CN111751661A - 一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，包括获取输电线路接地故障录波图，其上形成有输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形；若输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形及零序电压波形中均存在突变的波形，则认定接地故障存在；根据输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形以及母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形，判定接地故障的类型；其中，接地故障的类型为单相接地故障、两相相间短路接地故障、三相相间短路接地故障之其中一种。实施本发明，无需数学计算，简单直观，且省时省力，能解决现场技术人员无法快速判断接地故障类型的问题。

Description

一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法及系统
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法及系统。
背景技术
分析电网故障时，需尽快了解故障前及故障时的全过程来判断事故类型。通过故障类型快速判断故障的严重性，也有利于分析和快速找故障点，加快电网快速恢复供电能力支撑依据。
随着电力系统的发展，用电负荷中心和发电中心往往不能在同一个地方，为了统筹经济性和安全性，就需要通过输电线路采用高电压进行电能输送。由于输电线路架设距离远，所横跨区域广且地形复杂多样，因此输电线路常常因各种原因发生故障而造成线路供电中断，影响电网供电能力；其中，导致故障发生的原因包括外部的雷击、覆冰、台风，以及内部的输电线路各种元器件老化等原因。
目前，电力系统中电力设备发生的接地故障类型有多种，包括单相接地故障、两相相间短路接地故障、三相相间短路接地故障等。然而，在现场实际工作中，工作人员面临诸多类型故障，无法快速了解其特性，导致不能及时将电气设备缺陷排除，给电网稳定运行埋下安全隐患，影响电网供电可靠性。
为了解决现场技术人员无法快速判断接地故障类型的问题，发明人提出了一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，无需数学计算，简单直观，且省时省力。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，无需数学计算，简单直观，且省时省力，能解决现场技术人员无法快速判断接地故障类型的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、获取输电线路接地故障录波图，所述输电线路接地故障录波图上形成有输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形；
步骤S2、若所述输电线路三相电流波形、所述母线三相电压波形、所述零序电流波形及所述零序电压波形中均存在突变的波形，则认定接地故障存在；
步骤S3、根据所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形以及所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形，判定接地故障的类型；其中，所述接地故障的类型为单相接地故障、两相相间短路接地故障、三相相间短路接地故障之其中一种。
其中，所述步骤S3具体包括：
若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线仅有一个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的相线相同，则判定所述接地故障的类型为单相接地故障，且将同相存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线有两个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的两个相线相同，则判定所述接地故障的类型为两相相间短路接地故障，且将同时存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的两个相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
若所述输电线路三相电流波形中所有相线均存在突变的输电线路电流波形，且所述母线三相电压波形中所有相线均存在突变的母线电压波形，则判定所述接地故障的类型为三相相间短路接地故障，且将三个相线认定为所述接地故障中存在故障的相线。
其中，所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形对比各自突变之前的输电线路电流波形的幅值均增大。
其中，所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形对比各自突变之前的母线电压波形的幅值均减小。
本发明实施例还提供了一种基于电网故障录波图来判断接地故障的系统，包括：
输电线路接地故障录波图获取单元，用于获取输电线路接地故障录波图，所述输电线路接地故障录波图上形成有输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形；
接地故障检测单元，用于若所述输电线路三相电流波形、所述母线三相电压波形、所述零序电流波形及所述零序电压波形中均存在突变的波形，则认定接地故障存在；
接地故障类型判定单元，用于根据所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形以及所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形，判定接地故障的类型；其中，所述接地故障的类型为单相接地故障、两相相间短路接地故障、三相相间短路接地故障之其中一种。
其中，所述接地故障类型判定单元包括：
单相接地故障判定模块，用于若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线仅有一个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的相线相同，则判定所述接地故障的类型为单相接地故障，且将同相存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
两相相间短路接地故障判定模块，用于若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线有两个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的两个相线相同，则判定所述接地故障的类型为两相相间短路接地故障，且将同时存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的两个相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
三相相间短路接地故障判定模块，用于若所述输电线路三相电流波形中所有相线均存在突变的输电线路电流波形，且所述母线三相电压波形中所有相线均存在突变的母线电压波形，则判定所述接地故障的类型为三相相间短路接地故障，且将三个相线认定为所述接地故障中存在故障的相线。
其中，所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形对比各自突变之前的输电线路电流波形的幅值均增大。
其中，所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形对比各自突变之前的母线电压波形的幅值均减小。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过识别输电线路接地故障录波图中零序电流波形及零序电压波形中是否均存在突变的波形来检测接地故障是否存在，并在接地故障存在时，通过识别同时存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的相线，直观的确定接地故障的类型，整个过程无需数学计算，简单直观，且省时省力，能解决现场技术人员无法快速判断接地故障类型的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法的应用场景中输电线路存在单相接地故障时的输电线路接地故障录波图；
图3为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法的应用场景中输电线路存在两相相间短路接地故障时的输电线路接地故障录波图；
图4为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法的应用场景中输电线路存在三相相间短路接地故障时的输电线路接地故障录波图；
图5为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断接地故障的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、获取输电线路接地故障录波图，所述输电线路接地故障录波图上形成有输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形；
步骤S2、若所述输电线路三相电流波形、所述母线三相电压波形、所述零序电流波形及所述零序电压波形中均存在突变的波形，则认定接地故障存在；
步骤S3、根据所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形以及所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形，判定接地故障的类型；其中，所述接地故障的类型为单相接地故障、两相相间短路接地故障、三相相间短路接地故障之其中一种。
具体过程为，在步骤S1中，通过录波器采集输电线路接地故障录波图并导入计算机设备中，使得计算机设备能随时调取各种输电线路接地故障录波图；其中，该输电线路接地故障录波图包括但不局限有输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形等。
在步骤S2中，根据输电线路三相电流波形、母线三相电压波形的幅值变化来判定各相波形是否存在突变，以及零序电流波形和零序电压波形的幅值变化来判定波形是否存在突变；如，某一相电流波形幅值在某一段时间内突然增大，即电流曲线上波峰或波谷的位置超出原有曲线的波峰或波谷，则认定该相电流波形存在突变；又如，某一相电压波形幅值在某一段时间内突然减少，即电压曲线上波峰或波谷的位置落后原有曲线的波峰或波谷，则认定该相电压波形存在突变；
若输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形中均存在突变的波形，则认定接地故障存在。其中，输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形对比各自突变之前的输电线路电流波形的幅值均增大；母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形对比各自突变之前的母线电压波形的幅值均减小。
在步骤S3中，待认定接地故障存在后，计算机设备对输电线路接地故障录波图上的各类突变波形进行识别，并可根据所识别的各类突变波形的相线，直观的判断出接地故障的类型，整个过程无需数学计算，简单直观，且省时省力。可以理解的是，通过人工也可以肉眼直接对输电线路接地故障录波图进行识别，直观的判断出接地故障的类型，整个过程也无需数学计算，简单直观，且省时省力。
上述直观判断接地故障的类型的具体过程如下：
(1)若输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线仅有一个，并与母线三相电压波形中突变的母线电压波形的相线相同，则判定接地故障的类型为单相接地故障，且将同相存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的相线，认定为接地故障中存在故障的相线；
(2)若输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线有两个，并与母线三相电压波形中突变的母线电压波形的两个相线相同，则判定接地故障的类型为两相相间短路接地故障，且将同时存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的两个相线，认定为接地故障中存在故障的相线；
(3)若输电线路三相电流波形中所有相线均存在突变的输电线路电流波形，且母线三相电压波形中所有相线均存在突变的母线电压波形，则判定接地故障的类型为三相相间短路接地故障，且将三个相线认定为接地故障中存在故障的相线。
如图2至图4所示，对本发明实施例中提供的一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法的应用场景做进一步说明：
该输电线路接地故障录波图包括输电线路三相电流IA、IB、IC波形、母线三相电压UA、UB、UC波形、零序电流3I0波形和零序电压3U0波形。
在图2中，零序电流波形的3I0通道出现突变持续85毫秒后消失(开关跳开)；零序电压波形的3U0通道出现突变持续85毫秒后消失(开关跳开)，则认定输电线路的接地故障存在。
由于输电线路三相电流波形中A相的IA通道电流在0毫秒时刻电流幅值突变变大，持续85毫秒后消失(开关跳开)，且母线三相电压波形中A相的UA通道的电压在0毫秒时刻电压幅值突变减小，持续85毫秒后恢复正常，则认定接地故障的类型为单相接地故障，且出现A相接地故障。
在图3中，零序电流波形的3I0通道出现突变持续85毫秒后消失(开关跳开)；零序电压波形的3U0通道出现突变持续85毫秒后消失(开关跳开)，则认定输电线路的接地故障存在。
由于输电线路三相电流波形中B相的IB通道和C相的IC通道电流均在0毫秒时刻电流幅值突变变大，持续85毫秒后消失(开关跳开)，且母线三相电压波形中B相的UB通道和C相的UC通道的电压在0毫秒时刻电压幅值突变减小，持续85毫秒后恢复正常，则认定接地故障的类型为两相相间短路接地故障，且出现BC两相相间短路接地故障。
在图4中，零序电流波形的3I0通道出现突变持续85毫秒后消失(开关跳开)；零序电压波形的3U0通道出现突变持续85毫秒后消失(开关跳开)，则认定输电线路的接地故障存在。
由于输电线路三相电流波形中A相的IA通道、B相的IB通道和C相的IC通道电流均在0毫秒时刻电流幅值突变变大，持续85毫秒后消失(开关跳开)，且母线三相电压波形中A相的UA通道、B相的UB通道和C相的UC通道的电压在0毫秒时刻电压幅值突变减小，持续85毫秒后恢复正常，则认定接地故障的类型为三相相间短路接地故障，且出现ABC三相相间短路接地故障。
如图5所示，为本发明实施例中，提供的一种基于电网故障录波图来判断接地故障的系统，包括：
输电线路接地故障录波图获取单元110，用于获取输电线路接地故障录波图，所述输电线路接地故障录波图上形成有输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形；
接地故障检测单元120，用于若所述输电线路三相电流波形、所述母线三相电压波形、所述零序电流波形及所述零序电压波形中均存在突变的波形，则认定接地故障存在；
接地故障类型判定单元130，用于根据所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形以及所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形，判定接地故障的类型；其中，所述接地故障的类型为单相接地故障、两相相间短路接地故障、三相相间短路接地故障之其中一种。
其中，所述接地故障类型判定单元130包括：
单相接地故障判定模块1301，用于若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线仅有一个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的相线相同，则判定所述接地故障的类型为单相接地故障，且将同相存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
两相相间短路接地故障判定模块1302，用于若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线有两个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的两个相线相同，则判定所述接地故障的类型为两相相间短路接地故障，且将同时存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的两个相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
三相相间短路接地故障判定模块1303，用于若所述输电线路三相电流波形中所有相线均存在突变的输电线路电流波形，且所述母线三相电压波形中所有相线均存在突变的母线电压波形，则判定所述接地故障的类型为三相相间短路接地故障，且将三个相线认定为所述接地故障中存在故障的相线。
其中，所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形对比各自突变之前的输电线路电流波形的幅值均增大。
其中，所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形对比各自突变之前的母线电压波形的幅值均减小。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过识别输电线路接地故障录波图中零序电流波形及零序电压波形中是否均存在突变的波形来检测接地故障是否存在，并在接地故障存在时，通过识别同时存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的相线，直观的确定接地故障的类型，整个过程无需数学计算，简单直观，且省时省力，能解决现场技术人员无法快速判断接地故障类型的问题。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、获取输电线路接地故障录波图，所述输电线路接地故障录波图上形成有输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形；
步骤S2、若所述输电线路三相电流波形、所述母线三相电压波形、所述零序电流波形及所述零序电压波形中均存在突变的波形，则认定接地故障存在；
步骤S3、根据所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形以及所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形，判定接地故障的类型；其中，所述接地故障的类型为单相接地故障、两相相间短路接地故障、三相相间短路接地故障之其中一种。
2.如权利要求1所述的基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线仅有一个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的相线相同，则判定所述接地故障的类型为单相接地故障，且将同相存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线有两个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的两个相线相同，则判定所述接地故障的类型为两相相间短路接地故障，且将同时存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的两个相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
若所述输电线路三相电流波形中所有相线均存在突变的输电线路电流波形，且所述母线三相电压波形中所有相线均存在突变的母线电压波形，则判定所述接地故障的类型为三相相间短路接地故障，且将三个相线认定为所述接地故障中存在故障的相线。
3.如权利要求2所述的基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，其特征在于，所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形对比各自突变之前的输电线路电流波形的幅值均增大。
4.如权利要求2所述的基于电网故障录波图来判断接地故障的方法，其特征在于，所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形对比各自突变之前的母线电压波形的幅值均减小。
5.一种基于电网故障录波图来判断接地故障的系统，其特征在于，包括：
输电线路接地故障录波图获取单元，用于获取输电线路接地故障录波图，所述输电线路接地故障录波图上形成有输电线路三相电流波形、母线三相电压波形、零序电流波形和零序电压波形；
接地故障检测单元，用于若所述输电线路三相电流波形、所述母线三相电压波形、所述零序电流波形及所述零序电压波形中均存在突变的波形，则认定接地故障存在；
接地故障类型判定单元，用于根据所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形以及所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形，判定接地故障的类型；其中，所述接地故障的类型为单相接地故障、两相相间短路接地故障、三相相间短路接地故障之其中一种。
6.如权利要求5所述的基于电网故障录波图来判断接地故障的系统，其特征在于，所述接地故障类型判定单元包括：
单相接地故障判定模块，用于若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线仅有一个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的相线相同，则判定所述接地故障的类型为单相接地故障，且将同相存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
两相相间短路接地故障判定模块，用于若所述输电线路三相电流波形中突变的输电线路电流波形的相线有两个，并与所述母线三相电压波形中突变的母线电压波形的两个相线相同，则判定所述接地故障的类型为两相相间短路接地故障，且将同时存在突变的输电线路电流波形及突变的母线电压波形的两个相线，认定为所述接地故障中存在故障的相线；
三相相间短路接地故障判定模块，用于若所述输电线路三相电流波形中所有相线均存在突变的输电线路电流波形，且所述母线三相电压波形中所有相线均存在突变的母线电压波形，则判定所述接地故障的类型为三相相间短路接地故障，且将三个相线认定为所述接地故障中存在故障的相线。
7.如权利要求6所述的基于电网故障录波图来判断接地故障的系统，其特征在于，所述输电线路三相电流波形中突变的各相输电线路电流波形对比各自突变之前的输电线路电流波形的幅值均增大。
8.如权利要求6所述的基于电网故障录波图来判断接地故障的系统，其特征在于，所述母线三相电压波形中突变的各相母线电压波形对比各自突变之前的母线电压波形的幅值均减小。
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