CN112748366A - 一种暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，包括线路状态判断、电流状态检测、故障电流判断、普通短路故障判断、瞬时性短路故障判断和永久性短路故障判断6个步骤。通过采用本发明的方法，在受到外界的浪涌、快速瞬变脉冲群强电压干扰信号施加到配电网线路时，故障指示器能够准确的滤除干扰信号，判断出相应故障。
Description
技术领域
本发明属于电力系统配电自动化技术领域，具体涉及一种暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法。
背景技术
随着社会经济的发展，电网于国民经济的重要性越来越突显，电网的智能化及其对事故的快速反应也愈显重要，电网的智能化不仅是整个电力系统现代化的标志，也是我国综合国力的体现。我国配电网覆盖范围广，线路长，线路分支多、布点散，发生故障时抢修人员单纯靠巡线方式进行查障费时费力。经实践证明，配电网的在线监测系统故障指示器是查找、确定故障回路或故障区域的简便而可靠的工具，能大大地缩短故障查找时间，有效提高事故后送电的效率，有利于提高供电可靠性。故障指示器的一个核心功能是能根据配电网线路当前的电流、电场状态来判断是否发生了瞬时或永久故障。暂态录波型故障指示器检测配电线路短路故障时要区分瞬时性短路故障和永久性短路故障，其判断依据是当配电线路发生短路故障时，对应的故障点的负荷开关会跳闸，并且会进行一次重合闸，这样使得配电线路上的电流以状态序列的形式出现。暂态录波型故障指示器通过检测这个状态序列来判断是否产生了短路故障，是瞬时性故障还是永久性故障。
现有技术中至少存在以下技术问题：配电网架空线路中的电流不仅受到线路连接设备的影响，还受外部环境如浪涌、瞬变脉冲群的影响，当配电网线路出现短路故障的时间段内或者配电网线路中只是存在正常的负荷电流，同时受到了EMC干扰信号的影响，则会使得配电网线路中的电流状态发生改变，致使得故障指示器出现误判短路故障的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，来消除外界的EMC干扰信号对故障指示器进行故障判断的影响，提高短路故障判断的准确率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，包括以下步骤：
state0、线路状态判断：若线路为有流状态执行state1，否则维持本状态；
state1、电流状态检测：
检测到线路电流状态由有流变为无流时执行state0，
检测到线路电流变化值小于故障电流的判定值且大于有流状态的判定值则维持state1，
检测到线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时执行state2：
state2、故障电流判断：
持续时间超过设定的有流时间定值且线路电流状态未变为无流则认为是负荷投入、执行state1，
在设定的有流时间定值的时间内线路电流状态变为无流时执行state3；
state3、普通短路故障判断：
判断每周波采样点中是否同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十，如果是则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态；
当线路无流状态持续时间超过设定的无流时间定值时为普通短路故障并执行state0；在无流时间定值的时间内线路电流大于有流判定值且小于故障电流判定值时则执行state4；在无流时间定值的时间内线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时则执行state5；
state4、瞬时性短路故障判断：
如果有流状态持续时间超过设定的有流时间定值为瞬时性短路故障并执行state0，否则执行state3；
state5、永久性短路故障判断：
判断每周波采样点中是否同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十，如果是则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态；
如果在有流时间定值的时间内线路电流变为无流状态且持续时间超过设定的无流时间定值为判断出永久性短路故障，执行state0；如果在有流时间定值的时间内线路电流未变为无流为判断出瞬时性短路故障，执行state0。
本发明的有益效果是：在受到外界的浪涌、快速瞬变脉冲群强电压干扰信号施加到配电网线路时，故障指示器能够准确的滤除干扰信号，判断 出相应故障。
具体实施方式
本发明提供了一种暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，通过滤除外界的浪涌、快速瞬变脉冲群强电压干扰信号，以准确判断出是瞬时性短路故障和永久性短路故障。
在线路有正常负荷电流（比如50A）时，如果此时线路出现了瞬时性短路故障或永久性短路故障，刚好这时state2阶段线路受到了快速瞬变脉冲群干扰信号的影响。在受到外界的快速瞬变脉冲群强电压干扰信号施加到配电网线路时，会在配电网线路中产生一个大电流（远远大于故障指示器判定的故障电流值），会导致故障指示器判断不出线路出现故障。
本发明的方法包括以下步骤：
state0、线路状态判断：若线路为有流状态执行state1，否则维持本状态。
state1、电流状态检测：
当出现停电而检测到线路电流状态由有流变为无流时执行state0；
当出现正常负荷投入使得线路中的电流变大，导致检测到线路电流变化值小于故障电流的判定值且大于有流状态的判定值则维持state1；
检测到线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时执行state2。
state2、故障电流判断：
持续时间超过设定的有流时间定值（根据现场的需求进行设置）且线路电流状态未变为无流则认为是负荷投入、执行state1，
在设定的有流时间定值的时间内线路电流状态变为无流时执行state3。
state3、普通短路故障判断：
判断每周波采样点中是否同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十，如果是则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态。
进一步的，如果在3个连续周波内均满足每周波采样点中同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十（如果小于百分之二十时，则由于干扰信号的存在会影响正弦波的判断），如果是则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态。
通过上述的两个条件来判断是否为正弦波原因是当线路中无流时，受到干扰信号时计算出的电流有效值会判断为有流，这个电流是个直流并不是线路中正常的正弦波电流，根据本周波是否为正弦波信号来区分线路是有正常电流还是有干扰信号。
通过判断连续3个周波满足上述的两个条件是为了进一步防止干扰信号的干扰。
当线路无流状态持续时间超过设定的无流时间定值（根据现场需求设置）时为普通短路故障并执行state0；在无流时间定值的时间内线路电流大于有流判定值且小于故障电流判定值时则执行state4；在无流时间定值的时间内线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时则执行state5。
state4、瞬时性短路故障判断：
如果有流状态持续时间超过设定的有流时间定值（根据现场需求设置）为瞬时性短路故障并执行state0，否则执行state3。
state5、永久性短路故障判断：
判断每周波采样点中是否同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十，如果是则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态。
进一步的，如果在3个连续周波内均满足每周波采样点中同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十，如果是则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态。
本步骤与state3均是在故障电流判出以后判断无流，都是判断本周波是否是正弦波的目的是当有干扰信号时此处误判断为了有流，导致故障判断不出来。
如果在有流时间定值的时间内线路电流变为无流状态且持续时间超过设定的无流时间定值为判断出永久性短路故障，执行state0；如果在有流时间定值的时间内线路电流未变为无流为判断出瞬时性短路故障，执行state0。
在上述的state3和state5中每周波采样点中同时含有上升趋势和下降趋势的判断包括以下步骤：从计算每周波有效值的第0个点开始，采用滑窗5个点的方式计算连续5个点的平均值，若在本周波内可以得到的7个连续的平均值处于递增状态则认为本周波内含有上升趋势；若在本周波内得到的7个连续的平均值处于递减状态则认为本周波内含有下降趋势。
本方法中周波、满周波、整周波均是表达一个正弦波周期内的所有采样点。每周波中采样点可以是100、128或者256。
在上述的state3和state5中每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十的统计方法为：从计算每周波有效值的第0个点开始进行统计，统计本周波内原始采样点值大于等于1的个数，若大于等于1的个数超过本周波采样点数的百分之二十则认为本周波含有正数部分；统计本周波内原始采样点值小于-1的个数超过本周波采样点数的百分之二十则认为本周波含有负数部分。
通过上述的方法可以消除快速瞬变脉冲群干扰信号的影响，但是当EMC浪涌干扰信号施加到线路上时，由于干扰信号的形成的电流值很大（远远大于故障电流值），会判断出故障电流，之后由于衰减直流分量的存在，会在故障电流之后判出无流，故会误判出故障，此时线路中并未产生短路故障。因此，当检测到线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时需要进行去干扰步骤，以滤除受到浪涌干扰信号时故障指示器误判断出的一个瞬时性短路故障。
干扰信号和故障电流都会引起电流突变量启动，干扰信号有可能出现在故障电流的前/中/后这几个时间段，故要分情况进行判断。通过借助电流突变量启动这一条件结合计算的电流有效值来判断线路是否真的出现故障电流。
在state3中当判断为周波为正弦波时，由于保护电流是用来进行故障判断的，为了防止干扰信号存在时出现误判故障，亦不能因防止干扰信号而不能判断出真实故障，采用以下方式进一步计算保护电流。
如果电流突变量未启动则采用整周波计算电流有效值为保护电流值，当保护电流的变化值大于等于故障电流则进行稳态量滤波（2个周波），滤波完成后若电流变化仍大于等于故障电流判定值则认为线路判断出故障电流，否则线路未判出故障电流；
如果电流突变量启动，首先进行突变量调点，即包含突变量启动点左右X（每个周波采样点个数的十分之一）个采样点不参与有效值计算；电流突变量启动之后的第1次满周波采样整周波计算；第1次满周波计算电流变化值小于过流阈值（未判断出过流），则之后采用滑窗半周波计算有效值，并计算的有效值连续2次判出故障电流才算是真的判出故障电流（防止干扰，进行稳态量滤波）；如果之后判断出故障电流有效则改为整周波计算；如果没有判断出故障电流，则计算5次有效值后改为整周波计算。
在步骤state1中检测到线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时执行state2以及在步骤state3中在无流时间定值的时间内线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时则执行state5时均设有去干扰步骤。
state1中的去干扰步骤包括：
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值是在突变量启动之后的第一次满周波计算出来的则认为线路判断出故障电流，执行state2；
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值是在突变量启动之后的第二次满周波计算出来的则进行稳态量滤波（滤2个周波），滤波完成后若电流变化依然大于等于故障电流判定值则认为判断出故障电流、执行state2，否则认为是干扰信号、维持state1；
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值时突变量还没有启动则进行稳态量滤波（滤2个周波），滤波完成后若电流变化值依然大于等于故障电流判定值则认为判断出故障电流、执行state2；否则认为是干扰信号、维持state1。
state3中的去干扰步骤包括：
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值是在突变量启动之后的第一次满周波计算出来的则认为线路判断出故障电流，执行state5；
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值是在突变量启动之后的第二次满周波计算出来的则进行稳态量滤波（滤2个周波），滤波完成后若电流变化依然大于等于故障电流判定值则认为判断出故障电流、执行state5，否则认为是干扰信号、维持state4；
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值时突变量还没有启动则进行稳态量滤波（滤2个周波），滤波完成后若电流变化值依然大于等于故障电流判定值则认为判断出故障电流、执行state5；否则认为是干扰信号、维持state4。
本发明中的突变量启动指的是电流采样的瞬时值大于等于故障电流判定值折算成的瞬时值。稳态量滤波指的是连续计算出的电流有效值都是大于设定的故障电流判定值。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (7)
1.一种暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
state0、线路状态判断：若线路为有流状态执行state1，否则维持本状态；
state1、电流状态检测：
检测到线路电流状态由有流变为无流时执行state0，
检测到线路电流变化值小于故障电流的判定值且大于有流状态的判定值则维持state1，
检测到线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时执行state2：
state2、故障电流判断：
持续时间超过设定的有流时间定值且线路电流状态未变为无流则认为是负荷投入、执行state1，
在设定的有流时间定值的时间内线路电流状态变为无流时执行state3；
state3、普通短路故障判断：
判断每周波采样点中是否同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十，如果是则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态；
当线路无流状态持续时间超过设定的无流时间定值时为普通短路故障并执行state0；在无流时间定值的时间内线路电流大于有流判定值且小于故障电流判定值时则执行state4；在无流时间定值的时间内线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时则执行state5；
state4、瞬时性短路故障判断：
如果有流状态持续时间超过设定的有流时间定值为瞬时性短路故障并执行state0，否则执行state3；
state5、永久性短路故障判断：
判断每周波采样点中是否同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十，如果是则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态；
如果在有流时间定值的时间内线路电流变为无流状态且持续时间超过设定的无流时间定值为判断出永久性短路故障，执行state0；如果在有流时间定值的时间内线路电流未变为无流为判断出瞬时性短路故障，执行state0。
2.根据权利要求1所述的暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，其特征在于，在state3和state5中如果在3个连续周波内均满足每周波采样点中同时含有上升趋势和下降趋势并且每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十，则判定本周波为正弦波，采用计算的电流有效值作为保护电流值判断线路是有流状态还是无流状态，否则为非正弦波、保护电流值为0A，线路为无流状态。
3.根据权利要求1所述的暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，其特征在于，在state3中当周波为正弦波时，
如果电流突变量未启动则采用整周波计算电流有效值为保护电流值，当保护电流的变化值大于等于故障电流则进行稳态量滤波，滤波完成后若电流变化仍大于等于故障电流判定值则认为线路判断出故障电流，否则线路未判出故障电流；
如果电流突变量启动，则对突变量启动点左右X个采样点不参与有效值计算；电流突变量启动之后的第1次满周波采样整周波计算；第1次满周波计算电流变化值小于过流阈值则之后采用滑窗半周波计算有效值，并计算的有效值连续2次判出故障电流才算是真的判出故障电流；如果之后判断出故障电流有效则改为整周波计算；如果没有判断出故障电流，则计算5次有效值后改为整周波计算，
X为每个周波采样点个数的十分之一。
4.根据权利要求1所述的暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，其特征在于，在state1中检测到线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时执行state2包括去干扰步骤，所述去干扰步骤包括：
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值是在突变量启动之后的第一次满周波计算出来的则认为线路判断出故障电流，执行state2；
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值是在突变量启动之后的第二次满周波计算出来的则进行稳态量滤波，滤波完成后若电流变化依然大于等于故障电流判定值则认为判断出故障电流、执行state2，否则认为是干扰信号、维持state1；
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值时突变量还没有启动则进行稳态量滤波，滤波完成后若电流变化值依然大于等于故障电流判定值则认为判断出故障电流、执行state2；否则认为是干扰信号、维持state1。
5.根据权利要求1所述的暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，其特征在于，在state3中在无流时间定值的时间内线路电流变化值大于等于故障电流的判定值时则执行state5时包括去干扰步骤，所述去干扰步骤包括：
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值是在突变量启动之后的第一次满周波计算出来的则认为线路判断出故障电流，执行state5；
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值是在突变量启动之后的第二次满周波计算出来的则进行稳态量滤波，滤波完成后若电流变化依然大于等于故障电流判定值则认为判断出故障电流、执行state5，否则认为是干扰信号、维持state4；
若线路电流变化值大于等于故障电流判定值时突变量还没有启动则进行稳态量滤波，滤波完成后若电流变化值依然大于等于故障电流判定值则认为判断出故障电流、执行state5；否则认为是干扰信号、维持state4。
6.根据权利要求1-5任一项所述的暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，其特征在于，在state3和state5中每周波采样点中同时含有上升趋势和下降趋势的判断包括以下步骤：从计算每周波有效值的第0个点开始，采用滑窗5个点的方式计算连续5个点的平均值，若在本周波内可以得到的7个连续的平均值处于递增状态则认为本周波内含有上升趋势；若在本周波内得到的7个连续的平均值处于递减状态则认为本周波内含有下降趋势。
7.根据权利要求1-5任一项所述的暂态录波型故障指示器短路故障的判断方法，其特征在于，在state3和state5中每周波采样点中原始采样点的值同时含有正值和负值的个数分别超过每周波采样点数的百分之二十的统计方法为：从计算每周波有效值的第0个点开始进行统计，统计本周波内原始采样点值大于等于1的个数，若大于等于1的个数超过本周波采样点数的百分之二十则认为本周波含有正数部分；统计本周波内原始采样点值小于-1的个数超过本周波采样点数的百分之二十则认为本周波含有负数部分。
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