CN112526282A - 一种配网单相接地故障区段定位方法 - Google Patents

一种配网单相接地故障区段定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配网单相接地故障区段定位方法。首先，根据线路区段编制线路故障区段表；其次，实时同步采集配网故障线路各区段首端三相电流瞬时值，根据采集到的三相电流瞬时值，计算流经各区段首端的零序电流；然后，对各区段首端零序电流分别作差，并取绝对值，找到故障暂态过程中的各差值绝对值最大值，并从小到大排序；最后，对照故障区段对应表，按取值从小到大进行故障区段确定，直至故障区段为唯一区段，即判断该区段发生故障。本发明方法几乎不受故障位置、故障时刻影响，能够快速实现配网单相接地故障区段定位。

Description

一种配网单相接地故障区段定位方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，涉及配电网故障区段定位技术，具体 涉及一种配网单相接地故障区段定位方法。
背景技术
配电网系统中，发生单相接地故障时，中性点电压由零升为相电 压，三相之间的线电压保持对称，不影响正常供电，因此一般都允许 系统继续运行1～2小时。但是，故障后非故障相对地电压升高
Figure BDA0002538413710000011
倍， 为了防止故障进一步扩大造成两点或多点接地短路，进行故障选线 后，应及时查找出故障，并采取措施处理。配网线路特别是电缆线路 发生故障后，故障位置难以快速直接确定，往往需要首先进行故障区 段定位，以减小故障筛选范围，减少运维人员巡线时间，从而快速处 理故障。因此，配网单相接地故障区段定位技术显得尤为重要。
目前，在我国配网系统中，单相接地故障区段定位方法理论研究 很多，但实际应用还有许多难点。传统的利用稳态信号进行定位的方 法，存在定位时间长的缺点；利用相电流突变量的区段定位方法，容 易实现，但忽略了负荷电流的影响，实际应用存在不确定性；行波测 距的方法用于区段定位时，对于分支复杂的配电网难以适用；利用暂 态信号的方法中，常用电流相似比较、无功功率方向法等实现区段定 位，但这类方法存在线路电压难以获取、数据传输量大的困难；基于 小波变换理论，利用小波技术分析信号频率，从而区分出故障、非故 障区段，但是小波基的选取较困难，且算法比较复杂，实际应用有待 检验。因此，仅利用有限的暂态电流信号，实现快速故障区段定位， 是配网单相接地故障处理中亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有配电网单相接地故障区段定位方法存在的不足，本 发明的目的是提供一种配网单相接地故障区段定位方法，仅利用故障 线路各区段首端电流信息，快速进行故障区段定位，且精度较高。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，包括以下步 骤：
步骤1：根据线路区段情况，编制线路故障区段定位表。
步骤2：在配网单相接地故障线路各区段(若线路有n个区段) 首端，利用电流互感器，实时同步采集三相电流瞬时值，分别记为 iA(t)k、iB(t)k、iC(t)k，其中k＝1、2、3……n。根据采样得到的三相 电流瞬时值，计算零序电流，记为Δik(t)。公式如下：
Δik(t)＝iA(t)k+iB(t)k+iC(t)k (1)
步骤3：根据计算得到的零序电流，对各区段零序电流分别作差， 并取绝对值，记为Hm(t)，其中
Figure BDA0002538413710000021
公式如下：
Figure BDA0002538413710000022
步骤4：找到Hm(t)在故障暂态过程(取为故障发生至故障后5ms) 的最大值，并按照从小到大进行排序。
步骤5：对照事先离线确定的故障区段表，按照排序结果从小到 大进行故障区段确定，直至故障区段为唯一区段为止，即判定该区段 为故障区段。
本发明和现有区段定位方法相比较，具有如下优点：
本发明提出的一种配网单相接地故障区段定位方法，专门针对配 网单相接地故障，只需要采集线路各区段首端三相电流，对存储空间 要求低，只利用各区段线路电流互感器采集的电流信号，不需要额外 增加测量装置，计算方法十分简单，计算量小，对装置CPU要求低， 能够满足快速进行区段定位的要求。
由于利用的是线路零序电流，本发明不受配网负荷、故障位置、 故障时刻、过渡电阻的影响，精度较高，具体原因如下：
通过理论和仿真分析，发现配网线路发生单相接地故障后，故障 线路电流存在如下特征：故障点前的线路零序电流与故障点后的零序 电流波形差异较大，故障点前的线路不同区段零序电流互相差异很 小，故障点后的线路不同区段零序电流互相差异也很小，对于存在分 支线路的情况，故障点位于主线路时，相比于故障点前的主线路，分 支线路的零序电流波形更接近故障点之后的线路零序电流，也接近其 他分支线路零序电流波形，无论线路长度、过渡电阻如何变化，该理 论都成立，故本发明方法几乎不受线路长度、过渡电阻影响。基于此， 通过比较暂态零序电流差值绝对值，可以得到各区段零序电流差异程 度，即差值绝对值最大值越小，则对应的区段零序电流越接近，反之， 则区段零序电流差异越大。对于某一固有配网线路，可以事先编制故 障区段表，列出每一种差值绝对值最大值小的情况下，故障发生的可 能区段，以此为基础，对故障发生后的情况进行故障区段定位。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
图2是某配网系统仿真模型图，线路1为含分支的故障线路。
图3是0.203s在线路区段1末端发生单相接地故障，线路4个 区段暂态零序电流瞬时值的波形图，需要说明的是，各区段电流互感 器采集电流方向均为母线指向线路末端。
图4是区段1上距离首端1.0km处在0.203s发生单相接地故障， 线路零序电流差值波形图。
图5是区段1上距离首端1.0km处在0.207s发生单相接地故障， 线路零序电流差值波形图。
图6(是区段2上距离首端0.2km处在0.203s发生单相接地故 障，线路零序电流差值波形图。
图7是区段2上距离首端0.2km处在0.215s发生单相接地故障， 线路零序电流差值波形图。
图8是区段3上距离首端0.5km处在0.203s发生单相接地故障， 线路零序电流差值波形图。
图9是区段3上距离首端2.5km处在0.203s发生单相接地故障， 线路零序电流差值波形图。
图10是区段4上距离首端1.34km处在0.203s发生单相接地故 障，线路零序电流差值波形图。
图11是区段4上距离首端2.0km处在0.203s发生单相接地故障， 线路零序电流差值波形图。
具体实施方式
如图2所示某110kV/10.5kV配网系统仿真模型图，S为110kV 电源，10kV母线有4条10kV馈线，并分别带有一定负荷。线路1是 电缆线路与架空线路混合，线路2是架空线路，线路3是架空线路， 线路4是电缆线路。故障点设置在线路1上，线路1含有分支线路， 总共包含4个区段，在区段首端依次编号为1、2、3、4。其中，区 段1表示故障位于1和2之间，是电缆线路，总长1.6km，区段2表 示故障位于2和3之间，是架空线路，总长1.2km，区段3表示故障位于3之后，是架空线路，总长3km，区段4表示区段位于分支线路 4上，是架空线路，总长2km。线路电流互感器分别安装于各区段首 端，采样频率10kHz。
事先通过分析，可以得到线路1的故障区段表，如表1所示。
表1故障区段表
Figure BDA0002538413710000051
利用本发明提供的方法可以进行线路1发生单相接地故障区段 定位。如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：根据线路区段情况，编制线路故障区段定位表，如表1 所示。
步骤2：在配网单相接地故障线路各区段(若线路有n个区段) 首端，利用电流互感器，实时同步采集三相电流瞬时值，分别记为 iA(t)k、iB(t)k、iC(t)k，其中k＝1、2、3、4。根据采样得到的三相电 流瞬时值，计算零序电流，记为Δik(t)。公式如下：
Δik(t)＝iA(t)k+iB(t)k+iC(t)k (1)
步骤3：根据计算得到的零序电流，对各区段零序电流分别作差， 并取绝对值，记为Hm(t)，其中m＝1、2、3……6。公式如下：
Figure BDA0002538413710000061
步骤4：找到Hm(t)在故障暂态过程(取为故障发生至故障后5ms) 的最大值，记为
Figure BDA0002538413710000064
并按照从小到大排序。
步骤5：对照事先离线确定的故障区段表，按照排序结果从小到 大进行故障区段确定，直至故障区段为唯一区段为止，即判定该区段 为故障区段。
确定区段时，先从最小值开始，对照表1的故障区段表，得到第 1步的1个或2个及以上区段，如果是1个区段，则直接判定该区段 为故障区段，如果有2个及以上区段，再从次小值开始，对照表1， 确定第2步的区段，然后将第1步、第2步确定的区段取交集，确定 故障区段，按照此方法，直至最终为唯一区段，即判定该区段为故障 区段。
表2：与图4对应的各区段暂态零序电流差值绝对值最大值排序及区 段定位结果。
Figure BDA0002538413710000062
表3：与图5对应的各区段暂态零序电流差值绝对值最大值排序及区 段定位结果。
Figure BDA0002538413710000063
Figure BDA0002538413710000071
表4：与图6对应的各区段暂态零序电流差值绝对值最大值排序及区 段定位结果。
Figure BDA0002538413710000072
表5：与图7对应的各区段暂态零序电流差值绝对值最大值排序及区 段定位结果。
Figure BDA0002538413710000073
表6：与图8对应的各区段暂态零序电流差值绝对值最大值排序及区 段定位结果。
Figure BDA0002538413710000074
表7：与图9对应的各区段暂态零序电流差值绝对值最大值排序及区 段定位结果。
Figure BDA0002538413710000075
表8：与图10对应的各区段暂态零序电流差值绝对值最大值排序及 区段定位结果。
Figure BDA0002538413710000081
表9：与图11对应的各区段暂态零序电流差值绝对值最大值排序及 区段定位结果。
Figure BDA0002538413710000082
从表2-表9的所有结果可以看出，本发明方法在不同故障时间、不 同故障位置的情况下，确定的故障区段与实际故障发生所在区段一 致，证明本发明方法可行。

Claims (2)

1.一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据线路区段情况，编制线路故障区段定位表；
步骤2：若线路有n个区段,在配网单相接地故障线路各区段首端，利用电流互感器，实时同步采集三相电流瞬时值，分别记为iA(t)k、iB(t)k、iC(t)k，其中k＝1、2、3……n；根据采样得到的三相电流瞬时值，计算零序电流，记为Δik(t)；公式如下：
Δik(t)＝iA(t)k+iB(t)k+iC(t)k (1)
步骤3：根据计算得到的零序电流，对各区段零序电流分别作差，并取绝对值，记为Hm(t)，其中
Figure FDA0002538413700000011
公式如下：
Figure FDA0002538413700000012
步骤4：找到Hm(t)在故障暂态过程的最大值，并按照从小到大进行排序；
步骤5：对照事先离线确定的故障区段表，按照排序结果从小到大进行故障区段确定，直至故障区段为唯一区段为止，即判定该区段为故障区段。
2.根据权利要求书1所述的一种配网单相接地故障区段定位方法，其特征在于：步骤4所述的暂态过程取为故障发生至故障后5ms时间段。
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