CN112698103B - 一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法，收集配电线路上一次设备采集到的电压电流信息，针对采集的零序电压及零序电流进行暂态首半波法的判断，再采用FFT算法计算零序电压及零序电流的幅值及相位进行功率积分计算，获得零序有功功率来进行接地区间的判断，最后结合两种算法的判断结果，根据可信度配比综合判断故障区间。本发明具备选线选段，精准隔离故障区段的功能，减少接地故障对线路造成的危害，缩短停电区间，降低配网运维人员巡线工作量，提高故障查找与处理时间，提升配网系统的供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及10kV配电网单相接地故障判断技术领域，具体涉及一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法。
背景技术
现阶段10kV配电网多数采用中性点非有效接地的方式，包含中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统，中性点经小电阻接地系统。但目前大多数应用的都是中性点不接地系统。随着配电网中负荷逐年增长，配电设备越来越多，运行环境复杂，运行故障增多。配电网中故障绝大多数是单相接地故障，约占总故障的80％，而单相接地故障虽然不影响用电设备的正常使用，但故障时往往伴随着放电，打火的现象，极易引起火灾，断线的故障也会对人畜造成伤害。在这些故障中也存在很多高过渡电阻的接地故障，这些故障也存在着危害，也越来越关注高阻接地故障的判断能力，因此配电网中单相接地故障有效选线装置的研发尤为重要，其选线原理也是需要研究的关键技术。
现阶段的单相接地故障的选线方式有外加信号法及识别故障信号法。外加信号法是通过附加装置注入异频信号的方式识别接地故障反生的位置。识别故障信号法是目前大多数选线装置所采用的方法，分有暂态故障信号法及稳态信号法。暂态特征量大，但不易抓取。稳态特征量小，但信号稳定，容易识别。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法，本发明通过分析中性点不接地系统中单相接地故障零序电流及零序电压等特征量的变化，并提升10kV断路器上的交流电压电流传感器测量线路零序电压与零序电流的能力。采用稳态故障信号与暂态故障信号相结合的选线方法，应用在智能终端设备上，与断路器相互配合，可实现中性点不接地系统单相接地故障的选线。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法，收集配电线路上一次设备采集到的电压电流信息，针对采集的零序电压及零序电流进行暂态首半波法的判断，再采用FFT算法计算零序电压及零序电流的幅值及相位进行功率积分计算，获得零序有功功率来进行接地区间的判断，最后结合两种算法的判断结果，根据可信度配比综合判断故障区间。
进一步地，包括以下步骤：
步骤1、采集配电线路上零序电流和零序电压；
步骤2、采用暂态首半波法，寻找零序电压的突变点，在零序电压突变点前后各找一个周波，在这两个周波内每半个周波进行相关系数的计算，寻找相关系数最小值，并给出相关系数为负的计数点，通过相关系数最小值及计数点个数进行故障区间的判断；
步骤3、采用FFT算法功率积分的方式，计算零序有功功率一段时间的累计值，通过此累积值的大小判断接地故障，当P＞P0为区外故障，当P＜P0为区内故障，其中P为累积值，P0为阈值；
步骤4、采用暂态首半波法和稳态零序有功功率积分法进行综合判断，当两种算法判断情况一致时，直接判断出故障，当两种算法判断情况不一致时，根据所计算的特征量分配可信度，综合判断接地故障。
进一步地，还包括步骤5：当判断故障后，若故障维持时间大于等于延时定值，则进行接地故障的告警或跳闸；若故障维持时间小于延时定值，进行计数，如果计数超过设定值，则向用户推送瞬时性或间歇性告警信息，如果计数未超过设定值，则不进行接地故障的告警或跳闸。
进一步地，步骤1中利用电流传感器LPCT线圈采集配电线路上零序电流。
进一步地，步骤1中采用CVT传感器结构的电压互感器采集配电线路上零序电压。
进一步地，步骤4中根据所计算的特征量分配可信度，综合判断接地故障，具体为：若暂态首半波法相关系数最小值小于-0.85，计数超过总计数点的50％，则认为首半波法判断准确率较高；若稳态零序有功功率法累积值超过阈值的2倍以上，则认为零序有功功率法判断准确率较高。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过分析中性点不接地系统中单相接地故障零序电流及零序电压等特征量的变化，并提升10kV断路器上的交流电压电流传感器测量线路零序电压与零序电流的能力。采用稳态故障信号与暂态故障信号相结合的选线方法，应用在智能终端设备上，与断路器相互配合，可实现中性点不接地系统单相接地故障的选线，具备选线选段，精准隔离故障区段的功能，减少接地故障对线路造成的危害，缩短停电区间，降低配网运维人员巡线工作量，提高故障查找与处理时间，提升配网系统的供电可靠性。
进一步地，采用高灵敏度交流电压电流传感器，满足暂态及稳态信号的电流电压的测量，-40℃～70℃全温度范围内电压测量精度0.5级，电流测量精度0.5s级。
进一步地，暂态首半波法优化改进，用零序电压零序电流突变点前后各一个周波内计算相关系数判断的方法。
进一步地，稳态零序功率法优化改进，采用功率积分的方式计算零序有功功率一段时间的累积值，通过稳态信息去判断单相接地故障的方向。
进一步地，两种接地算法相结合，取长补短，根据可信度综合判断接地故障方向，提升中性点不接地系统高过渡电阻接地故障判断能力。
附图说明
图1为中性点不接地系统线路示意图；
图2为中性点不接地系统接地区内故障零序电压零序电流矢量图；
图3为采用基于零序有功功率法及首半波法综合故障判断方法逻辑图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明通过接收配电线路上一次设备采集到的电压电流信息，针对采集的零序电压及零序电流等相关数据先进行暂态首半波法的判断，在采用FFT算法计算零序电压及零序电流的幅值及相位进行功率积分计算，获得零序有功功率来进行接地区间的判断。结合两种算法的判断结果根据可信度配比综合判断故障区间：
本发明判断单相接地故障主要分为四个方面：
a)高灵敏度交流电压电流传感器的研究，精度高，测量范围宽，可准确采集零序电压及零序电流的幅值及相位。
b)抛弃原有暂态首半波法的三阶差分寻找故障启动点的方法，对原有的首半波法进行改进，采用零序电压零序电流突变点前后各一个周波内计算相关系数判断的方法。
c)结合原有的零序功率法进行改进，采用功率积分的方式计算零序有功功率一段时间的累积值，通过稳态信息去判断单相接地故障的方向。
d)结合两种算法的判断结果，进行可信度比较，综合判断故障区间，提升高过渡电阻接地故障判断的准确度。
具体地：
1、线路发生单相接地故障后，最为明显的特征就是零序电压与零序电流的变化，线路上一次设备对零序电流及零序电压的采集精度的提升是提高单相接地故障判断准确率尤为重要的一个因素。本发明电流传感器LPCT线圈，电流采集范围广，避免线圈磁路饱和，电压互感器采用类似CVT传感器结构，利用电容分压原理保证电压测量的精度。整体电流及电压互感器一体化设计，可测量三相电压、三相电流、零序电压及零序电流，满足-40℃～70℃全温度范围内电压测量精度0.5级，电流测量精度0.5s级。
2、原有的暂态首半波法，利用零序电压的三阶差分进行启动点判断，向后推迟半个周波进行零序电压微分和零序电流的相关性的比较。但此种方法往往由于零序电压高过度电阻的情况，暂态时间短，零序电压暂态幅值小，三阶差分后不能准确的找到故障启动点，进而导致相关性计算错误，故障判别错误。因此针对此种情况，对首半波法进行改进，只粗略寻找零序电压的突变点，在零序电压突变点前后各找一个周波，在这两个周波内每半个周波进行相关系数的计算，寻找相关系数最小值，并给出相关系数为负的计数点。通过相关系数最小值及计数点个数进行故障区间的判断。
3、在配电网中性点不接地系统中，发生单相接地故障后示意图可如附图1中所示，故障相电压降低，非故障相电压升高，线路产生零序电压，可在故障点等效出一个零序电压源为各线路提供零序电流，规定电流从母线流入线路为正方向，则故障线路零序电流是从线路流向母线，与非故障线路及故障点下游零序电流方向相反。中性点不接地系统故障线路零序电流与零序电压关系如附图2。以零序电压为参考向量，理论分析可知故障后故障线路零序电流以容性电流占主导，零序电压应超前零序电流90°，但在线路泄露电阻的影响其区内故障往往零序电流及零序电压角度都会大于90°，此时零序有功功率为负值。而区外故障往往零序电压及零序电流角度都会大于270°，此时零序有功功率为正值。
利用这种规律，结合交流电压电流传感器的高精度的测量，采用FFT算法，功率积分的方式，计算零序有功功率一段时间的累计值，通过此累积值的大小判断接地故障，可认为P＞P0为区外故障，P＜P0为区内故障。此种方法不仅仅在金属性接地和低过度电阻的接地故障时有效，在高过度电阻的接地故障也可依然有效。针对高过度电阻的接地故障判断时，我们可适当延长零序有功功率的积分时间来提高判断准确率。
4、现主流的单相接地故障判断方法为故障信号法，主要分为暂态信号法和稳态信号法。暂态信号法暂态特征量大，接地信号明显，但暂态过程时间短，对电压电流传感器精度要求高。稳态信号易采集，信号稳定，但高阻接地时信号特征量小，不易分析故障。因此本发明采用暂态首半波法和稳态零序有功功率积分法进行综合判断，使每种判断算法都发挥其最大的判断能力。
当发生接地故障时，两种算法均会开出接地故障信号。当两种算法判断情况一致时，直接开出故障。如两种算法不一致时，根据所计算的特征量分配可信度，综合开出接地故障。暂态首半波法可采用相关系数最小值小于-0.85，计数超过总计数点的50％，可认为首半波法判断准确率较高。稳态零序有功功率法可根据零序有功功率的累积值判断，累积值超过定值的2倍以上，认为零序有功功率法判断准确率较高。结合两种算法的可信度，综合判断故障的区间段。
5、配电网中瞬时性或间隙性接地故障维持时间短，故障发生后马上消失，线路恢复到正常状态。此种瞬时性或间歇接地故障如被选线装置捕捉到进行跳闸，这不但影响了用户的正常用电，也浪费了人力去查找故障。本发明采用了故障延时的判断，如故障维持时间小于延时定值，则不进行接地故障的告警或跳闸，而是进行计数。如果计数超过设定定制，则向用户推送瞬时性或间歇性告警信息。
本发明提供了一种10kV配电网中高过渡电阻接地故障准确判断的方法，具备选线选段，精准隔离故障区段的功能，减少接地故障对线路造成的危害，缩短停电区间，降低配网运维人员巡线工作量，提高故障查找与处理时间，提升配网系统的供电可靠性。
Claims (4)
1.一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法，其特征在于，收集配电线路上一次设备采集到的电压电流信息，针对采集的零序电压及零序电流进行暂态首半波法的判断，再采用FFT算法计算零序电压及零序电流的幅值及相位进行功率积分计算，获得零序有功功率来进行接地区间的判断，最后结合两种算法的判断结果，根据可信度配比综合判断故障区间；
具体包括以下步骤：
步骤1、采集配电线路上零序电流和零序电压；
步骤2、采用暂态首半波法，寻找零序电压的突变点，在零序电压突变点前后各找一个周波，在这两个周波内每半个周波进行相关系数的计算，寻找相关系数最小值，并给出相关系数为负的计数点，通过相关系数最小值及计数点个数进行故障区间的判断；
步骤3、采用FFT算法功率积分的方式，计算零序有功功率一段时间的累计值，通过此累积值的大小判断接地故障，当P＞P0为区外故障，当P＜P0为区内故障，其中P为累积值，P0为阈值；
步骤4、采用暂态首半波法和稳态零序有功功率积分法进行综合判断，当两种算法判断情况一致时，直接判断出故障，当两种算法判断情况不一致时，根据所计算的特征量分配可信度，综合判断接地故障，具体为：若暂态首半波法相关系数最小值小于-0.85，计数超过总计数点的50%，则认为首半波法判断准确率较高；若稳态零序有功功率法累积值超过阈值的2倍以上，则认为零序有功功率法判断准确率较高。
2.根据权利要求1所述的一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法，其特征在于，还包括步骤5：当判断故障后，若故障维持时间大于等于延时定值，则进行接地故障的告警或跳闸；若故障维持时间小于延时定值，进行计数，如果计数超过设定值，则向用户推送瞬时性或间歇性告警信息，如果计数未超过设定值，则不进行接地故障的告警或跳闸。
3.根据权利要求1所述的一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法，其特征在于，步骤1中利用电流传感器LPCT线圈采集配电线路上零序电流。
4.根据权利要求1所述的一种提升高过渡电阻接地故障判断准确度的方法，其特征在于，步骤1中采用CVT传感器结构的电压互感器采集配电线路上零序电压。
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| 配电网馈线接地故障定位系统的研究;王春明;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》;20061115;全文 * |
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| CN112698103A (zh) | 2021-04-23 |
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