CN111537837A - 一种配电网小电流接地故障定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网小电流接地故障定位方法及系统，方法包括以下步骤：步骤1：检测零模电流突变量，当零模电流突变量超越预设门槛时，启动录波，并记录故障发生时刻暂态零模电流数据；步骤2：就地对故障录波数据进行简化处理，提取零模电流特征轮廓；步骤3：从故障线路第一个区段开始作为待定区段，对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较，判定故障点所在线路区段。本发明将暂态零模电流录波数据简化处理后上传定位主站，可实现配电系统小电流接地故障的有效定位，并且有效减少数据传输与定位主站计算量，适用于中性点采用小电流接地方式的配电系统，解决了配电网小电流接地系统中发生单相接地时的故障定位问题。

Description

一种配电网小电流接地故障定位方法及系统

技术领域

本发明涉及一种配电网小电流接地故障定位方法及系统，属于配电网故障检测技术领域。

背景技术

我国6～35kV中压配电网多采用小电流接地方式，称为小电流接地系统。小电流接地系统发生单相接地故障时，故障电流很小，因此称为小电流接地故障。由于故障信号微弱，小电流接地故障的检测、选线、定位都很困难。发生小电流接地故障后，系统三相电压依然对称，可以带故障运行一段时间，以提高供电可靠性。但是不能长时间带故障运行，现场普遍存在的间歇性弧光接地故障会产生较大的过电压，若系统长时间带故障运行，较大的过电压将可能危害绝缘，造成绝缘薄弱点闪络或击穿，引发两相接地短路故障，甚至更严重的故障，威胁电网安全运行。因此，及时找到接地故障位置并隔离，对保证配电网、配电设备安全稳定运行具有重要意义。

传统利用稳态电气量的故障检测(选线、定位和测距)方法存在着故障量不突出、不稳定甚至不确定等问题，无法保证检测的可靠性和灵敏度。故障发生瞬间，故障点前后的暂态电气量有明显差异，且不受消弧线圈影响，可以作为小电流接地故障定位的依据。现有的利用暂态量定位方法，都是由现场终端将故障发生时的零模电流录波数据发送给主站处理，由于监测点多、录波数据文件大，存在加重主站通信与数据处理负担、并且数据容易丢失的问题。

发明内容

为了上述问题，本发明提出了一种配电网小电流接地故障定位方法及系统，能够实现配电系统小电流接地故障的有效定位，并且有效减少数据传输与定位主站计算量。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供的一种配电网小电流接地故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1：检测零模电流突变量，当零模电流突变量超越预设门槛时，启动录波，并记录故障发生时刻暂态零模电流数据；

步骤2：就地对故障录波数据进行简化处理，提取零模电流特征轮廓；

步骤3：从故障线路第一个区段开始作为待定区段，对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较，判定故障点所在线路区段。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述提取零模电流特征轮廓的具体过程为：

遍历录波数据，找到绝对值最大的数据点，即

I_0max＝max(|i₀(n)|)

其中，i₀(n)表示暂态零模电流采样数据，I_0max表示绝对值最大的数据点；

以绝对值最大数据点作为基准，向前搜寻20个极值数据、向后搜寻40个极值数据，和绝对值最大数据点，组成一个长度为61个点的数据序列，即得到暂态零模电流录波数据的特征轮廓。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述极值的判断过程为：如果数据点为正值，当其大于前后相邻两个数据点时判定为极值；如果数据点为负值，当其小于前后相邻两个数据点时判定为极值。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较过程为：

计算两监测点零模电流特征轮廓差异值T_i0：

其中，i_0b(k)表示上游监测点特征轮廓序列，i_0a(k)表示下游监测点特征轮廓序列，n代表特征轮廓序列数据点数，n＝61；

如果T_i0>0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓不相似；如果T_i0≤0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓相似。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述判定故障点所在线路区段的过程为：

1)判断待定区段是否存在下游监测点，如果不存在下游监测点，则判定该区段就是故障区段；如果待定区段存在下游监测点，则依次执行下述步骤；

2)如果待定区段所有下游监测点都与上游监测点暂态零模电流轮廓不相似，则该区段判定为故障区段；

3)如果待定区段下游监测点至少存在一个与上游监测点暂态零模电流特征轮廓相似，则该区段判定为健全区段；

4)如果待定区段为健全区段，则选择特征轮廓比较值最小的下游监测点，做为下一个待定区段的起点。

另一方面，本发明实施例提供的一种配电网小电流接地故障定位系统，包括：

监测设备，用于检测各个监测点零模电流突变量，当零模电流突变量超越预设门槛时，启动录波，并记录故障发生时刻暂态零模电流数据；

监测设备，还用于就地对故障录波数据进行简化处理，提取零模电流特征轮廓，并将轮廓数据上传定位主站；

定位主站，用于接收监测设备上传的暂态零模电流特征轮廓数据，并从故障线路第一个区段开始作为待定区段，对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较，判定故障点所在线路区段。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述监测设备提取零模电流特征轮廓的具体过程为：

遍历录波数据，找到绝对值最大的数据点，即

I_0max＝max(|i₀(n)|)

其中，i₀(n)表示暂态零模电流采样数据，I_0max表示绝对值最大的数据点；

以绝对值最大数据点作为基准，向前搜寻20个极值数据、向后搜寻40个极值数据，和绝对值最大数据点，组成一个长度为61个点的数据序列，即得到暂态零模电流录波数据的特征轮廓。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述监测设备搜寻极值的过程为：如果数据点为正值，当其大于前后相邻两个数据点时判定为极值；如果数据点为负值，当其小于前后相邻两个数据点时判定为极值。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述定位主站对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较过程为：

计算两监测点零模电流特征轮廓差异值T_i0：

其中，i_0b(k)表示上游监测点特征轮廓序列，i_0a(k)表示下游监测点特征轮廓序列，n代表特征轮廓序列数据点数，n＝61；

如果T_i0>0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓不相似；如果T_i0≤0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓相似。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述定位主站判定故障点所在线路区段的过程为：

1)判断待定区段是否存在下游监测点，如果不存在下游监测点，则判定该区段就是故障区段；如果待定区段存在下游监测点，则依次执行下述步骤；

2)如果待定区段所有下游监测点都与上游监测点暂态零模电流轮廓不相似，则该区段判定为故障区段；

3)如果待定区段下游监测点至少存在一个与上游监测点暂态零模电流特征轮廓相似，则该区段判定为健全区段；

4)如果待定区段为健全区段，则选择特征轮廓比较值最小的下游监测点，做为下一个待定区段的起点。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明将暂态零模电流录波数据简化处理后上传定位主站，可实现配电系统小电流接地故障的有效定位，并且有效减少数据传输与定位主站计算量，适用于中性点采用小电流接地方式的配电系统，解决了配电网小电流接地系统中发生单相接地时的故障定位问题。

本发明用故障点上游监测点与下游监测点暂态零模电流特征轮廓存在明显差异的特性，从故障线路首个区段开始，依次比较各区段两侧监测点暂态零模电流特征轮廓，按照故障点同侧暂态零模电流特征轮廓相似、故障点两侧暂态零模电流特征轮廓不相似的原则，判定故障点所在的线路区段。本发明解决了配电网单相接地故障的定位难题、有着广泛的实际应用价值。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种配电网小电流接地故障定位方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种配电网小电流接地故障定位系统应用图；

图3是利用本发明进行配电网小电流接地故障定位的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种配电网小电流接地故障定位方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的一种配电网小电流接地故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1：检测零模电流突变量，当零模电流突变量超越预设门槛时，启动录波，并记录故障发生时刻暂态零模电流数据；

步骤2：就地对故障录波数据进行简化处理，提取零模电流特征轮廓；

步骤3：从故障线路第一个区段开始作为待定区段，对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较，判定故障点所在线路区段。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述提取零模电流特征轮廓的具体过程为：

遍历录波数据，找到绝对值最大的数据点，即

I_0max＝max(|i₀(n)|)

其中，i₀(n)表示暂态零模电流采样数据，I_0max表示绝对值最大的数据点；

以绝对值最大数据点作为基准，向前搜寻20个极值数据、向后搜寻40个极值数据，和绝对值最大数据点，组成一个长度为61个点的数据序列，即得到暂态零模电流录波数据的特征轮廓。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述极值的判断过程为：如果数据点为正值，当其大于前后相邻两个数据点时判定为极值；如果数据点为负值，当其小于前后相邻两个数据点时判定为极值。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较过程为：

计算两监测点零模电流特征轮廓差异值T_i0：

其中，i_0b(k)表示上游监测点特征轮廓序列，i_0a(k)表示下游监测点特征轮廓序列，n代表特征轮廓序列数据点数，n＝61；

如果T_i0>0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓不相似；如果T_i0≤0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓相似。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述判定故障点所在线路区段的过程为：

1)判断待定区段是否存在下游监测点，如果不存在下游监测点，则判定该区段就是故障区段；如果待定区段存在下游监测点，则依次执行下述步骤；

2)如果待定区段所有下游监测点都与上游监测点暂态零模电流轮廓不相似，则该区段判定为故障区段；

3)如果待定区段下游监测点至少存在一个与上游监测点暂态零模电流特征轮廓相似，则该区段判定为健全区段；

4)如果待定区段为健全区段，则选择特征轮廓比较值最小的下游监测点，做为下一个待定区段的起点。

如图2所示，本发明实施例提供的一种配电网小电流接地故障定位系统，包括：

监测设备，用于检测各个监测点零模电流突变量，当零模电流突变量超越预设门槛时，启动录波，并记录故障发生时刻暂态零模电流数据；

监测设备，还用于就地对故障录波数据进行简化处理，提取零模电流特征轮廓，并将轮廓数据上传定位主站；

定位主站，用于接收监测设备上传的暂态零模电流特征轮廓数据，并从故障线路第一个区段开始作为待定区段，对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较，判定故障点所在线路区段。

如图3所示，本发明利用故障点上游监测点与下游监测点暂态零模电流特征轮廓存在明显差异的特性，由主站比较故障线路各点暂态零模电流特征轮廓，确定故障点所在区段。配电线路各监测设备(故障指示器或馈线终端)在线监测暂态零模电流，单相接地时，启动故障定位，按以下步骤进行故障定位：

a.各监测设备检测到零模电流突变量超越预设门槛时，启动录波，记录故障发生时刻暂态零模电流数据，典型录波数据长度是故障前4周波和故障后8周波；

b.监测设备就地对故障录波数据进行简化处理，提取零模电流特征轮廓，并将轮廓数据上传主站；零模电流特征轮廓提取方法为：

(1)遍历录波数据，找到绝对值最大的数据点，即：

I_0max＝max(|i₀(n)|)

其中，i₀(n)表示暂态零模电流采样数据，I_0max表示绝对值最大数据点。

(2)以绝对值最大数据点作为基准，向前搜寻20个极值数据、向后搜寻40个极值数据，连同绝对值最大数据点，组成一个长度为61个点的数据序列，即得到暂态零模电流录波数据的特征轮廓。其中，极值的判定方法为：若数据点为正值，当其大于前后相邻两个数据点时判定为极值；若数据点为负值，当其小于前后相邻两个数据点时判定为极值。

c.主站依据变电站选线装置选线结果确定故障线路，并接收监测设备上传的暂态零模电流特征轮廓数据，对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行分析，判定故障点所在线路区段；判定流程为：

(1)从故障线路第一个区段开始作为待定区段，比较区段上游(母线侧)监测点与所有下游(负荷侧)监测点间零模电流特征轮廓，判断其是否为故障区段；故障区段判断依据为：区段上游(母线侧)监测点与所有下游(负荷侧)监测点间零模电流特征轮廓不相似。其中，暂态零模电流特征轮廓不相似应满足：

其中T_i0表示两点特征轮廓差异值，i_0b(k)表示上游监测点特征轮廓序列，i_0a(k)表示下游监测点特征轮廓序列，n代表特征轮廓序列数据点数，此式中n＝61。若T_i0>0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓不相似；若T_i0≤0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓相似。

(2)如果第一个区段满足上述故障区段依据，则判定为故障区段；否则，判定为健全区段，选择搜索路径确定下一个待定区段，重复上述过程直至确定故障区段。具体流程如下：

1)判断待定区段是否存在下游监测点，如果不存在下游监测点，则判定该区段就是故障区段；如果待定区段存在下游监测点，则依次执行下述步骤；

2)若待定区段所有下游监测点都与上游监测点暂态零模电流轮廓不相似，即满足上下游廓差异值大于0.5，则该区段判定为故障区段；

3)若待定区段下游监测点至少存在一个与上游监测点暂态零模电流特征轮廓相似，即不满足特征轮廓差异值大于0.5的关系，则该区段判定为健全区段；

4)若待定区段为健全区段，则选择特征轮廓比较值最小的下游监测点，做为下一个待定区段的起点。

本发明用故障点上游监测点与下游监测点暂态零模电流特征轮廓存在明显差异的特性，从故障线路首个区段开始，依次比较各区段两侧监测点暂态零模电流特征轮廓，按照故障点同侧暂态零模电流特征轮廓相似、故障点两侧暂态零模电流特征轮廓不相似的原则，判定故障点所在的线路区段。本发明解决了配电网单相接地故障的定位难题、有着广泛的实际应用价值。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网小电流接地故障定位方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：检测零模电流突变量，当零模电流突变量超越预设门槛时，启动录波，并记录故障发生时刻暂态零模电流数据；

步骤2：就地对故障录波数据进行简化处理，提取零模电流特征轮廓；

步骤3：从故障线路第一个区段开始作为待定区段，对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较，判定故障点所在线路区段。

2.根据权利要求1所述的一种配电网小电流接地故障定位方法，其特征是，所述提取零模电流特征轮廓的具体过程为：

遍历录波数据，找到绝对值最大的数据点，即

I_0max＝max(|i₀(n)|)

其中，i₀(n)表示暂态零模电流采样数据，I_0max表示绝对值最大的数据点；

以绝对值最大数据点作为基准，向前搜寻20个极值数据、向后搜寻40个极值数据，和绝对值最大数据点，组成一个长度为61个点的数据序列，即得到暂态零模电流录波数据的特征轮廓。

3.根据权利要求2所述的一种配电网小电流接地故障定位方法，其特征是，所述极值的判断过程为：如果数据点为正值，当其大于前后相邻两个数据点时判定为极值；如果数据点为负值，当其小于前后相邻两个数据点时判定为极值。

4.根据权利要求1所述的一种配电网小电流接地故障定位方法，其特征是，所述对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较过程为：

计算两监测点零模电流特征轮廓差异值T_i0：

其中，i_0b(k)表示上游监测点特征轮廓序列，i_0a(k)表示下游监测点特征轮廓序列，n代表特征轮廓序列数据点数，n＝61；

如果T_i0>0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓不相似；如果T_i0≤0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓相似。

5.根据权利要求4所述的一种配电网小电流接地故障定位方法，其特征是，所述判定故障点所在线路区段的过程为：

1)判断待定区段是否存在下游监测点，如果不存在下游监测点，则判定该区段就是故障区段；如果待定区段存在下游监测点，则依次执行下述步骤；

2)如果待定区段所有下游监测点都与上游监测点暂态零模电流轮廓不相似，则该区段判定为故障区段；

3)如果待定区段下游监测点至少存在一个与上游监测点暂态零模电流特征轮廓相似，则该区段判定为健全区段；

4)如果待定区段为健全区段，则选择特征轮廓比较值最小的下游监测点，做为下一个待定区段的起点。

6.一种配电网小电流接地故障定位系统，其特征是，包括：

监测设备，用于检测各个监测点零模电流突变量，当零模电流突变量超越预设门槛时，启动录波，并记录故障发生时刻暂态零模电流数据；

监测设备，还用于就地对故障录波数据进行简化处理，提取零模电流特征轮廓，并将轮廓数据上传定位主站；

定位主站，用于接收监测设备上传的暂态零模电流特征轮廓数据，并从故障线路第一个区段开始作为待定区段，对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较，判定故障点所在线路区段。

7.根据权利要求6所述的一种配电网小电流接地故障定位系统，其特征是，所述监测设备提取零模电流特征轮廓的具体过程为：

遍历录波数据，找到绝对值最大的数据点，即

I_0max＝max(|i₀(n)|)

其中，i₀(n)表示暂态零模电流采样数据，I_0max表示绝对值最大的数据点；

以绝对值最大数据点作为基准，向前搜寻20个极值数据、向后搜寻40个极值数据，和绝对值最大数据点，组成一个长度为61个点的数据序列，即得到暂态零模电流录波数据的特征轮廓。

8.根据权利要求7所述的一种配电网小电流接地故障定位系统，其特征是，所述监测设备搜寻极值的过程为：如果数据点为正值，当其大于前后相邻两个数据点时判定为极值；如果数据点为负值，当其小于前后相邻两个数据点时判定为极值。

9.根据权利要求6所述的一种配电网小电流接地故障定位系统，其特征是，所述定位主站对故障线路各监测点零模电流特征轮廓数据进行比较过程为：

计算两监测点零模电流特征轮廓差异值T_i0：

其中，i_0b(k)表示上游监测点特征轮廓序列，i_0a(k)表示下游监测点特征轮廓序列，n代表特征轮廓序列数据点数，n＝61；

如果T_i0>0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓不相似；如果T_i0≤0.5，则判定暂态零模电流特征轮廓相似。

10.根据权利要求9所述的一种配电网小电流接地故障定位系统，其特征是，所述定位主站判定故障点所在线路区段的过程为：

1)判断待定区段是否存在下游监测点，如果不存在下游监测点，则判定该区段就是故障区段；如果待定区段存在下游监测点，则依次执行下述步骤；

2)如果待定区段所有下游监测点都与上游监测点暂态零模电流轮廓不相似，则该区段判定为故障区段；

3)如果待定区段下游监测点至少存在一个与上游监测点暂态零模电流特征轮廓相似，则该区段判定为健全区段；

4)如果待定区段为健全区段，则选择特征轮廓比较值最小的下游监测点，做为下一个待定区段的起点。

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