；
第一判断单元，用于根据上述突变方向信息量是否具有一致性，突变方向信息量不一致的检测点位于故障区段上游，该检测点的下游区段即为故障区段；
第二判断单元，用于结合线路拓扑结构，对上述故障路径进行唯一性判定，若故障路径唯一，则通过该故障路径最终确定故障点所在区段；若故障路径不唯一，则通过判断线路容抗与变压器感抗间的关系来排除伪故障路径，确定故障区段。
所述监测单元，是根据相电流的瞬时变化率衡量是否发生突变。
所述第二判断单元对多个待选的故障区段逐一进行伪故障区段排除，直至得到连续且唯一的故障区段，伪故障区段的排除依据以线路容抗与变压器感抗之间的关系作为判定标准，即若线路容抗小于变压器感抗，则判定该区段为伪故障路径，否则为故障路径。
本发明的优点是：
(1)利用变压器及线路参数修正突变特征，排除伪故障路径，准确确定故障区段。
(2)信息量采集方便，不需要提取复杂的暂态录波，节约主站存储空间和通信成本。
(3)信息量计算简单，不需要掌握计算零序电流等信号的特征，避免了传统利用复杂信息量计算带来的误差；
(4)适用于中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的小电流接地系统，在工程上具有很高的推广价值。
附图说明
图1是本发明实施例中经消弧线圈接地小电流单相接地故传统障系统仿真模型；
图2是本发明实施例中10km线路情况下，非故障区段检测点三相电流变化曲线；
图3是本发明实施例中100km线路情况下，非故障区段检测点三相电流变化曲线；
图4是本发明实施例中小电流接地系统故障暂态等值电路；
图5是本发明中利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位方法流程框图
图6是本发明中的利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位系统的结构框图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
配电网主站一般采用分层结构，即分为主站层、子站层、终端层。检测装置一般位于终端层，区域范围内的测控终端与子站通信，子站再与主站通信，从而实现检测终端的信息上传。
如图1所示，图1为电力暂态仿真软件ATP搭建的经消弧线圈接地小电流单相接地故障系统模型，其中，Probe为安装在三相线路上的检测装置，实际工程中一般采用电流互感器CT或具有相电流采集功能的故障指示器等检测装置，其中Probe 1、Probe 2、Probe 3、Probe 3-1、Probe 3-2、Probe 4、Probe 4-1为实例检测装置的安装情况，针对线路的不同长度设置一个或多个检测点。在本实例中Probe 4位于故障路径上游、Probe 4-1位于故障路径下游，其他检测装置设置在非故障路径上，仿真试验中模拟故障在0.1s时发生的情形，并进行准确性检验。
对小电流接地系统发生单相接地故障可以采用本申请公开的一种利用变压器及线路参数修正的配电网单相接地故障定位方法进行故障定位，在配电网各检测装置安装检测装置。参见图5，其步骤如下：
步骤1：实时测量系统各检测点处的相电流变化；
步骤2：监测各检测点处相电流是否发生突变，一旦判定某检测点处相电流发生突变时，则通过检测装置采集并判断各相电流突变方向是否具有一致性，并将突变方向信息量传至主站；
相电流突变用电流的瞬时变化率
Figure BDA0002295835230000061
衡量(△t＝1ms)，如下式所示：
当
Figure BDA0002295835230000062
时，判定为相电流发生突变；
当
Figure BDA0002295835230000063
时，判定为相电流未发生突变。
其中ε表示判断突变与否的定值。
步骤3：对步骤2上传至主站的信息进行故障区段判定，若三相电流突变方向相同，则判定该检测点位于非故障路径，否则该检测点位于故障路径；
本申请实施例中以Probe 3检测点和Probe4检测点为例，说明考虑线路特征的配电网故障定位方法。其中，设置检测点Probe3-1所在线路的长度分别为10km和100km。得到Probe 3和4相电流方向变化如下表所示。在本实例中，当检测点Probe3-1所在线路的长度分别为10km时，三相电流的变化相同，如图2所示，此时存在唯一故障路径；当检测点Probe3-1所在线路的长度为100km时，三相电流的变化不相同，故障相和其他两相变化相反，如图3所示，此时存在多个故障路径，这使传统的基于线路三相电流突变方向的分析方法无法对故障进行正确的定位。
线路长度 10km 100km
Probe 3三相电流的方向变化是否相同 是 否
Probe 4三相电流的方向变化是否相同 否 否
步骤4:结合线路结构，对步骤3所求得的故障区段进行唯一性判定，若故障路径唯一，则通过对故障路径最终确故障点所在区段，若故障路径不唯一，则通过判断线路容抗与变压器感抗间的关系来排除伪故障路径，并通过对故障路径的识别最终确定故障点所在区段。
在本申请实施例中，对于不同线路参数，可能得到唯一的故障路径，如线路长度为10km时。但也可能得到多个故障路径，如线路长度为100km时。进一步进行分析，对线路长度为100km的情况进行判定，经计算可知得，此时线路容抗小于变压器感抗，则判定该Probe 3检测到的区段为伪故障区段，从而得到正确的故障点位于Probe 4检测点下游，最终结合线路拓扑结构得到故障区段。
如图6所示，本发明还公开一种利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位系统，包括：
监测单元601，用于监测系统相电流是否发生突变；
采集单元602，用于在监测单元监测到相电流发生突变时，采集每个检测点的相电流突变方向信息量；
第一判断单元603，用于根据上述突变方向信息量是否具有一致性，突变方向信息量不一致的检测点位于故障区段上游，该检测点的下游区段即为故障区段；
第二判断单元604，用于结合线路拓扑结构，对上述故障路径进行唯一性判定，若故障路径唯一，则通过该故障路径最终确定故障点所在区段；若故障路径不唯一，则通过判断线路容抗与变压器感抗间的关系来排除伪故障路径，确定故障区段。
所述监测单元，是根据相电流的瞬时变化率衡量是否发生突变。
所述第二判断单元对多个待选的故障区段逐一进行伪故障区段排除，直至得到连续且唯一的故障区段，伪故障区段的排除依据以线路容抗与变压器感抗之间的关系作为判定标准，即若线路容抗小于变压器感抗，则判定该区段为伪故障路径，否则为故障路径。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位方法，包括如下步骤：
步骤1：监测系统相电流是否发生突变；
步骤2：当相电流发生突变时，采集每个检测点的相电流突变方向信息量；
步骤3：根据上述突变方向信息量是否具有一致性，突变方向信息量不一致的检测点位于故障区段上游，该检测点的下游区段即为故障区段；
步骤4：结合线路拓扑结构，对上述故障路径进行唯一性判定，若故障路径唯一，则通过该故障路径最终确定故障点所在区段，；
步骤5：若故障路径不唯一，则通过判断线路容抗与变压器感抗间的关系来排除伪故障路径，确定故障区段。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
在步骤2中，相电流突变用电流的瞬时变化率
Figure FDA0002295835220000011
衡量(△t＝1ms)，如下式所示：
当
Figure FDA0002295835220000012
时，判定为相电流发生突变；
当
Figure FDA0002295835220000013
时，判定为相电流未发生突变。
其中ε表示判断突变与否的定值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
在步骤5中，对多个待选的故障区段逐一进行伪故障区段排除，直至得到连续且唯一的故障区段。伪故障区段的排除依据以线路容抗与变压器感抗之间的关系作为判定标准，即若线路容抗小于变压器感抗，则判定该区段为伪故障路径，否则为故障路径。
4.一种利用线路特征修正的配电网单相接地故障定位系统，包括：
监测单元，用于监测系统相电流是否发生突变；
采集单元，用于在监测单元监测到相电流发生突变时，采集每个检测点的相电流突变方向信息量；
第一判断单元，用于根据上述突变方向信息量是否具有一致性，突变方向信息量不一致的检测点位于故障区段上游，该检测点的下游区段即为故障区段；
第二判断单元，用于结合线路拓扑结构，对上述故障路径进行唯一性判定，若故障路径唯一，则通过该故障路径最终确定故障点所在区段；若故障路径不唯一，则通过判断线路容抗与变压器感抗间的关系来排除伪故障路径，确定故障区段。
5.根据权利要求4所述的系统，其中：监测单元，是根据相电流的瞬时变化率衡量是否发生突变。
6.根据权利要求4所述的系统，其中：第二判断单元对多个待选的故障区段逐一进行伪故障区段排除，直至得到连续且唯一的故障区段，伪故障区段的排除依据以线路容抗与变压器感抗之间的关系作为判定标准，即若线路容抗小于变压器感抗，则判定该区段为伪故障路径，否则为故障路径。
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