CN112098886A

CN112098886A - 一种小电流接地系统单相接地选线方法及系统

Info

Publication number: CN112098886A
Application number: CN202010788728.0A
Authority: CN
Inventors: 韩兴磊; 刘烨; 牟磊; 马晓路; 刘嘉超; 孙振海; 张弘; 石峥; 孙伟涛; 彭寅; 宋彦臻
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Qingdao Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Qingdao Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2040-08-07
Also published as: CN112098886B

Abstract

本发明公开了一种小电流接地系统单相接地选线方法及系统，包括：将在单相接地故障下采集的每条馈线的零序电流分解为暂态分量和衰减直流分量；根据暂态阈值，判断每条馈线的暂态分量是否正常，并根据判断结果构建暂态能量选线矩阵；根据衰减直流阈值，判断每条馈线的衰减直流分量是否正常，并根据判断结果构建衰减直流分量选线矩阵；将暂态能量选线矩阵和衰减直流分量选线矩阵进行并集得到综合选线矩阵，将综合选线矩阵与预设的正常矩阵进行比较，得到故障点所在线路。实现快速锁定故障线路，减小故障时间。

Description

一种小电流接地系统单相接地选线方法及系统

技术领域

本发明涉及配电网继电保护技术领域，特别是涉及一种小电流接地系统单相接地选线方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

小电流接地系统是指中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统，又称中性点间接接地系统；当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多。在配电网中，通过若干馈线在变电站的辐射作用，实现对大规模的用户区域的供电；由于出线规模大、运行环境恶劣，馈线很容易发生单相接地故障，因此，能够快速的选择出故障线路，对于隔离故障、恢复正常的电力供应，具有非常重要的意义。随着出线规模的不断增大，系统容性电流越来越大，当发生单相接地故障后，故障点会产生持续性电弧或者间隙性电弧，进而导致谐振过电压；为了熄灭故障点电弧，通常在中性点安装消弧线圈，而消弧线圈的安装使得故障电流变得更小，导致选线更加困难。

现有的选线方法分为三类：基于稳态特征的选线方法、基于暂态特征的选线方法和中性点信号注入的选线方法。发明人认为，由于消弧线圈的补偿作用，改变了故障线路的零序电流，使得故障线路和正常线路的故障量，无论是从幅值大小、还是相位关系上都难以区分，导致许多传统的选线方法选线准确率下降，当发生单相接地故障后，调度过程不得不使用传统的拉路法进行故障排除。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种小电流接地系统单相接地选线方法及系统，在发生单相接地故障时，对采集的每条馈线零序电流采用数学形态学分解出暂态分量和衰减直流分量，并分别构建暂态能量选线矩阵和衰减直流分量选线矩阵，根据和正常线路的差异选择故障线路；实现快速锁定故障线路，减小故障时间。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种小电流接地系统单相接地选线方法，包括：

将在单相接地故障下采集的每条馈线的零序电流分解为暂态分量和衰减直流分量；

根据暂态阈值，判断每条馈线的暂态分量是否正常，并根据判断结果构建暂态能量选线矩阵；

根据衰减直流阈值，判断每条馈线的衰减直流分量是否正常，并根据判断结果构建衰减直流分量选线矩阵；

将暂态能量选线矩阵和衰减直流分量选线矩阵进行并集得到综合选线矩阵，将综合选线矩阵与预设的正常矩阵进行比较，得到故障点所在线路。

第二方面，本发明提供一种小电流接地系统单相接地选线系统，包括：

分解模块，用于将在单相接地故障下采集的每条馈线的零序电流分解为暂态分量和衰减直流分量；

暂态能量选线矩阵构建模块，用于根据暂态阈值，判断每条馈线的暂态分量是否正常，并根据判断结果构建暂态能量选线矩阵；

衰减直流分量选线矩阵构建模块，用于根据衰减直流阈值，判断每条馈线的衰减直流分量是否正常，并根据判断结果构建衰减直流分量选线矩阵；

判断模块，用于将暂态能量选线矩阵和衰减直流分量选线矩阵进行并集得到综合选线矩阵，将综合选线矩阵与预设的正常矩阵进行比较，得到故障点所在线路。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

由于故障线路和正常线路的故障量在暂态过程中存在不同，故障线路的故障过程更加剧烈，并且伴有直流衰减分量；所以，本发明利用数学形态学分解出馈线零序电流的暂态分量和衰减直流分量，根据故障线路和正常线路的差异选出故障线路。

本发明基于暂态过程的选线方法，只需要几个周波就可以实现选线，算法简单可以减少处理器计算时间，选线准确率高，且可以快速锁定故障线路，减小故障时间。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的基于数学形态学的小电流系统单相接地选线方法流程图；

图2(a)-图2(d)为本发明实施例1提供的OCCO处理过程结果图；

图3(a)-图3(c)为本发明实施例1提供的数学形态学分解结果图；

图4(a)-图4(c)为本发明实施例1提供的故障线路和正常线路的分解结果比较图。

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。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种小电流接地系统单相接地选线方法，包括：

S1：将在单相接地故障下采集的每条馈线的零序电流分解为暂态分量和衰减直流分量；

S2：根据暂态阈值，判断每条馈线的暂态分量是否正常，并根据判断结果构建暂态能量选线矩阵；

S3：根据衰减直流阈值，判断每条馈线的衰减直流分量是否正常，并根据判断结果构建衰减直流分量选线矩阵；

S4：将暂态能量选线矩阵和衰减直流分量选线矩阵进行并集得到综合选线矩阵，将综合选线矩阵与预设的正常矩阵进行比较，得到故障点所在线路。

所述步骤S1中，对是否发生单相接地故障进行判断，具体包括：

采集母线零序电压，根据母线零序电压判断是否发生单相接地故障；

进一步的，通过采集母线PT开口三角电压实现对母线零序电压的采集；

进一步的，检测母线零序电压U₀，当母线零序电压的三倍大于预设阈值，即3U₀>s时，则配电系统发生单相接地故障。

所述步骤S1中，采集每条馈线的零序电流通过在每条馈线安装零序电流互感器，以实现采集每条馈线的零序电流。

所述步骤S1中，在判断发生单相接地故障，且采集了每条馈线的零序电流后，如图2(a)-2(d)所示，基于数学形态学，采用数学形态学的开闭和闭开均值算子(Opening-Closing And Closing-Opening Average Operation，OCCO均值算子)，将每条馈线的零序电流分解为稳态分量、暂态分量和直流衰减分量，OCCO均值算子为：

式中，ο和·分别为形态学开运算和闭运算算子；OCCO均值算子可以删除宽度小于结构元素g长度的所有细节波形，通过调节结构元素g的长度，实现信号分解；分解过程分为暂态分量提取(小结构元素)和直流分量提取(大结构元素)，故，将零序电流信号分解为稳态分量i_s、暂态分量i_t和直流衰减分量i_d，如图3(a)-3(c)所示。本实施例采用数据形态学，形态学算子只需要加减运算，算法计算简单，对于处理器要求比较低，实施成本较低。

所述步骤S2中，根据每条馈线的暂态分量计算每条馈线的暂态能量，暂态能量用于比较不同馈线的暂态故障分量大小：

式中，t_f是故障时间，T为基频周期，j为馈线编号，i_tj是馈线j接地电流暂态分量；

暂态能量矩阵E由n个馈线的瞬态能量组成，即E＝[E₁,E₂,...,E_n]，对暂态能量矩阵中的元素进行判断：

else，M_E(j)＝0,j＝1,2,...,n；

根据上述比较结果，构建暂态能量选线矩阵M_E，表示暂态能量的选线结果，与暂态能量矩阵的长度相同，由0和1元素组成。

所述步骤S3中，衰减直流分量矩阵D由n个馈线的衰减直流分量的绝对值组成，即D＝[D₁,D₂,...,D_n]，利用衰减直流分量矩阵D_j的最大绝对值判断不同馈线的衰减直流分量：

else，M_D(j)＝0,j＝1,2,...,n；

根据上述比较结果，构建衰减直流分量选线矩阵M_D，表示衰减直流分量的选择结果，与暂态能量矩阵有相同的尺度，由0和1元素组成的。

所述步骤S4中，构建综合选线矩阵M_C，即M_C＝M_T∪M_D；

根据综合选线矩阵M_C识别故障线路，通过与正常矩阵进行比较，判断综合选线矩阵各个元素求和是否为0，若不为0；

则判断综合选线矩阵各个元素求和是否为1，若是，则元素为1所指代的线路就是故障线路；否则选线失败；

若综合选线矩阵各个元素求和为0，则判断暂态能量矩阵最大值是否大于阈值α，若大于，则为母线故障，否则选线失败。

根据综合选线矩阵M_C识别故障线路即为，如果只有一个元素为1，则该元素所指代的线路就是故障线路；如果有所有元素均为0且暂态能量的最大值大于阈值则是母线故障；如果所有元素均为0且暂态能量的最大值小于阈值，或者有一个以上的元素为1，则选线失败。

如图4(a)-4(c)所示，本实施例选取典型的辐射型配电网模型验证选线准确率，该模型有七条馈线，长度分别为19km，5km，25km，12km，22km，8km和17km；线路参数：正序阻抗Z1＝(0.17+j 0.38)Ω/km，正序导纳b1＝(j 1.884×10 6)S/km，零序阻抗Z0＝(0.23+j1.72)Ω/km，零序导纳b 0＝(j 3.045×10 6)S/km；消弧线圈通过Z变压器连接到配电系统，提供10％的接地电容电流过补偿。

选定故障馈线为第4条馈线L4，故障距离距母线6km，故障电阻分别为20Ω，故障角度为0.2pi，采样频率设为4000Hz；

对馈线信号进行分解，将每条线路的故障零序电流信号分解成暂态分量、衰减直流分量和稳态分量；

根据暂态分量计算暂态能量矩阵为[39.8 16.0 99.6 1342.2 78.8 16.0 25.1]，根据构造方法得暂态选线矩阵为[0 0 0 1 0 0 0]；

根据衰减直流分量计算直流分量矩阵为[0 0 0 4.3 0 0 0]，直流分量选线矩阵为[0 0 0 1 0 0 0]；

得到综合选线矩阵为[0 0 0 1 0 0 0]，根据综合选线矩阵得出，第四条馈线发生接地故障。本实施例方法选线准确率高，仿真验证选线准确率达100％，实例验证选线准确率达98％。本实施例适用范围广，具有自适应性；不论是不接地方式还是过补偿、等补偿、欠补偿等消弧线圈接地方式，都可以准确的选出故障线路。

实施例2

本实施例提供一种小电流接地系统单相接地选线系统，包括：

此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中的步骤S1至S4，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

在更多实施例中，还提供：

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。

实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种小电流接地系统单相接地选线方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地选线方法，其特征在于，对是否发生单相接地故障进行判断，具体包括：采集母线零序电压，比较母线零序电压的3倍与预设电压阈值，若前者大于后者，则发生单相接地故障。

3.如权利要求2所述的一种小电流接地系统单相接地选线方法，其特征在于，所述母线零序电压通过采集母线PT开口三角电压实现对母线零序电压的采集。

4.如权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地选线方法，其特征在于，采用数学形态学的开闭和闭开均值算子，将每条馈线的零序电流分解为稳态分量、暂态分量和直流衰减分量。

5.如权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地选线方法，其特征在于，所述构建暂态能量选线矩阵具体包括；

根据每条馈线的暂态分量计算每条馈线的暂态能量，并构建暂态能量矩阵；

对暂态能量矩阵中的每个元素根据暂态阈值进行判断，若存在某个元素大于暂态阈值，则该元素标记为1，其他元素标记为0；否则均标记为0；

根据判断结果，构建暂态能量选线矩阵。

6.如权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地选线方法，其特征在于，所述构建衰减直流分量选线矩阵包括：

根据每条馈线的衰减直流分量的绝对值构建衰减直流分量矩阵；

衰减直流分量矩阵中每个元素根据衰减直流分量矩阵的最大绝对值进行判断，若存在某个元素大于最大绝对值，则该元素标记为1，其他元素标记为0；否则均标记为0；

根据判断结果，构建衰减直流分量选线矩阵。

7.如权利要求1所述的一种小电流接地系统单相接地选线方法，其特征在于，判断综合选线矩阵各个元素求和是否为0，若不为0；

则判断综合选线矩阵各个元素求和是否为1，若是，则元素为1所指代的线路为故障线路；否则选线失败；

若综合选线矩阵各个元素求和为0，则判断暂态能量矩阵最大值是否大于暂态阈值α，若大于，则为母线故障，否则选线失败。

8.一种小电流接地系统单相接地选线系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。