CN111289839A - 一种配网单相接地故障区段定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配网单相接地故障区段定位方法，属于配电网的电故障探测领域。本发明对配电网内各开关定义了零序方向信息值D、父子节点、电源节点信息值，基于各开关之间父子节点关系，利用接地故障瞬间各终端的零序分量特征，通过相邻终端之间的信息交互，确定故障发生区域，进而控制对应开关实现故障区域隔离与非故障区域恢复。本发明能够自适应配网运行方式的改变，适应各种复杂配电网络拓扑结构以及多重故障下的故障处理，可实现对配网接地故障处理的准确定位、快速隔离、自动恢复，从而提高配网供电可靠性。

Description

一种配网单相接地故障区段定位方法

技术领域

本发明属于属配电网的电故障探测领域，具体为一种配网单相接地故障区段定位方法。

背景技术

我国中低压配电网大多采用小电流接地系统，其故障类型主要为单相接地故障。目前老一代配电自动化系统中，针对单相接地故障定位功能尚不完善，在某些情况下仍然需要广泛采用人工巡线法确定单相接地故障发生位置，这种做法不仅浪费了大量的人力、物力，而且频繁的短时停电也给用户造成了极大的不便，影响了供电可靠性。

随着新一代配电自动化主站系统的应用，接地故障选线及定位算法已经融入其中，但是算法更多依赖于终端设备上传的接地故障瞬间的暂态波形进行判断，面临的主要问题如下：

一是波形文件大，传输时间长，丢波问题严重；

二是终端录波质量参差不齐，主站算法对不同厂家的波形正确识别率及利用效率较低；

三是算法依赖全站拓扑图形，拓扑图形质量不佳严重影响算法正确性；

四是主站集中算法在掌握全局信息的基础上才能做出正确判断和生成处理策略，故障处理时间较长，发生并发故障时主站处理能力不足。

部分地区依靠就地式馈线自动化实现接地故障隔离与非故障区域的恢复，但该种方式均需要整条路径停电一至两次，对用户影响较大，且该种方法操作繁杂、处理时间长，尤其在供电可靠性要求较高地区，造成设备重启或者停止工作，投诉现象屡见不鲜。

也有部分地区采用基于暂态特征的分布式接地故障定位方法，但该种方法需要终端之间传输波形文件，延时长且波形文件丢失较为严重。此外该种方法需要终端内部配置专用的波形识别及读取程序，程序差异较大，严重影响对比效果，在实际中应用较差。

发明内容

本发明提供了一种配网单相接地故障区段定位方法，该方法能够自适应配网运行方式的改变，适应各种复杂配电网络拓扑结构以及多重故障下的故障处理，可实现对配网接地故障处理的准确定位、快速隔离、可靠动作，从而提高配网供电可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种配网单相接地故障区段定位方法，包括以下步骤：步骤1、获取开关自身参数及相邻开关参数，所述参数包括零序方向信息值D、父子节点、电源节点Kj信息值、开关状态，部分参数定义如下：

零序方向信息值D：当开关处零序电压相角θ _U 与零序电流相角θ _I 的相角差Δθ=θ _U -θ _I 在60°～120°之间，该开关的零序方向信息值D为1；当Δθ在-60°～-120°之间，零序方向信息值D为0；当开关处无零序分量时，开关的零序方向信息值D为-1；

电源节点：变电站内首开关或联络开关均定义为电源节点，一般开关会对应多个电源节点，如，K1、K2、K3等；

父子节点：在开关至配网内各电源节点的路径上，与该开关相邻且靠近电源节点侧的开关定义为该开关的父节点，与该开关相邻且靠近负荷侧的开关称为该开关的子节点，同一开关在不同电源节点路径下对应不同的父子节点；若开关为跳闸状态，则开关不作为父子节点纳入算法当中；

电源节点Kj信息值：对于某一开关，每条电源节点路径都对应一个电源节点信息值，开关在不同电源节点路径下对应不同电源节点信息值； 若某电源节点Kj路径下开关的父节点由“闭合状态”变为“断开状态”，开关的电源节点Kj信息值为1；若某电源节点Kj路径下开关的父节点由“断开状态”变为“闭合状态”，开关的电源节点Kj信息值为0；若某电源节点Kj路径下开关的父节点状态未发生变化，但当开关的相邻开关电源节点Kj信息值发生变化时，本开关的电源节点Kj信息值也随之发生相同改变；

电源节点Kj信息值为1时，对应的父子节点不可调用，电源节点Kj信息值为0时，对应的父子节点可调用；

步骤2、当配网发生接地故障后，判断开关的零序方向信息值D，当开关的零序方向信息值D为1时，执行步骤4；否则，执行步骤3；

步骤3、判断开关父节点的零序方向信息值D，如果父节点的零序方向信息值D为0，执行步骤6；否则，启动预设延时T2，若T2时间内接收到父节点开关跳闸信息，判定故障区域位于该开关相邻上游区段，执行步骤7；否则，执行步骤6；

步骤4、判断开关是否有子节点，如果有，执行步骤5；否则，执行步骤7；

步骤5、判断开关所有子节点的零序方向信息值D是否全都为0，如果是，判定故障区域位于该开关相邻下游区段，执行步骤7；否则，执行步骤6；

步骤6、开关不跳闸；

步骤7、开关经预设延时T1后跳闸，实现故障区域隔离。

优选的，在步骤7之后包括步骤8，所述步骤8为：判断配网中各电源节点状态，若为断开状态，其中一侧无电压，且与其相邻的开关均为闭合状态，则该电源节点经预设延时T3后合闸，为非故障区域恢复供电。

优选的，步骤1中确定开关父子节点时，若开关的原定父节点无法连接，将原定父节点的父节点作为新的父节点；若开关的原定子节点无法连接，将原定子节点的子节点作为新的子节点，重新确定父子节点后，开关的动作逻辑不变。

优选的，所述预设延时T1的取值范围为0s-20s。

优选的，所述预设延时T2大于T1，T2的取值范围为0.5s-20s。

优选的，所述预设延时T3大于T2，T3的取值范围为0s-50s。

本发明取得的有益效果为：

1.本方法中各节点之间通信信息均为状态量，内容简短、传输速度快，传输准确率高，不易丢失；且对终端要求不高，终端软件易于实现。

2.该方法通过“电源节点信息值”实现网络运行状态的间接感知，可适用于多分段多联络多分支的复杂网络。

3.针对故障隔离自愈恢复后，再次或多次发生故障的极端状况，本方法也具有较强的处理能力，完全能够适应复杂故障状态。

4.本方法不依赖于主站系统，无需主站拓扑网络图形，处理速度快。

5.该方法对通信延时要求较低，现有的4G网络完全能够实现，可应用范围不受通信限制。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为某地区配网拓扑结构图。

具体实施方式

如图1所示，一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、获取开关的参数，所述参数包括零序方向信息值D、父子节点、电源节点信息值，各参数定义如下：

零序方向信息值D：当开关处零序电压相角θ _U 与零序电流相角θ _I 的相角差Δθ=θ _U -θ _I 在60°～120°之间，该开关的零序方向信息值D为1；当Δθ在-60°～-120°之间，零序方向信息值D为0；当开关处无零序分量时，开关的零序方向信息值D为-1；

电源节点：变电站内首开关或联络开关均定义为电源节点，一般开关会对应多个电源节点，如，K1、K2、K3等；一个站内出口开关与若干联络开关，每一个都是一个电源节点；

父子节点：在开关至配网内各电源节点的路径上，与该开关相邻且靠近电源节点侧的开关定义为该开关的父节点，与该开关相邻且靠近负荷侧的开关称为子节点，开关在不同电源节点路径下对应不同父子节点；若开关为跳闸状态，则开关不作为父子节点纳入算法当中；

电源节点Kj信息值：对于某一开关，每条电源节点路径都对应一个电源节点信息值，开关在不同电源节点路径下对应不同电源节点信息值； 若某电源节点Kj路径下开关的父节点由“闭合状态”变为“断开状态”，开关的电源节点Kj信息值为1；若某电源节点Kj路径下开关的父节点由“断开状态”变为“闭合状态”，开关的电源节点Kj信息值为0；若某电源节点Kj路径下开关的父节点状态未发生变化，但当开关的相邻开关电源节点Kj信息值发生变化时，本开关的电源节点Kj信息值也随之发生相同改变；

电源节点Kj信息值为1时，对应的父子节点不可调用，电源节点Kj信息值为0时，对应的父子节点可调用。

本算法适用于单个开关，因此获取的只是一个开关的参数。可以将算法适用于网络结构中的每个开关，这样就会对每个开关的状态进行判定，进而实现全网的故障定位。

步骤2、当配网发生接地故障后，判断开关的零序方向信息值D，当开关的零序方向信息值D为1时，执行步骤4；否则，执行步骤3；

步骤3、判断开关父节点的零序方向信息值D，如果父节点的零序方向信息值D为0，执行步骤6；否则，启动预设延时T2（T2应大于后面的预设延时T1），若T2时间内接收到父节点开关跳闸信息，判定故障区域位于该开关相邻上游区段，执行步骤7；否则，执行步骤6；

步骤4、判断开关是否有子节点，如果有，执行步骤5；否则，执行步骤7；

步骤5、判断开关子节点的零序方向信息值D是否全都为0，如果是，判定故障区域位于该开关相邻下游区段，执行步骤7；否则，执行步骤6；

步骤6、开关不跳闸；

步骤7、开关经预设延时T1后跳闸，实现故障区域隔离。

这样本发明就实现了故障区域的定位和隔离。

但是，仅仅隔离故障区域还不能很好的保证供电可靠性，因此，本发明在步骤7之后还提供了步骤8。

步骤8、判断配网中各电源节点状态，若为断开状态，其中一侧无电压，且与其相邻的开关均为闭合状态，则该电源节点经预设延时T3后合闸，为非故障区域恢复供电。

所述预设延时T3也是可以人为设置的，T3应大于T2，通常范围为：0s-50s。

下面以一个具体的实施例来详细介绍本发明方法的具体操作。

图2为某地区配网拓扑结构，具体操作步骤如下：

步骤1、获取开关的参数，包括零序方向信息值D、父子节点、电源节点Kj信息值、开关状态。

图2中K1为站内出口开关、K2和K3为联络开关，按照本方法的定义，K1、K2、K3均为电源节点。

K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11为分段开关或分支开关，为本方法中的适用的开关。

按照定义，各开关在不同电源节点路径下的父子节点如表1所示。

表1 各开关不同电源路径下的父子节点

正常状态下，K1闭合，K2、K3断开，K4到K11均为闭合状态，由系统S向区域供电。

由于开关K2断开，故开关K10的电源节点K2的信息值为1，由于K9与K10相邻，根据节点信息值定义可知，K9的电源节点K2的信息值为1，由此可推得开关K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11的电源节点K2的信息值均为1，同理可推得，开关K4到K11的电源节点K3的信息值也均为1。

此时电源节点K1正常供电，所有开关执行电源K1路径的父子节点。

假设，图2中F1处发生接地故障。

步骤2、当配网发生接地故障后，各开关的零序方向信息值D如表2所示。

表2 F1故障时各开关零序方向信息值D

以开关K4为例，首先对K4的零序方向信息值D进行判定，此时开关K4的零序方向信息值D为1，执行步骤4，判断开关K4是否有子节点。

K4在电源节点K1的路径下子节点为K5、K8，于是执行步骤5、判断开关子节点的零序方向信息值D是否全都为0，如果是，判定故障区域位于该开关相邻下游区段，执行步骤7。此时K5和K8的零序方向信息值D全部为0，因此，故障区域位于K4的下游，K4经过预设时间T1后跳闸，实现故障区域隔离。

再以开关K5为例，故障后，K5的零序方向信息值D为0，执行步骤3，判断K5在电源节点K1路径下的父节点的零序方向信息值D是否为1.此时K5的父节点为K4，K4零序方向信息值D为1，因此经过延时T2。T2延时后，判断K4的开关状态，此时K4已经跳闸（由上述对K4的分析可知），因此判定故障区域位于该开关K5相邻上游区段，执行步骤7，经过预测延时T1后K5跳闸。

同理经过逐一分析，发现故障位于开关K8的上游，K8也要跳闸，实现故障区域隔离。

上述分析得到故障发生在开关K4的下游，K5、K8的上游，与实际故障区域一致，证实了本算法的正确性和有效性。开关K4、K5、K8跳闸，准确实现了故障隔离。

为了提高配网供电稳定性，还需要对非故障区域进行恢复供电。因此本方法还提供了步骤8，判断配网中各电源节点状态，若为断开状态，其中一侧无电压，且与其相邻的开关均为闭合状态，则该电源节点经预设延时T3后合闸，为非故障区域恢复供电。K1继续保持状态不变。

因此继续判断电源开关K2和K3。

由于K4、K5、K8断开，因此电源开关K2、K3均检测到一侧无压。但是对于K2和K3，相邻开关处于闭合状态，因此，经T3延时后，电源开关K2、K3合闸，对非故障区域进行供电。

至此本发明既实现了隔离故障区域，又实现了非故障区域的正常供电。

在上述运行方式下，电源开关K1、K2、K3均闭合，开关K4、K5、K8断开，开关K6、K7、K9、K10、K11闭合。此时，对于开关K6，在电源节点K1路径下开关的父节点K5由“闭合状态”变为“断开状态”，故开关K6的电源节点K1信息值由“0”变为“1”，在电源节点K2路径下开关的父节点K5由“闭合状态”变为“断开状态”，故开关K6的电源节点K2信息值由“0”变为“1”，在电源节点K3路径下开关的父节点K3由“断开状态”变为“闭合状态”，故开关K6的电源节点K3信息值由“1”变为“0”，即开关K6仅有电源节点K3信息值为0，故执行电源K3路径的父子节点。

同理可推得K7、K9、K10、K11对应的电源节点信息值，如表3所示。

表3 运行方式改变电源各节点信息值

若此时非故障区域再次发生接地故障，如图2中的F2处发生接地故障故障，各节点零序方向信息值D如表4所示。

表4 F2处故障时各开关零序方向信息值D

再以本发明的方法继续检测。

对于开关K9，K9此时零序方向信息值D为1，根据步骤2,可知继续执行步骤4，判断K9是否有子节点。根据表1可知，K9在电源节点K2路径下的子节点为K11，执行步骤5，判断子节点K11的零序方向信息值D，此时K11的零序方向信息值D为0，判定故障区域位于开关K9下游区段，执行步骤7，开关K9经过T1延时跳闸。

对于开关K11，经过分析，可知判定故障区域位于开关K11上游区段，K11跳闸，实现故障隔离，其他开关状态不变化。

此处的判断与实际故障一致。

在此基础上，如果F3处也发生故障，开关K7的零序方向信息值D为1，而K7没有子节点，判定故障区域位于开关K7下游区段，开关K7跳闸，实现故障隔离。

上述过程证明本发明的方法不受运行方式影响，能够适应多重故障。

本发明中，存在三个预设延时T1、T2、T3，对于这三个预设延时，应满足T3>T2>T1，这样才可实现本发明的算法。在实际应用中，根据实际情况，自行选择时间长短。

本方法解决了现有单相接地故障定位方法存在的不足，基于各开关之间“父子节点”关系，利用接地故障瞬间各终端的零序分量特征，通过相邻终端之间的信息交互，实现接地故障就地分布式处理，处理故障的同时保证非故障区域正常供电，保证了供电稳定性；同时该方法科学合理，处理快速，动作可靠，保证了配网供电可靠性；该方法对电网拓扑结构和故障类型的依赖性小，适应性强，可以自适应不同结构不同故障，普适性好。

Claims (6)

1.一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、获取开关自身参数及相邻开关参数，所述参数包括零序方向信息值D、父子节点、电源节点Kj信息值、开关状态，部分参数定义如下：

零序方向信息值D：当开关处零序电压相角θ _U 与零序电流相角θ _I 的相角差Δθ=θ _U -θ _I 在60°～120°之间，该开关的零序方向信息值D为1；当Δθ在-60°～-120°之间，零序方向信息值D为0；当开关处无零序分量时，开关的零序方向信息值D为-1；

电源节点：变电站内首开关或联络开关均定义为电源节点；

父子节点：在开关至配网内各电源节点的路径上，与该开关相邻且靠近电源节点侧的开关定义为该开关的父节点，与该开关相邻且靠近负荷侧的开关称为该开关的子节点；同一开关在不同电源节点路径下对应不同的父子节点；若开关为跳闸状态，则开关不作为父子节点纳入算法当中；

电源节点Kj信息值：对于某一开关，每条电源节点路径都对应一个电源节点信息值，开关在不同电源节点路径下对应不同电源节点信息值； 若某电源节点Kj路径下开关的父节点由“闭合状态”变为“断开状态”，开关的电源节点Kj信息值为1；若某电源节点Kj路径下开关的父节点由“断开状态”变为“闭合状态”，开关的电源节点Kj信息值为0；若某电源节点Kj路径下开关的父节点状态未发生变化，但当开关的相邻开关电源节点Kj信息值发生变化时，本开关的电源节点Kj信息值也随之发生相同改变；

电源节点Kj信息值为1时，对应的父子节点不可调用；电源节点Kj信息值为0时，对应的父子节点可调用；

步骤2、当配网发生接地故障后，判断开关的零序方向信息值D，当开关的零序方向信息值D为1时，执行步骤4；否则，执行步骤3；

步骤3、判断开关父节点的零序方向信息值D，如果父节点的零序方向信息值D为0，执行步骤6；否则，启动预设延时T2，若T2时间内接收到父节点开关跳闸信息，判定故障区域位于该开关相邻上游区段，执行步骤7；否则，执行步骤6；

步骤4、判断开关是否有子节点，如果有，执行步骤5；否则，执行步骤7；

步骤5、判断开关所有子节点的零序方向信息值D是否全都为0，如果是，判定故障区域位于该开关相邻下游区段，执行步骤7；否则，执行步骤6；

步骤6、开关不跳闸；

步骤7、开关经预设延时T1后跳闸，实现故障区域隔离。

2.根据权利要求1所述的一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于在步骤7之后包括步骤8，所述步骤8为：判断配网中各电源节点状态，若为断开状态，其中一侧无电压，且与其相邻的开关均为闭合状态，则该电源节点经预设延时T3后合闸，为非故障区域恢复供电。

3.根据权利要求1所述的一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于步骤1中确定开关父子节点时，若开关的原定父节点无法连接，将原定父节点的父节点作为新的父节点；若开关的原定子节点无法连接，将原定子节点的子节点作为新的子节点，重新确定父子节点后，开关的动作逻辑不变。

4.根据权利要求1所述的一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于所述预设延时T1的取值范围为0s-20s。

5.根据权利要求1所述的一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于所述预设延时T2大于T1，T2的取值范围为0.5s-20s。

6.根据权利要求2所述的一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于所述预设延时T3大于T2，T3的取值范围为0s-50s。

Images