CN111579919B - 一种配电网单相接地故障检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网单相接地故障检测方法和系统。一种配电网单相接地故障检测方法，包括步骤：S1、若干所述检测装置将检测到的三相电流采样数据发送到所述检测汇集终端中，所述检测汇集终端对所有的所述三相电流采样数据进行滤波；S2、所述检测汇集终端根据每个所述检测装置发送的所述三相电流采样数据都分别计算三相突变电流有效值和两两相线之间的三组相关系数。本发明是基于三相电流采样数据进行单相接地故障的识别，不需要另外采集零序电压信号，提高故障的检测效率，在配置检测拓扑时，也方便快捷，甚至不需要更新硬件设备，只需要将检测方法更换成本发明提供的单相接地故障检测方法即可完成更新，具有极大进步。

Description

一种配电网单相接地故障检测方法和系统

技术领域

本发明涉及配电网检测领域，尤其涉及一种配电网单相接地故障检测方法和系统。

背景技术

电能作为一种清洁、高效的二次能源，密切关系着国民经济建设以及人们的日常生活，而集电能生产、输送、分配和消费的电力系统作为国计民生的支柱产业对各行各业至关重要。随着现代社会的进步，经济的高速发展，用电负荷的猛增，对电力系统的可靠性、稳定性、安全性以及质量上提出了越来越高的要求。

我国的配电网主要采用小电流接地方式，对于单相接地故障，由于三相间的线电压仍然对称，且故障电流很小，不影响对负荷连续供电，因此允许继续运行1～2小时。此时，健全相电压升高至正常时的

倍，若长时间带故障运行，系统过电压可能对电力设备造成损害，甚至使故障发展为多点接地短路，影响系统的安全运行。通常采用拉路法来确定单相接地故障线路后人工巡线查找故障点，即使安装有小电流接地选线装置的变电站，由于装置的可靠性较差，运行人员对选线结果不完全相信，大部分时间依然采用人工拉路的方法来识别故障线路。这样就造成了健全线路不必要的短时停电，同时选出故障线路后人工巡线查找故障点的工作量也非常繁重，不利于故障的快速清除，增加了停电时间，降低了供电可靠性。

现有的的接地故障识别方法是基于故障暂态量的算法，虽然可以有效解决目前单相接地问题，但是其必须采集故障时刻的零序电压和零序电流，要求一次开关设备必须具备零序电压和零序电流采集的感知设备(互感器)，其原理如下：

当我们设定电流的参考方向为母线流向线路时，在这一频带，不管是中性点不接地，还是中性点经消弧线圈接地，都能够做到健全部分终端和故障部分终端有相反等效模型，即健全部分终端的端口阻抗可以等效成一个正电容模型，而故障部分终端的端口阻抗等效成负电容模型。单相接地故障检测终端利用所测电压和电流来识别电容值的正负，可确定单相接地故障是否发生在其下游。具体判据如下：

安装在健全线路或故障线路故障点下游的单相接地故障检测终端检测到的零序电压、电流应满足如下关系：

安装故障线路故障点上游的单相接地故障检测终端检测到的零序电压、电流应满足如下关系：

也即，若单相接地故障检测终端识别出的电容值为负，则可以判断出单相接地故障发生在其下游；否则，单相接地故障不是发生在其下游。

专利号为ZL201711364629.4的专利文献公开了一种电网配电线路故障在线监测方法及系统，所述方法包括以下步骤：在配电线路上设置故障监测点，在所述故障监测点安装故障指示器，所述故障指示器用于采集所述故障监测点的电流和电压；通过网络通信装置将所述故障监测点的电流和电压传输至控制中心；所述控制中心接收所述故障监测点的电流和电压并进行分析，判定所述故障监测点是否发生故障。本申请提供的电网配电线路故障在线监测方法及系统，实现了对电网配单线路故障的在线监测，但还是需要单一检测装置检测多种数据，增加计算量，就会对识别精度产生影响。

因而现有的配电网中单相接地故障的识别存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种配电网单相接地故障检测方法和系统，只需要检测配电网中的电流数据，就能够解决精准识别单相接地的位置。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种配电网单相接地故障检测方法，将若干检测装置装设在所述配电网的各个节点上，若干所述检测装置分别与检测汇集终端连接，包括步骤：

S1、若干所述检测装置将检测到的三相电流采样数据发送到所述检测汇集终端中，所述检测汇集终端对所有的所述三相电流采样数据进行滤波；

S2、所述检测汇集终端根据每个所述检测装置发送的所述三相电流采样数据都分别计算三相突变电流有效值和两两相线之间的三组相关系数；

S3、所述检测汇集终端根据每个所述检测装置的所述三相突变电流有效值和所述相关系数，判断单相接地的故障部分。

优选的所述的配电网单相接地故障检测方法，所述步骤S3具体包括：

S31、所述检测汇集终端获取三相突变电流有效值中的最大突变电流有效值，并判定是否大于或等于有效阈值，若是，则执行步骤S32；若否，则判定为健全部分；

S32、所述检测汇集终端获取三组所述相关系数中的最小相关系数和三相突变电流有效值中的最小突变电流有效值，并判定是否同时满足所述最小相关系数大于或等于第一系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述最小突变电流有效值的第一阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则执行故障研判操作。

优选的所述的配电网单相接地故障检测方法，所述步骤S32中，所述故障研判操作包括步骤：

S321、判定是否同时满足所述最小相关系数小于或等于第二系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述最小突变电流有效值的第二阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则执行步骤S322；

S322、获取三相突变电流有效值的平均突变电流有效值，判定是否同时满足所述最小相关系数小于或等于第三系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述平均突变电流有效值的第三阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则判定为故障部分。

优选的所述的配电网单相接地故障检测方法，所述故障部分为：线路中所述检测装置的下游线路部分存在接地故障。

优选的所述的配电网单相接地故障检测方法，在步骤S1之前，还包括步骤：

S0、若干所述检测装置实时将检测的三相电流采样数据发送到所述检测汇集终端上，所述检测汇集终端分别根据每个所述检测装置发送的三相电流采样数据，分别计算突变电量导数，若是任一所述检测装置的所述突变电流导数大于突变导数阈值，则执行步骤S1；若否，则无操作。

优选的所述的配电网单相接地故障检测方法，配电网的类型包括中性点不接地系统、消弧线圈接地系统。

优选的所述的配电网单相接地故障检测方法，当配电网的类型为所述消弧线圈接地系统时，所述第一阈值的获得公式为：

K_set1＝1+P；

其中，K_set1为第一阈值；P为系统过补偿度。

一种配电网单相接地故障检测系统，包括检测汇集终端和若干检测装置，若干所述检测装置，装设在配电网的各个安装节点，分别与所述检测汇集终端；使用所述的配电网单相接地故障检测方法。

优选的所述的配电网单相接地故障检测系统，所述安装节点包括：出线首端、线路分段点、分支线路首端和用户分界点。

优选的所述的配电网单相接地故障检测系统，所述检测装置用于检测三相线路的电流。

相较于现有技术，本发明提供的一种配电网单相接地故障检测方法和系统，是基于三相电流采样数据进行单相接地故障的识别，不需要另外采集零序电压信号，提高故障的检测效率，在配置检测拓扑时，也方便快捷，甚至不需要更新硬件设备，只需要将检测方法更换成本发明提供的单相接地故障检测方法即可完成更新，具有极大进步。

附图说明

图1是本发明提供的配电网单相接地故障检测方法的流程图；

图2是本发明提供的配电网单相接地故障检测系统的结构框图；

图3是本发明提供的模拟系统模拟电路图；

图4是本发明提供的实施例的模拟结果表图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1-图4，本发明提供一种配电网单相接地故障检测系统，包括检测汇集终端1和若干检测装置2，若干所述检测装置2，装设在配电网的各个安装节点，分别与所述检测汇集终端1。所述安装节点包括：出线首端、线路分段点、分支线路首端和用户分界点。所述检测装置2用于检测三相线路的电流。具体的，所述检测装置2可以为独立的检测装置2，也可以是某些断路器的内部装置，本发明不做具体限定，只要能同时检测三相电路或入户的单相电路的电流采样数据即可；当所述检测装置2为独立的检测装置2时，可以附着在所述安装节点的开关上。所述检测汇集终端可以为一般的服务器，也可是单独的具有MCU或CPU的独立装置。

相应的，所述检测系统使用本发明提供的一种配电网单相接地故障检测方法进行检测，在具体实施中，将若干检测装置2装设在所述配电网的各个节点上，若干所述检测装置2分别与检测汇集终端连接，包括步骤：

S1、若干所述检测装置2将检测到的三相电流采样数据发送到所述检测汇集终端1中，所述检测汇集终端1对所有的所述三相电流采样数据进行滤波；

S2、所述检测汇集终端1根据每个所述检测装置2发送的所述三相电流采样数据都分别计算三相突变电流有效值和两两相线之间的三组相关系数；

S3、所述检测汇集终端1根据每个所述检测装置2的所述突变电流有效值和所述相关系数，判断单相接地的故障部分。

作为优选方案，本实施例中，在所述步骤S1前，还包括步骤：S0、若干所述检测装置2实时将检测的三相电流采样数据发送到所述检测汇集终端1上，所述检测汇集终端1分别根据每个所述检测装置2发送的三相电流采样数据，分别计算突变电量导数，若是任一所述检测装置2的所述突变电流导数大于突变导数阈值，则执行步骤S1；若否，则无操作。

具体的，一般情况下，所述突变电量的计算是两次相邻的电流采样数据之差，但是，为了分析突变电量是否为极值状态(即突变电量的线性趋势是持续性的，还是突变性的)，因此，需要对所述突变电量的计算公式进行求导，并得到所述突变电量导数，其中涉及到的公式如下：

△i(K)＝i(K)-i(K-cN)；其中，△i(K)为突变电量；i(K)为当前周期的电流采样数据；i(K-cN)为上一周期的电流采样数据；

△i'(K)＝(i(K)-i(K-cN))f_S/2；其中，△i'(K)为突变电量导数；i(K)为当前的电流采样数据；i(K-cN)为上一检测时间点的电流采样数据；f_S为电流采样数据的采样周期。

当然，需要设定所述突变导数阈值△i'_set，只要所述突变电量导数大于所述突变导数阈值，则判定存在单相接地故障。若没有大于所述突变导数阈值，则继续实时检测配电线路的电流采样数据。优选的，为了可靠区别最大负荷变化和单相接地故障，所述突变导数阈值设定为0.3-0.5。

作为优选方案，本实施例中，所述步骤S3具体包括：

S31、所述检测汇集终端1获取三相突变电流有效值中的最大突变电流有效值，并判定是否大于或等于有效阈值，若是，则执行步骤S32；若否，则判定为健全部分；

S32、所述检测汇集终端1获取三组所述相关系数中的最小相关系数和三相突变电流有效值中的最小突变电流有效值，并判定是否同时满足所述最小相关系数大于或等于第一系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述最小突变电流有效值的第一阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则执行故障研判操作。

优选的，所述健全部分意为线路中所述检测装置2的下游路线不存在单相接地故障；所述故障部分为线路中所述检测装置2的下游线路部分存在接地故障。在开始执行步骤S1后，首先滤波，具体的滤波过程为本领域常用的滤波过程，不做具体限定；然后对检测装置2传输的所述三相电流采样数据分别进行计算，得到三相突变电流有效值△I_A、△I_B、△I_C，获取三者中的最大突变电流有效值为△I_max也即max(△I_A,△I_B,△I_C)，并与所述有效阈值进行I_set对比，当△I_max>I_set时，执行步骤S3，对是否为单相接地故障进行确定判断，否则直接判为健全部分。优选的，配电网的类型包括中性点不接地系统、消弧线圈接地系统。所述有效阈值按照最不利情况下故障线路故障相的电流突变量整定，当配电网为中性不接地系统时，所述有效阈值的获得公式为：I_set＝K_rel×0.5×(I_C∑-I_L)；其中，I_set为有效阈值；K_rel为可靠系数，优选的取值范围为0.8-1；I_C∑为全网对地电容电流；I_L电容电流最大的线路的电容电流；其中，线路的中的电容电流以及全网对地电容电流可以使用所述检测装置2检测得到，此为本领域的常用技术，不赘述。当配电网的类型为消弧线圈接地系统时，所述有效阈值的获得公式为：I_set＝K_rel×0.5×P×I_C∑；其中，I_set为有效阈值；K_rel为可靠系数；I_C∑为全网对地电容电流；P为系统过补偿度，一般情况下，所述系统过补偿度为5％-10％。考虑到在不同故障条件下，暂态过程的强弱变化较大，为了较好兼顾这些情况，暂态下可取突变电流门槛值I_set＝1A。

为了防止对健全部分进行误判，需要对线路进行第一次判定，根据健全部分的相电流突变量的特征，进行第一次故障判断；首先根据三相电流采样数据计算三相线路中，两两之间的相关系数ρ_AB、ρ_BC、ρ_CA，并获取所述最小相关系数ρ_min也即min(ρ_AB,ρ_BC,ρ_CA)，设定第一系数阈值ρ_set1，同时获取三相突变电流有效值中的最小突变电流有效值△I_min，也即minmin(△I_A,△I_B,△I_C)，当ρ_min>ρ_set1且△I_max≤K_set1△I_min时，判定为健全部分，否则极大可能此部分电路具有单相接地故障，因此需要进入执行故障研判操作进行故障研判，防止误判情况发生。当配电网的类型为所述消弧线圈接地系统时，所述第一阈值的获得公式为：

K_set1＝1+P；

其中，K_set1为第一阈值；P为系统过补偿度。

作为优选方案，本实施例中，所述故障研判操作包括步骤：

S321、判定是否同时满足所述最小相关系数小于或等于第二系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述最小突变电流有效值的第二阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则执行步骤S322；

S322、获取三相突变电流有效值的平均突变电流有效值，判定是否同时满足所述最小相关系数小于或等于第三系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述平均突变电流有效值的第三阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则判定为故障部分。

具体的，为了避免变压器和负荷不对称导致的将健全部分误判为故障部分，当满足该两个环节中任意一个环节的判定条件时，终端也可以直接判定单相接地故障不是发生在其下游，若上述两个环节的判定条件也都不满足，则终端最终判定单相接地故障确实是发生在其下游。优选的，所述第二阈值为2.5，也可是1-5之间的其他数值；所述第三阈值为1.5，也可是1-5之间的其他数值；所述第二系数阈值为-0.3，也可是(-1)-0之间的其他数值；所述第三系数阈值为-0.5，也可是(-1)-0之间的其他数值。

采用如图3所示的仿真系统图，图中标号位置为装设所述检测装置的位置，标号代表的区域为电流方向的与下一个标号之间的区段。区域6末端发生单相接地故障时，对于健全线上的区域3首端的检测终端，满足min(ρ_AB,ρ_BC,ρ_CA)>0.6且max(△I_A,△I_B,△I_C)≤1.5min(△I_A,△I_B,△I_C)，故判断单相接地故障未发生在其下游；位于故障点下游的区域7首端的单相接地故障检测终端，检测到的相电流突变量满足min(ρ_AB,ρ_BC,ρ_CA)≤-0.3，max(△I_A,△I_B,△I_C)≤2.5min(△I_A,△I_B,△I_C)，也判断单相接地故障未发生在其下游；而对于故障点上游的区域1和6首端的单相接地故障检测终端检测到的故障相与健全相的暂态电流突变量，不满足min(ρ_AB,ρ_BC,ρ_CA)>0.6且max(△I_A,△I_B,△I_C)≤1.5min(△I_A,△I_B,△I_C)，同时也不满足所述故障研判操作环节的判据，最终判别单相接地故障发生在其下游。各区域首端单相接地故障检测终端的仿真判别结果具体如图4所示，注：表中“+”表示相应终端判断单相接地故障发生在其下游，“-”表示相应终端判断单相接地故障未发生在其下游。可以明确看出，在区域6(即标号6与7或8之间的区段)存在单相接地故障时，标号1位置的检测装置会检测到发生故障，同时标号6位置的检测装置也会检测到发生故障，进而就可以判断故障发生的具体位置。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种配电网单相接地故障检测方法，其特征在于，将若干检测装置装设在所述配电网的各个节点上，若干所述检测装置分别与检测汇集终端连接，包括步骤：

S1、若干所述检测装置将检测到的三相电流采样数据发送到所述检测汇集终端中，所述检测汇集终端对所有的所述三相电流采样数据进行滤波；

S2、所述检测汇集终端根据每个所述检测装置发送的所述三相电流采样数据都分别计算三相突变电流有效值和两两相线之间的三组相关系数；

S3、所述检测汇集终端根据每个所述检测装置的所述三相突变电流有效值和所述相关系数，判断单相接地的故障部分；

所述步骤S3具体包括：

S31、所述检测汇集终端获取三相突变电流有效值中的最大突变电流有效值，并判定是否大于或等于有效阈值，若是，则执行步骤S32；若否，则判定为健全部分；

S32、所述检测汇集终端获取三组所述相关系数中的最小相关系数和三相突变电流有效值中的最小突变电流有效值，并判定是否同时满足所述最小相关系数大于或等于第一系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述最小突变电流有效值的第一阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则执行故障研判操作；

所述步骤S32中，所述故障研判操作包括步骤：

S321、判定是否同时满足所述最小相关系数小于或等于第二系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述最小突变电流有效值的第二阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则执行步骤S322；

S322、获取三相突变电流有效值的平均突变电流有效值，判定是否同时满足所述最小相关系数小于或等于第三系数阈值，所述最大突变电流有效值小于或等于所述平均突变电流有效值的第三阈值倍，若是，则判定为健全部分；若否，则判定为故障部分。

2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障检测方法，其特征在于，所述故障部分为：线路中所述检测装置的下游线路部分存在接地故障。

3.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障检测方法，其特征在于，在步骤S1之前，还包括步骤：

S0、若干所述检测装置实时将检测的三相电流采样数据发送到所述检测汇集终端上，所述检测汇集终端分别根据每个所述检测装置发送的三相电流采样数据，分别计算突变电流 导数，若是任一所述检测装置的所述突变电流导数大于突变导数阈值，则执行步骤S1；若否，则无操作。

4.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障检测方法，其特征在于，配电网的类型包括中性点不接地系统、消弧线圈接地系统。

5.根据权利要求4所述的配电网单相接地故障检测方法，其特征在于，当配电网的类型为所述消弧线圈接地系统时，所述第一阈值的获得公式为：

K_set1＝1+P；

其中，K_set1为第一阈值；P为系统过补偿度。

6.一种配电网单相接地故障检测系统，其特征在于，包括检测汇集终端和若干检测装置，若干所述检测装置，装设在配电网的各个安装节点，分别与所述检测汇集终端；使用权利要求1-5任一所述的配电网单相接地故障检测方法。

7.根据权利要求6所述的配电网单相接地故障检测系统，其特征在于，所述安装节点包括：出线首端、线路分段点、分支线路首端和用户分界点。

8.根据权利要求6所述的配电网单相接地故障检测系统，其特征在于，所述检测装置用于检测三相线路的电流。

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