CN111505438A - 一种改进型自适应馈线自动化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型自适应馈线自动化方法，包括以下步骤：(1)配电终端采集含有噪声的零序电压电流信号；(2)接地故障发生后，判断故障线路的零序电压是否超过零序过电压启动门槛；(3)若超过，则接地选线元件启动并利用小波包分解零序电压电流信号；(4)计算暂态零序功率并自动调整零序电流极性；(5)根据暂态零序功率极性方向识别是否有单相接地故障发生在本间隔下游；(6)自适应馈线自动化技术对故障进行定位与隔离后恢复供电。本发明能够提高选线准确率，缩短故障处理时间，结合故障路径自适应延时实现多分支选段，解决线路多分支、多供电方式下单终端选线选段的难题。

Description

一种改进型自适应馈线自动化方法

技术领域

本发明属于配电网接地故障区段定位技术，具体涉及一种改进型自适应馈线自动化方法。

背景技术

随着社会发展和技术的进步，人们对供电质量提出了更高的要求，因此快速有效地发现并隔离或消除故障越来越重要。单相接地故障是配电网中最常见的故障，约占80％以上。对于小电流接地系统，发生单相接地后，故障点的电流非常微弱，线电压依然对称，系统可继续运行1～2h。然而，故障发生后，非故障相电压升高，若长时间带故障运行，引起绝缘的薄弱环节被击穿，将进一步发展成为两相或三相短路，使事故扩大，不利于电网的安全稳定运行。

目前基于单相接地故障零序稳态电流进行故障选线的方法已经实际应用，但在实际挂网运行中准确率较低。由运行人员逐条逐段切断线路，利用零序电压或电流消失与否判断故障线路仍是常态。这种方法不仅费时费力，更对设备寿命和电网安全稳定运行构成威胁。这是因为小电流接地系统接地电流小，且易受接地故障位置、不平衡电流等的影响。近年来的研究表明，基于故障零序电流暂态信号进行故障选线具有更高的可靠性。

配电网网络架构及运行方式复杂，具体到某一开关，其功率流向并不固定，传统方法在安装时已固定了零序PT、零序CT极性，不能随线路运行状态变化灵活调整，不利于得到正确的接地选线结果。由于传统的接地选线方法准确率不高，所以一般不投跳闸出口，而是向主站发信，由主站综合研判后遥控切断故障线路，待该线路失压分闸后，再由首开关合闸后，线路开关依次来电合闸，这种方法加入了馈线自动化功能，但恢复供电时间仍然较长。

综上所述，国家的经济社会发展要求配电网不断向智能化、高度自动化转变，但目前的接地选线方式仍有准确率不高、自动化程度低、隔离故障恢复供电时间长等缺点。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种选线成功率较高，可投跳闸出口，不仅缩短故障隔离时间，还能提高自动化程度的改进型自适应馈线自动化方法。

技术方案：本发明包括改进型自适应馈线自动化方法，包括以下步骤：

(1)配电终端采集含有噪声的零序电压、零序电流信号；

(2)接地故障发生后，故障线路的零序电压上升，判断是否超过零序过电压启动门槛；

(3)若故障线路的零序电压超过零序过电压启动门槛，则接地选线元件启动；然后，利用小波包分解零序电压、零序电流信号；

(4)根据小波包处理后的零序电压和零序电流计算暂态零序功率，并自动调整零序电流极性；

(5)对零序电流极性调整后，根据暂态零序功率极性方向识别是否有单相接地故障发生在本间隔下游；

(6)若识别出有单相接地故障发生在本间隔下游，则自适应馈线自动化技术对故障进行定位与隔离后恢复供电。

步骤(2)中，所述零序过电压启动门槛根据线路运行经验来确定。

步骤(4)中，所述小波包处理具体为对小波包系数阈值进行去噪处理，通过去噪处理后的小波包重构出零序电压和零序电流。

步骤(4)中，根据线路来电方向自动调整零序电流极性方向。

所述根据线路来电方向自动调整零序电流极性方向包括以下步骤：

(4.1)将零序电流极性方向作为内部定值，默认为0，此时，计算暂态零序功率时，正向为从电源侧PT流向负荷侧PT；若此内部定值为1，计算零序功率时，正向为从负荷侧PT流向电源侧PT；

(4.2)若装置检测到来电时电源侧PT先有压、负荷侧PT后有压，则保持零序电流极性方向定值为0；若装置检测到来电时负荷侧PT先有压、电源侧PT后有压，则将零序电流极性方向定值改为1。

步骤(5)中，若处理后的零序电压和零序电流相位相反，则暂态零序功率方向为反向，此时单相接地故障发生在本间隔下游；若处理后的零序电压和零序电流相位相同，则暂态零序功率方向为正向，此时故障发生在区外。

步骤(6)中，所述自适应馈线自动化技术对故障进行定位与隔离后恢复供电包括以下步骤：

(6.1)配电终端经接地选线元件动作后，经首开关出口或主站遥控跳开开关；

(6.2)若跳开开关为首开关，则重合闸动作或经主站遥控合闸，若合于故障则加速跳闸；

(6.3)若跳开开关为线路开关，则经馈线自动化来电合闸，若合于故障则加速跳闸，配电终端产生闭锁信号，隔离故障；

(6.4)首开关再次合闸，未闭锁的开关依次合闸恢复供电。

所述加速跳闸的时间自适应，具体包括以下步骤：

(a)若零序电压达到启动门槛且同时检测到零序电流，且暂态零序功率方向为正向，则接地选线元件立即动作并分断开关；

(b)若零序电压达到启动门槛，但零序电流很小，或暂态零序功率方向为反向，则接地选线元件延时动作。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)能够自动适应供电方向，灵活适应小电流和小电阻接地方式，故障恢复合闸时能自动判别合于故障时跳开时间；(2)避免线路转供后误判接地故障方向；(3)采用基于小波包分析分段暂态零率功率方向，大幅提高选线准确率；(4)结合故障路径自适应延时实现多分支选段，解决线路多分支、多供电方式下单终端选线选段的难题。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明接地故障发生示意图；

图3为本发明中小波包处理前后零序电压及零序电流的对比图；

图4为本发明中选线跳闸后示意图；

图5为本发明中馈线自动化合于故障示意图；

图6为本发明中完成故障区段定位和隔离后示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做进一步详细介绍。

如图1所示，本发明的改进型自适应馈线自动化方法，包括以下步骤：

(1)配电终端实时采集含有噪声的零序电压、零序电流信号；

(2)接地故障发生后，故障线路的零序电压上升，判断是否超过零序过电压启动门槛；零序过电压启动门槛根据线路运行经验来确定，典型值为0.1倍的零序电压额定值；

(3)若故障线路的零序电压超过零序过电压启动门槛，则接地选线元件启动；然后，利用小波包分解零序电压、零序电流信号；

(4)根据小波包处理后的零序电压和零序电流计算暂态零序功率，并根据线路来电方向自动调整零序电流极性；小波包处理具体为对小波包系数阈值进行去噪处理，通过去噪处理后的小波包重构出零序电压和零序电流；

上述根据线路来电方向自动调整零序电流极性方向包括以下步骤：将零序电流极性方向作为内部定值，默认为0，此时，计算暂态零序功率时，正向为从电源侧PT流向负荷侧PT；若此内部定值为1，计算零序功率时，正向为从负荷侧PT流向电源侧PT；若装置检测到来电时电源侧PT先有压、负荷侧PT后有压，则保持零序电流极性方向定值为0；若装置检测到来电时负荷侧PT先有压、电源侧PT后有压，则将零序电流极性方向定值改为1。将零序电流极性方向作为内部定值，可根据线路的实际运行状态，灵活调整零序CT极性方向，保证了零序CT极性与实际运行方式相符，为暂态零序功率方向法接地选线的准确性提供了保障。

(5)对零序电流极性调整后，根据暂态零序功率极性方向识别是否有单相接地故障发生在本间隔下游；若处理后的零序电压和零序电流相位相反，则暂态零序功率方向为反向，此时单相接地故障发生在本间隔下游，即故障发生在区内；若处理后的零序电压和零序电流相位相同，则暂态零序功率方向为正向，此时故障发生在区外。根据暂态零序功率方向来识别是否有单相接地发生在本间隔下游，具有较好的稳定性，不易受电网运行方式和外界因素干扰，故障特征信息量丰富，故障特征明显，能大幅改善故障选线的可靠性；

(6)若识别出有单相接地故障发生在本间隔下游，则自适应馈线自动化技术对故障进行定位与隔离后恢复供电，具体包括以下步骤：

(6.1)配电终端经接地选线元件动作后，经首开关出口或主站遥控跳开开关；

(6.2)若跳开开关为首开关，则重合闸动作或经主站遥控合闸，若合于故障则加速跳闸；

(6.3)若跳开开关为线路开关，则经馈线自动化来电合闸，若合于故障则加速跳闸，配电终端产生闭锁信号，隔离故障；

加速跳闸的时间自适应，在重合过程中，检测到达到接地选线元件启动门槛的零序电压后，若同时检测到零序电流，且暂态零序功率方向为正向，则接地选线元件立即动作并分断开关；若零序电压达到启动门槛，但零序电流很小，或暂态零序功率方向为反向，则接地选线元件延时动作，典型值为200ms。这是因为配电网距离负荷较近，负荷端情况复杂，开关合上瞬间电压电流变化复杂，延时动作可提高适应性，有利于准确款速隔离故障点。

如图2和图4-6所示，FS11、FS12、FS13、FS14、FS15、FS21、FS31、FS32、FS41是线路开关，其中FS11、FS21、FS31、FS41为首开关；LSW1、LSW2是联络开关，10kV母线A、10kV母线B、10kV母线C是配电所内母线，线路开关和联络开关均配备配电终端。

如图2所示，当系统正常工作时，首开关和线路开关处于合位，联络开关处于分位。若FS14与F15之间发生接地故障，各个配电终端分别采集各个开关的零序电压与零序电流。

如图3所示，左侧为原始波形，右侧为经小波包处理后的波形。从上至下依次为10kV母线A的零序电压、FS14线路开关零序电流、FS12线路开关零序电流。从图中可以看出，高阻单相接地故障发生时，故障线路零序稳态电流很小(不到10A)，其中有功分量更小，一般不到接地电流的10％。由于故障零序电流幅值非常小，易受强电磁环境的干扰，且由于配电网结构复杂，不同运行方式下故障零序电流也不同。另一方面，故障零序电流的暂态特征信息量十分丰富，具有较好的稳定性，不易受电网运行方式和外界环境的干扰。在采用小波包分析后，得到图3右侧的结果，由此可清晰明确的得到暂态零序功率方向。

如图4所示，对于FS14与F15之间发生的接地故障，FS11与F14采用小波包分析后得到暂态零序功率方向为反向，表明故障发生在区内；FS12、FS13、FS15和FS41采用小波包分析后得到暂态零序功率方向为正向，表明故障发生在区内。首开关FS11接地选线跳闸后，FS12、FS13、FS14、FS15失电跳闸。

如图5所示，故障线路首开关FS11接地选线跳闸后重合闸或主站遥控合闸后，线路开关来电依次合闸，当FS14合闸后，接地选线元件再次检测出接地故障，则FS14合遇故障，加速跳开。并且首开关FS11再次跳开，此时FS14闭锁其上方来电的正向来电合闸；FS15检测到短时电压脉冲，闭锁其右侧来电的反向来电合闸。由此识别出故障点在FS14和FS15之间。

如图6所示，故障线路首开关FS11再次合闸后，FS14因正向闭锁，不再合闸，FS12、FS13依次合闸并恢复供电。至此完成故障区段的隔离。后续联络开关LSW2检测到从两侧有压状态至单侧失压，联络开关单侧失压合闸后，将故障范围缩至最小。

Claims (8)

1.一种改进型自适应馈线自动化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配电终端采集含有噪声的零序电压、零序电流信号；

(2)接地故障发生后，判断故障线路的零序电压是否超过零序过电压启动门槛；

(3)若故障线路的零序电压超过零序过电压启动门槛，则接地选线元件启动；然后，利用小波包分解零序电压、零序电流信号；

(4)根据小波包处理后的零序电压和零序电流计算暂态零序功率，并自动调整零序电流极性；

(5)对零序电流极性调整后，根据暂态零序功率极性方向识别是否有单相接地故障发生在本间隔下游；

(6)若识别出有单相接地故障发生在本间隔下游，则自适应馈线自动化技术对故障进行定位与隔离后恢复供电。

2.根据权利要求1所述的改进型自适应馈线自动化方法，其特征在于：步骤(2)中，所述零序过电压启动门槛根据线路运行经验来确定。

3.根据权利要求1所述的改进型自适应馈线自动化方法，其特征在于：步骤(4)中，所述小波包处理具体为对小波包系数阈值进行去噪处理，通过去噪处理后的小波包重构出零序电压和零序电流。

4.根据权利要求1所述的改进型自适应馈线自动化方法，其特征在于：步骤(4)中，根据线路来电方向自动调整零序电流极性方向。

5.根据权利要求4所述的改进型自适应馈线自动化方法，其特征在于，所述根据线路来电方向自动调整零序电流极性方向包括以下步骤：

(4.1)将零序电流极性方向作为内部定值，默认为0，此时，计算暂态零序功率时，正向为从电源侧PT流向负荷侧PT；若此内部定值为1，计算零序功率时，正向为从负荷侧PT流向电源侧PT；

(4.2)若装置检测到来电时电源侧PT先有压、负荷侧PT后有压，则保持零序电流极性方向定值为0；若装置检测到来电时负荷侧PT先有压、电源侧PT后有压，则将零序电流极性方向定值改为1。

6.根据权利要求1所述的改进型自适应馈线自动化方法，其特征在于：步骤(5)中，若处理后的零序电压和零序电流相位相反，则暂态零序功率方向为反向，此时单相接地故障发生在本间隔下游；若处理后的零序电压和零序电流相位相同，则暂态零序功率方向为正向，此时故障发生在区外。

7.根据权利要求1所述的改进型自适应馈线自动化方法，其特征在于：步骤(6)中，所述自适应馈线自动化技术对故障进行定位与隔离后恢复供电包括以下步骤：

(6.1)配电终端经接地选线元件动作后，经首开关出口或主站遥控跳开开关；

(6.2)若跳开开关为首开关，则重合闸动作或经主站遥控合闸，若合于故障则加速跳闸；

(6.3)若跳开开关为线路开关，则经馈线自动化来电合闸，若合于故障则加速跳闸，配电终端产生闭锁信号，隔离故障；

(6.4)首开关再次合闸，未闭锁的开关依次合闸恢复供电。

8.根据权利要求7所述的改进型自适应馈线自动化方法，其特征在于：所述加速跳闸的时间自适应，具体包括以下步骤：

(a)若零序电压达到启动门槛且同时检测到零序电流，且暂态零序功率方向为正向，则接地选线元件立即动作并分断开关；

(b)若零序电压达到启动门槛，但零序电流很小，或暂态零序功率方向为反向，则接地选线元件延时动作。

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