CN111308278A - 一种谐振接地系统高阻故障方向检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐振接地系统高阻故障方向检测方法。该检测方法以母线零序电压的变化作为故障启动条件，记录故障线路各检测点处故障后首个工频半波的零序电流i ₀ 、故障相电压u _fp ；计算各检测点所测零序电流与故障相电压在故障后首个工频半波内的相关系数ρ，设定一相关系数的门槛值ρ _set ，若检测点所测零序电流与故障相电压在故障后首个工频半波内的相关系数ρ大于ρ _set ，则判断故障点位于该检测点下游，否则判断故障点位于该检测点上游。在故障初始时刻，零序电压为零，此后逐渐增大，故障相电压为故障相电源电动势与零序电压的叠加，在故障暂态时间内的幅值要远大于零序电压幅值，因此利用故障相电压可以大大提高故障暂态检测方法的可靠性。

Description

一种谐振接地系统高阻故障方向检测方法

技术领域

本发明涉及配电系统技术领域，具体涉及到一种谐振接地系统高阻故障方向检测方法。

背景技术

配电系统受离地面较近、馈入居民区、自然灾害等因素的影响，导线很容易接触到树枝或发生断线并坠落故障，此时往往会发生高阻接地故障。有报告称每年的配电网故障中有5%到10%都是高阻接地故障。当高阻接地故障发生时，存在检测难度大、不能快速切除等问题，若故障长期存在，不但有可能会导致两相接地短路故障，扩大故障范围和故障性质，甚至会引发火灾，对人身、财产安全造成威胁。因此，快速准确的检测出高阻接地故障具有重要的意义。

目前针对于小电流接地系统的故障检测方法中有相当一部分需要利用故障零序电压信号，通过傅里叶变换、卡尔曼滤波、小波变换、FIR滤波器等对信号进行处理，分析故障信号的零序分量故障特征来进行故障检测。然而，当高阻故障发生时，三相电压和零序电压变化不明显，零序电压幅值大幅降低，尤其是对于故障暂态检测方法，因零序电压幅值在高阻故障的暂态时间内从零开始缓慢增大，其在装置采样时间窗口内的幅值整体较低，严重影响暂态检测方法的可靠性。因此零序电压的测量（计算）困难是造成高阻接地故障检测困难的一个重要原因。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种谐振接地系统高阻故障方向检测方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种谐振接地系统高阻故障方向检测方法，所述方法包括以下步骤：

以母线零序电压的变化作为故障启动条件，记录故障线路各检测点处故障后首个工频半波的零序电流i ₀ 、故障相电压u _fp ；

计算各检测点所测零序电流与故障相电压在故障后首个工频半波内的相关系数ρ,其中，ρ的计算公式为：

其中，T为一个工频周波的时间长度；

设定一相关系数的门槛值ρ _set ，将故障相电压作为参考电气量，若检测点所测零序电流与参考电气量的相关系数ρ大于ρ _set ，则判断故障点位于该检测点下游，否则判断故障点位于该检测点上游，其中，所述门槛值ρ _set 取为0.1至0.24之间。

本发明的有益效果：由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

与利用零序电压的故障暂态检测方法相比，本发明具有更高的可靠性，在故障初始时刻，零序电压为零，此后逐渐增大，故障相电压为故障相电源电动势与零序电压的叠加，在故障暂态时间内的幅值要远大于零序电压幅值，因此利用故障相电压可以大大提高故障暂态检测方法的可靠性；

与利用故障电气量暂态分量的故障检测方法相比，本发明不需要滤除工频分量，可利用的故障信息更加丰富，因谐振接地系统中工频分量在故障与健全线路中的规律相同，无法被用于故障检测，因此在实际应用中被视为干扰量，往往要被滤除，装置中一般采用数字滤波器滤除工频分量，不仅增加了计算量，而且在暂态信号频率与工频较为接近时，滤除效果将不明显，事实上，故障电气量的工频分量中也包含着丰富的故障信息，因此本文方法可以比较完整的保留故障信息，可利用的故障电气量波形特征更加明显，提高故障检测的可靠性；同时，因不需要滤波处理，可以简化对波形的处理过程，加快算法的处理速度；

只需将本发明所提选线方案转化为计算机的算法嵌入到馈线零序保护中,即可实现,具有很高的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明优选实施例中故障方向检测流程框图；

图2为本发明优选实施例中典型谐振接地系统仿真模型；

图3为本发明优选实施例中谐振接地系统故障线路故障相电压与不同检测点处的零序电流仿真曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-3所示，本发明的优选实施例，一种谐振接地系统高阻故障方向检测方法，所述方法包括以下步骤：

以母线零序电压的变化作为故障启动条件，记录故障线路各检测点处故障后首个工频半波的零序电流i ₀ 、故障相电压u _fp ；

计算各检测点所测零序电流与故障相电压在故障后首个工频半波内的相关系数ρ,其中，ρ的计算公式为：

其中，T为一个工频周波的时间长度；

设定一相关系数的门槛值ρ _set ，将故障相电压作为参考电气量，若检测点所测零序电流与参考电气量的相关系数ρ大于ρ _set ，则判断故障点位于该检测点下游，否则判断故障点位于该检测点上游，其中，所述门槛值ρ _set 取为0.1至0.24之间。

关于门槛值ρ _set 的取值设定，故障相电压与上游检测点电流的相关系数一直接近于1，与下游检测点电流的相关系数大小则主要受故障初相角的影响，随故障初相角的减小而明显减小，变化范围在-1~-0.06之间，可设定门槛值ρ _set 的取值为：

ρ _set =-0.06+ε

其中，ε为考虑现场干扰、采集精度等影响而给定的相关系数裕量值，一般ε取为0.16~0.3之间，从而门槛值ρ _set 可以取为0.1~0.24之间。

本发明与利用零序电压的故障暂态检测方法相比，本发明具有更高的可靠性。在故障初始时刻，零序电压为零，此后逐渐增大，故障相电压为故障相电源电动势与零序电压的叠加，在故障暂态时间内的幅值要远大于零序电压幅值，因此利用故障相电压可以大大提高故障暂态检测方法的可靠性。

与利用故障电气量暂态分量的故障检测方法相比，本发明不需要滤除工频分量，可利用的故障信息更加丰富。因谐振接地系统中工频分量在故障与健全线路中的规律相同，无法被用于故障检测，因此在实际应用中被视为干扰量，往往要被滤除，装置中一般采用数字滤波器滤除工频分量，不仅增加了计算量，而且在暂态信号频率与工频较为接近时，滤除效果将不明显，事实上，故障电气量的工频分量中也包含着丰富的故障信息，因此本文方法可以比较完整的保留故障信息，可利用的故障电气量波形特征更加明显，提高故障检测的可靠性；同时，因不需要滤波处理，可以简化对波形的处理过程，加快算法的处理速度。

为便于理解，以下提供一个具体的实施例：

图2所示为典型谐振接地系统仿真模型，设置线路5上区段2上发生1000Ω的A相接地故障，故障电气量波形如附图3所示，图2中取四个检测点Q1、Q2、Q3、Q4，在图3中，其中u _A 为A相的故障相电压波形曲线，u ₀ 为零序电压波形曲线，q1、q2、q3、q4分别为Q1、Q2、Q3、Q4四个检测点处采集到的零序电流波形曲线，验证上述算法的有效性。

以母线零序电压的变化作为故障启动条件，记录故障线路各检测点处故障后首个工频半波的零序电流i ₀ 、故障相电压u _fp ；

分别计算检测点Q1、Q2、Q3、Q4所测零序电流与故障相电压在故障后首个工频半波内的相关系数ρ：

检测点	Q1	Q2	Q3	Q4
					<i>ρ</i>	0.74	0.88	-0.34	-0.33

设定相关系数的门槛值ρ _set =0.24，根据各检测点处的相关系数与门槛值的大小关系，判断故障点位于检测点Q1、Q2的下游，位于检测点Q3、Q4的上游。

在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (1)

1.一种谐振接地系统高阻故障方向检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

以母线零序电压的变化作为故障启动条件，记录故障线路各检测点处故障后首个工频半波的零序电流i ₀ 、故障相电压u _fp ；

计算各检测点所测零序电流与故障相电压在故障后首个工频半波内的相关系数ρ,其中，ρ的计算公式为：

其中，T为一个工频周波的时间长度；

设定一相关系数的门槛值ρ _set ，将故障相电压作为参考电气量，若检测点所测零序电流与参考电气量的相关系数ρ大于ρ _set ，则判断故障点位于该检测点下游，否则判断故障点位于该检测点上游，其中，所述门槛值ρ _set 取为0.1至0.24之间。

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