CN112731053B - 一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法 - Google Patents

一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,包括以下步骤:FTU监测母线零序电压;获取零序电流和零序电压的故障录波数据;获取零序导纳并将结果上传至配电自动化主站;计算相邻FTU上传的零序导纳最大值的比值Ri,j;将比值大于门槛值的Ri,j记为Dk,计算Dk个数;若存在多个Dk,执行最大差值绝对值判据;若最大差值绝对值小于2,则故障区段位于线路末端,否则,位于FTUi与FTUj之间;输出定段结果,定位结束。本发明具有很好的普遍性,对于不同的故障位置、过渡电阻、故障合闸角以及分布式电源的接入,均能准确地识别故障区段。

Description

一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法
技术领域
本发明涉及电力系统故障检测与故障定位领域,尤其涉及一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法。
背景技术
由损坏导线接触非理想高阻抗介质(例如:沙土、沥青、路面和树枝)而引起的高阻接地故障是谐振接地配电网一持续性难题。故障电气量特征微弱且不稳定是高阻接地故障显著的特点,现有的过电流继电器无法轻易地检测或定位高阻接地故障,若系统长时间带故障运行,可能会对民众造成触电危险或火灾隐患,从而导致故障范围进一步扩大以及影响电力供应的可靠性。
同时,由于分布式电源(DG)的广泛接入,特别是逆变型分布式电源(IIDG)接入谐振接地配电网,IIDG改变了配电网潮流分布并使现有的无源网络转变为有源网络,IIDG对谐振接地系统的故障特性分析、保护和定位带来了不可忽视的影响。结构愈发复杂的配电网以及IIDG的接入,大大增加了故障定位的难度,尤其对于高阻接地故障,其故障定位的难度更大。
现有的基于行波的故障定位方法进行高阻故障定位时,不仅存在故障合闸角为零的死区问题,并且对两端数据同步性和采样频率要求极高,该方法将导致较大误差,极大增加了故障定位和排除的困难。
随着配电自动化技术的不断发展,馈线终端单元(FTU)广泛应用于谐振接地配电网,可以实现对低阻故障的实时定位。但对于故障定位难度大的高阻接地故障,基于FTU的谐振接地系统故障区段定位仍然是一项困难的工作,因此,需要寻找一种高效准确的故障定位方法,提高配电网供电的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,通过利用FTU所获取的故障点上下游零序阻抗的差异作为判别的依据,对于不同的故障位置、过渡电阻、故障合闸角以及分布式电源的接入,均能准确地识别故障区段。
本发明的目的通过以下的技术方案实现:一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,包括以下步骤:
S1、利用馈线终端单元FTU对母线零序电压进行监测,若零序电压突变量大于启动门槛值,则进行故障区段定位;
S2、通过各馈线终端单元FTUi获取零序电流和零序电压的故障录波数据;
S3、通过各馈线终端单元FTUi计算获取零序导纳A(t0)并将结果上传至配电自动化主站;
S4、利用配电自动化主站计算相邻馈线终端单元FTU上传的零序导纳A(t0)最大值的比值Ri,j
S5、将比值大于门槛值Rset的零序导纳A(t0)最大值比值Ri,j记为Dk,并计算Dk个数;
S6、若存在多个Dk,执行最大差值绝对值判据,否则,故障区段位于FTUi与FTUj之间;
S7、若最大差值绝对值小于2,则故障区段位于线路末端,否则,故障区段位于FTUi与FTUj之间;
S8、通过配电自动化主站输出定段结果,故障区段定位结束,复归。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明利用FTU所获取的故障点上下游零序阻抗的差异作为判别的依据,这一故障特征与过渡电阻无关,因而,无论谐振接地系统处于过阻尼还是欠阻尼状态,该故障特性一直存在并能有效用于故障定位。
2、本发明具有很好的普遍性,对于不同的故障位置、过渡电阻、故障合闸角以及分布式电源的接入,均能准确地识别故障区段。
3、本发明对FTU的采样频率要求不高且不需要FTU时钟同步,实现成本低、适用范围较广、实用性强,具备通信自动化功能的配电线路均可应用。
附图说明
图1是本发明故障区段定位方法的流程图;
图2是本发明谐振接地系统模型图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图详细描述本发明提供的实施例,但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示,本实施例一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,主要包括以下步骤:
S1、利用馈线终端单元FTU对母线零序电压进行监测,若零序电压突变量大于启动门槛值,则进行故障区段定位。
本实施例中,故障区段定位方法的启动判据如下:
Δu0≥U0_set
其中,Δu0为一个工频周期内零序电压的突变量;U0_set为启动门槛值,可按躲开最大三相不平衡电压整定,即U0_set=kthUn,kth为等于0.15的可靠系数,Un为谐振接地系统的额定相电压。
S2、通过各馈线终端单元FTUi获取在50ms时间窗内的零序电流和零序电压的故障录波数据。
具体地,取50ms的时间数据窗,各馈线终端单元(FTUi)分别采集该时间窗内的零序电流和零序电压的故障录波数据,i为该线路馈线终端单元FTU的序号,其采样频率fs为10kHz,并获取零序电流采样值序列i0(t0)和零序电压采样值序列u0(t0),其中,t0为采样值起始点,且为防止采样值过小将零序电流扩大一千倍。
S3、通过各馈线终端单元FTUi计算获取零序导纳A(t0)并将结果上传至配电自动化主站。
本实施例中,利用梯形数值积分法进行零序导纳A(t0)离散化计算,令各馈线终端单元FTUi计算的零序导纳表示为A(t0),并采用下式计算:
Figure GDA0003553610300000041
其中,T0为一个工频周期,即20ms;Ts为计算周期,其等于一个工频周期内采样点数;t0为采样值起始点;i0(t0)为零序电流采样值序列;u0(t0)为零序电压采样值序列;i为该线路馈线终端单元FTU的序号;i0为电流;i0(i)为零序电流;u0为电压。
S4、利用配电自动化主站计算相邻馈线终端单元FTU上传的零序导纳A(t0)最大值的比值Ri,j
本实施例中,零序导纳A(t0)最大值的比值Ri,j,采用的计算公式为:
Ri,j=max[Ai(t)]/max[Aj(t)]
其中,Ai(t)为馈线终端单元FTUi计算的零序导纳,Aj(t)为相邻馈线终端单元FTUj计算的零序导纳。
S5、将比值大于门槛值Rset的零序导纳A(t0)最大值比值Ri,j记为Dk,并计算Dk个数。
其中,Dk满足的条件为:
Ri,j>Rset
其中,门槛值Rset为6,利用最大运行方式,谐振接地系统母线发生金属性单相接地故障整定获取。
S6、若存在多个Dk,执行最大差值绝对值判据,否则,故障区段位于FTUi与FTUj之间。
本实施例中,若谐振接地配电网存在多个Dk,则配电网存在多分支且故障点位于分支下游,故障可能发生在线路末端或者分支下游某一区段,因此需要区分存在分支这一故障情况,因此,当存在多个Dk,进行最大差值绝对值判据以区分线路末端故障或者分支下游某一区段故障;若只存在唯一Dk,说明故障点位于分支上游,故障区段位于FTUi与FTUj之间。
S7、若最大差值绝对值小于2,则故障区段位于线路末端,否则,故障区段位于FTUi与FTUj之间。
具体地,最大差值绝对值保护判据为:
max(|Dk+1-Dk|)<2
其中,Dk+1为值大于门槛值Rset的零序导纳A(t0)最大值比值。
若满足最大差值绝对值保护判据,则故障区段位于线路末端,否则,故障点位于分支下游某一区段,且该故障区段位于FTUi与FTUj之间。
S8、通过配电自动化主站输出定段结果,故障区段定位结束,复归。
本实施例中,配电自动化主站输出定段结果,进而保护动作切除故障区段,故障区段定位结束。
如图2所示,在实时数字仿真系统RTDS中搭建谐振接地系统模型,利用10.5kV的谐振接地配电网,采用过补偿方式,脱谐度为-6%,消弧线圈等值电抗为LC=0.3075H;某一故障回线L1为一条10km电缆线路,电缆线路模型参照YJV22-240标准参数,单位长度线路电容为CL=0.37μF;L1上间隔不同距离(1km,2km,3km和3km)安装了4个FTU(T1、T2、T3、T4),将L1划分为区段1~4,;区段3还接有2km的分支电缆线路,并安装有FTU(T5);区段1和区段2分别带有负荷支路,为LD1和LD2,分支线路末端接有负荷LD3;馈线L1末端还接有负荷LD4;其中,负荷LD1、LD2和LD3为1MW,负荷LD4为6MW,功率因数均为0.95;IIDG1和IIDG2分别T接于线路区段2和区段3,其额定容量分别为2MW和3MW,额定电压均为10kV;f1,f2,f3和f5为不同的故障点,每个故障点均在该区段的中点,而故障点f4和f6位于线路末端。
本实施例中,基于实时数字仿真系统RTDS对本发明故障区段定位方法进行验证。假设每个终端的采样频率均为10kHz,取50ms时间的数据窗进行故障区段判别。表1为故障合闸角为0°下,不同过渡电阻和故障位置的故障区段定位结果。表2为过渡电阻为1000Ω下,不同故障合闸角和故障位置的故障区段定位结果。
表1故障合闸角为0°以下,不同过渡电阻和故障位置的故障区段定位结果
Figure GDA0003553610300000061
Figure GDA0003553610300000071
表2过渡电阻为1000Ω以下,不同故障合闸角和故障位置的故障区段定位结果
Figure GDA0003553610300000072
由表1和表2的计算结果可知,本发明可针对不同的故障位置、过渡电阻、故障合闸角以及分布式电源的接入准确地找出故障区段,具有很好的普遍性,且对采样频率要求不高,具有实现成本不高、适用范围较广、实用性强和FTU不需要时钟同步等优点,具备通信自动化功能的配电线路均能应用此方法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、利用馈线终端单元FTU对母线零序电压进行监测,若零序电压突变量大于启动门槛值,则进行故障区段定位;
S2、通过各馈线终端单元FTUi获取零序电流和零序电压的故障录波数据;
S3、通过各馈线终端单元FTUi计算获取零序导纳A(t0)并将结果上传至配电自动化主站;
S4、利用配电自动化主站计算相邻馈线终端单元FTU上传的零序导纳A(t0)最大值的比值Ri,j
S5、将比值大于门槛值Rset的零序导纳A(t0)最大值比值Ri,j记为Dk,并计算Dk个数;
S6、若存在多个Dk,执行最大差值绝对值判据,否则,故障区段位于FTUi与FTUj之间;
S7、若最大差值绝对值小于2,则故障区段位于线路末端,否则,故障区段位于FTUi与FTUj之间;
S8、通过配电自动化主站输出定段结果,故障区段定位结束,复归。
2.根据权利要求1所述的一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,步骤S1中故障区段定位方法的启动判据如下:
Δu0≥U0_set
其中,Δu0为一个工频周期内零序电压的突变量,U0_set为启动门槛值。
3.根据权利要求2所述的一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,启动门槛值U0_set根据躲开最大三相不平衡电压整定,计算公式为:
U0_set=kthUn
其中,kth为0.15的可靠系数,Un为谐振接地系统的额定相电压。
4.根据权利要求1所述的一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,步骤S2中各馈线终端单元FTUi分别采集零序电流和零序电压的故障录波数据,包括获取零序电流采样值序列i0(t0)和零序电压采样值序列u0(t0),其中,i为该线路馈线终端单元FTU的序号,t0为采样值起始点。
5.根据权利要求1所述的一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,步骤S3中利用梯形数值积分法进行零序导纳A(t0)离散化计算,各馈线终端单元FTUi计算的零序导纳表示为A(t0),并采用下式计算:
Figure FDA0003553610290000021
其中,T0为一个工频周期,Ts为计算周期,t0为采样值起始点,i0(t0)为零序电流采样值序列,u0(t0)为零序电压采样值序列,i为该线路馈线终端单元FTU的序号,i0为电流,i0(i)为零序电流,u0为电压。
6.根据权利要求1所述的一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,步骤S4中零序导纳A(t0)最大值的比值Ri,j,采用的计算公式为:
Ri,j=max[Ai(t)]/max[Aj(t)]
其中,Ai(t)为馈线终端单元FTUi计算的零序导纳,Aj(t)为相邻馈线终端单元FTUj计算的零序导纳。
7.根据权利要求1所述的一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,步骤S5中Dk满足的条件为:
Ri,j>Rset
其中,门槛值Rset为6。
8.根据权利要求6所述的一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,所述门槛值Rset通过最大运行方式,谐振接地系统母线金属性单相接地故障整定获取。
9.根据权利要求1所述的一种谐振接地配电网的高阻接地故障区段定位方法,其特征在于,步骤S7中最大差值绝对值保护判据为:
max(|Dk+1-Dk|)<2
其中,Dk+1为值大于门槛值Rset的零序导纳A(t0)最大值比值。
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