CN110907752A - 一种配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法 - Google Patents

一种配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，包括：采用PMU和暂态录波型故障指示器以相同采样频率分别对变电站出线端及各支线进行交流采样；当单相接地故障发生后，PMU及暂态录波型故障指示器将故障录波波形上传主站；主站解析PMU上传的母线零序电压波形，通过周期比幅法查找到零序电压突变点位置；通过时间换算获取到暂态录波型故障指示器零序电流暂态起始点位置。本发明将高频不稳定的暂态录波型故障指示器零序电流信号暂态起始点获取转化为低频稳定的PMU零序电压信号突变点获取，降低了错误概率，提高了获取准确度。

Description

一种配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法
技术领域
本发明属于配电网架空线路状态监测技术领域，具体涉及一种配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法。
背景技术
配电网是城市和农村供电的载体，配电网的稳定性和安全性，直接关系到千家万户的供电安全，具有重要的经济价值和社会意义。单相接地故障是配电网最常见的故障形式，以往故障发生后需要人工排查，故障排除耗时较长效率低下。
暂态录波型故障指示器是一种有效的单相接地故障自动定位工具和手段，产品融合了无线通信、高精度采样及新材料等新技术，可实现架空线路单相接地故障判定及故障位置定位，大幅提高故障排查效率。成套暂态录波型故障指示器由一套汇集单元及三只采集单元组成。三只采集单元分别悬挂式安装于架空线路三相电线上，实时采集线路电流及电场等电气量，根据电气量数据的变化情况判断线路上是否发生了短路、接地等故障，并将故障时刻前后的波形数据通过无线射频传递到汇集单元，汇集单元再将汇集合成的故障录波文件上传配电网主站，主站根据收集到的波形数据结合线路拓扑结构进行故障位置定位。
目前暂态录波型故障指示器单相接地故障定位的主流方法有零序电流相似性法和暂态功率法两种。零序电流相似性法原理如图1所示：架空线路发生单相接地故障时，非故障线路零序电流暂态波形相似、极性一致；故障线路与非故障线路零序电流暂态波形不相似、极性相反；故障点上游零序电流暂态波形相似、极性一致；故障点下游与上游零序电流暂态波形不相似、极性相反；主站通过计算同一母线上暂态录波型故障指示器上传的零序电流波形暂态信号的相关系数定位接地故障。暂态功率法原理为：架空线路发生单相接地故障时，非故障线路及故障线路故障点下游零序电流暂态首半波极性与母线零序电压暂态首半波极性相同；故障线路故障点上游零序电流暂态首半波极性与母线零序电压暂态首半波极性相反。
两种主流单相接地故障定位方法都需要准确获取到暂态录波型故障指示器波形的零序电流暂态信号首半波，即找到暂态起始点。零序电流暂态信号的获取是故障定位结果是否准确的关键。暂态录波型故障指示器的零序电流是通过三相采集单元的电流波形合成而来，三只采集单元的采样误差出现叠加情况，同时线路本身结构及负载情况较为复杂，负荷波动不稳定；图2为暂态录波型故障指示器的真实零序电流波形截取，从波形上看零序电流波形存在大量毛刺，主站通过零序电流波形本身查找暂态信号起始点，获取故障后首半波数据的难度很大。
因此，需要一种新的方法来准确找到单相接地故障时，暂态录波型故障指示器零序电流波形暂态起始点，以便获取到准确的首半波数据，为主站单相接地故障定位提供支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，准确获取暂态录波型故障指示器零序电流波形的暂态起始点，以获取准确的首半波数据。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，包括：
(1)采用电力系统同步相量测试装置(PMU)和暂态录波型故障指示器以相同采样频率分别对变电站出线端及各支线进行交流采样；
(2)当单相接地故障发生后，PMU及暂态录波型故障指示器以comtrade文件格式将故障录波波形上传主站；
(3)主站收集到PMU及暂态录波型故障指示器故障波形后，解析PMU零序电压波形数据，利用正弦周期信号特点并采用比幅法获取到零序电压突变点位置；
(4)主站结合PMU波形起始点时间及零序电压突变点位置，计算出单相接地故障发生的准确时间；主站根据单相接地故障发生时间与暂态录波型故障指示器波形起始点时间差计算出零序电流暂态起始点位置。
进一步的，步骤(1)中，通过GPS模块同步PMU与暂态录波型故障指示器采样步调。
PMU与暂态录波型故障指示器采样步调一致的同时，两者需以同样的采样频率进行交流采样以保证零序电压波形与零序电流波形的采样点一一对应。
上述方案中，通过GPS模块同步PMU与暂态录波型故障指示器采样步调，具体包括如下步骤：
当PMU与暂态录波型故障指示器上电后开启交流采样，等待GPS模块进入稳定授时状态后，通过每个设备中微控制器MCU计算交流采样ADC触发源定时器的秒中断与GPS模块秒中断的时间差，判断时间差是否超过设定阈值；
若PMU超过阈值，将时间差换算为定时器计数值并对定时器走时进行修正，以同步ADC模块采样步调，同时使用GPS时间更新设备系统时间；
若暂态录波型故障指示器超过阈值，汇集单元时间更新到GPS时间后，其通过无线射频对三只采集单元进行采样同步。
由上述技术方案可知，本发明将高频不稳定的暂态录波型故障指示器零序电流信号暂态起始点获取转化为低频稳定的PMU零序电压信号突变点获取，降低了错误概率，提高了获取准确度。本发明以GPS时间为基准同步PMU与暂态录波型故障指示器的采样步调，将PMU零序电压突变点与暂态录波型故障指示器零序电流暂态起始点时间差控制在10us以内，从而大幅提高单相接地故障时暂态录波型故障指示器合成零序电流的暂态起始点获取准确度。
附图说明
图1是本发明的单相接地故障判定相似性法示意图；
图2是本发明的单相接地故障发生时暂态录波型故障指示器合成的零序电流波形图；
图3是本发明单相接地故障发生时PMU采集的零序电压波形；
图4是本发明实现系统组成示意图；
图5是本发明PMU及暂态录波型故障指示器采样步调同步流程图；
图6是本发明单相接地故障发生时暂态录波型故障指示器零序电流暂态起始点获取方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-6所示，本实施例的配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，包括如下步骤：
如图4所示，本发明方案实现系统由PMU、暂态录波型故障指示器、配电网主站组成。其中，PMU安装于10KV配电线路变电站出线端，内部集成GPS模块可获取基准时间，通过外接零序PT采集线路零序电压；暂态录波型故障指示器安装于各支线上，成套暂态录波型故障指示器由一台汇集单元和三只采集单元构成，汇集单元中集成GPS模块，汇集单元与采集单元之间通过无线射频通信，汇集单元获取三只采集单元单相电流波形合成线路零序电流；
配电主站通过收集PMU及暂态录波型故障指示器故障录波数据，结合故障定位算法，对单相接地故障进行选线及定位。
图5是本发明PMU及暂态录波型故障指示器采样步调同步流程图，通过该流程实现PMU与暂态录波型故障指示器交流采样同步。如图5所示：其实现原理为两种设备通过GPS模块获取基准时间，分别调整自身ADC采样触发定时器走时，使其与基准时间保持一致，从而使得两者采样步调同步；具体步骤如下：
当设备上电后开启交流采样，等待GPS模块进入稳定授时状态后，设备中微控制器MCU计算交流采样ADC触发源定时器的秒中断与GPS模块秒中断的时间差，判断时间差是否超过设定阈值；对于PMU来说如超过阈值，其将时间差换算为定时器计数值并对定时器走时进行修正，以同步ADC模块采样步调，同时使用GPS时间更新设备系统时间；对于暂态录波型故障指示器来说如超过阈值，汇集单元时间更新到GPS时间后，其通过无线射频对三只采集单元进行采样同步。
PMU与暂态录波型故障指示器采样步调一致的同时，两者需以同样的采样频率进行交流采样以保证零序电压波形与零序电流波形的采样点一一对应，在本发明的实施实例中，两者装置采样频率均为12.8KHz。
图6是单相接地故障发生后本发明的实现系统工作流程图，如图6所示：
步骤一：架空线路发生单相接地故障后，PMU通过采集母线零序电压变化感知到故障发生，以感知到故障时刻为时间基准闭锁故障前4个周波及故障后8个周波的零序电压波形并上传主站；暂态录波型故障指示器通过监视电场变化感知到线路故障，将故障前4个周波及故障后8个周波波形闭锁并上传主站，故障波形上传均采用标准comtrade文件格式，文件中包含波形起始点时间。
步骤二：主站收集到PMU及暂态录波型故障指示器故障波形后，解析PMU零序电压波形数据，图3为单相接地故障发生时，PMU录取的母线零序电压波形，从图上看波形为标准正弦波，无毛刺且无高频信号叠加，利用正弦周期信号特点采用比幅法获取到零序电压突变点位置。
步骤三：主站结合PMU波形起始点时间及零序电压突变点位置，计算出单相接地故障发生的准确时间。
步骤四：主站根据单相接地故障发生时间与暂态录波型故障指示器波形起始点时间差计算出零序电流暂态起始点位置。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，其特征在于，包括：
采用PMU和暂态录波型故障指示器以相同采样频率分别对变电站出线端及各支线进行交流采样；
当单相接地故障发生后，PMU及暂态录波型故障指示器将故障录波波形上传主站；
主站解析PMU上传的母线零序电压波形，通过周期比幅法查找到零序电压突变点位置；
通过时间换算获取到暂态录波型故障指示器零序电流暂态起始点位置。
2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，其特征在于：通过GPS模块同步PMU与暂态录波型故障指示器采样步调。
3.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，其特征在于：利用PMU零序电压突变点，通过时间换算获取到暂态录波型故障指示器零序电流暂态起始点位置。
4.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，其特征在于：通过时间换算获取到暂态录波型故障指示器零序电流暂态起始点位置，具体包括如下步骤：
主站结合PMU波形起始点时间及零序电压突变点位置，计算出单相接地故障发生的准确时间；
主站根据单相接地故障发生时间与暂态录波型故障指示器波形起始点时间差计算出零序电流暂态起始点位置。
5.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，其特征在于：所述PMU及暂态录波型故障指示器以comtrade文件格式将故障录波波形上传主站。
6.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，其特征在于：所述主站解析PMU上传的母线零序电压波形，通过周期比幅法查找到零序电压突变点位置，具体为：
主站收集到PMU及暂态录波型故障指示器故障波形后，解析PMU零序电压波形数据，利用正弦周期信号特点并采用比幅法获取到零序电压突变点位置。
7.根据权利要求2所述的配电网单相接地故障时零序电流暂态起始点获取方法，其特征在于：通过GPS模块同步PMU与暂态录波型故障指示器采样步调，具体包括如下步骤：
当PMU与暂态录波型故障指示器上电后开启交流采样，等待GPS模块进入稳定授时状态后，通过每个设备中微控制器MCU计算交流采样ADC触发源定时器的秒中断与GPS模块秒中断的时间差，判断时间差是否超过设定阈值；
若PMU超过阈值，将时间差换算为定时器计数值并对定时器走时进行修正，以同步ADC模块采样步调，同时使用GPS时间更新设备系统时间；
若暂态录波型故障指示器超过阈值，汇集单元时间更新到GPS时间后，其通过无线射频对三只采集单元进行采样同步。
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