CN112924809A - 基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法 - Google Patents

基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法 Download PDF

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Abstract

基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，首先通过检测环形配电网的零序电压来判断配电网是否发生单相接地故障；当发生单相接地故障时通过判断零序电压、零序电流的特征来区分单相接地故障的类型。对于电弧性接地故障不需要区分中性点接地方式直接计算环线和馈线的故障判据；对于稳态接地故障，根据配电网中性点接地方式的不同采用不同的故障判据计算方法；然后根据环线故障判据的特征来区分故障位于环线上还是馈线上，最后根据故障判据最大值确定故障所在的线路。本发明实现了中性点不同接地方式下环形配电网任何类型的单相接地故障选线，有效提高了环形配电网运行的安全性和可靠性。

Description

基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法
技术领域
本发明涉及电力系统自动化技术领域，具体是基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法。
背景技术
配电网单相接地故障选线一直是继电保护的一个难点。由于配电网发生单相接地故障时故障特征比较复杂，故障类型多，其故障分量相对而言又非常小，因此严重影响了接地故障选线的准确性。为此，大量电力工作者也提出了一些利用接地故障后的零序分量特征实现的选线方法。这些选线方法主要有：利用接地故障后的零序分量的特征构成的基于零序电流量的选线方法；基于零序能量分析的选线方法；基于小波分析的选线方法；基于注入信号特征的选线方法等。但是上述这些方法都是根据单电源辐射性配电网发生单相接地故障时的特征而提出的选线方法。
目前，随着我国智能配电网的不断发展，对配电网安全可靠运行的要求越来越高，配电网的结构也必然会随之改变。而环形配电网也是今后我国配电网发展的一个重要方向，因此开展环形配电网单相接地选线方法的研究，对提高环线配电网运行的安全性可靠性具有重要的研究价值，为今后环形配电网的运行提高理论和技术支持。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种准确性高、高效率的基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法。
本发明是以如下技术方案实现的：基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，包括以下步骤：
S1、根据环形配电网的结构，确定各线路是环线还是馈线，并进行整体编号；各编号具有唯一性；
S2、通过检测零序电压的大小判断是否发生单相接地故障，若发生了单相接地故障，则开始进行故障选线进行下一步；
S3、根据零序电压的大小和任意线路故障初始1/4周波零序电流的特征来判断该次单相接地故障是暂态故障还是稳态故障；
S4、若为暂态故障，则不需要判别配电网中性点的接地方式；采用故障初始1/4周波环线两端对应零序电流采样值和的绝对值累加法计算所有环线的故障判据；采用故障初始1/4周波馈线零序电流采样值绝对值累加法计算所有馈线的故障判据和环线首末两端各自的故障判据；
S5、若为稳态故障，当配电网采用中性点不接地方式时，采用故障初始后半周波环线两端对应零序电流采样值和的绝对值累加法计算所有环线的故障判据；采用故障初始后半周波零序电流采样值绝对值的累加法计算所有馈线的故障判据和环线首末两端各自的故障判据；
当配电网采用中性点经消弧线圈接地方式时，采用故障初始后半周波环线两端对应零序电流采样值修正值和的绝对值累加法计算所有环线的故障判据；采用故障初始后半周波零序电流采样值修正值的绝对值累加法计算所有馈线的故障判据和环线首末两端各自的故障判据；
S6、首先根据环线的故障判据及其该环线首末两端的故障判据，判断是环线还是馈线故障；当为环线故障时，环线故障判据最大值所对应环线即为故障线路；当为馈线故障时，馈线故障判据最大值所对应线路即为故障线路。
其进一步是：步骤S2中，当U0≥U0zd时，判断为发生单相接地故障，其中U0为变电站内监测到的零序电压有效值；U0zd为零序电压整定值，为额定相电压的10％～15％。
步骤S3中，判断故障是暂态故障还是稳态故障的条件为：
Figure BDA0002917088830000031
其中：N为一个周波的采样点数，i0·i(k)为第i条线路的第k个零序电流采样点的值。
步骤S4中，
步骤S4中，利用公式(2)计算环线故障判据PL·j和环线首末两端各自的单端故障判据P′L·max、P″L·max，利用公式(3)计算馈线的故障判据PF·j：
Figure BDA0002917088830000041
Figure BDA0002917088830000042
其中：PL·j为第j个环线的故障判据；P′L·max、P″L·max为第j各环线两端的单端故障判据；PF·j为第j个馈线的故障判据；i'L0·j(k)为第j个环线一端的第k个零序电流采样点的值；i″L0·j(k)为第j个环线另一端的第k个零序电流采样点的值；|iF0·j(k)|为第j个馈线的第k个零序电流采样点的值。
步骤S5中，当配电网采用中性点不接地方式时，利用公式(4)计算环线故障判据PL·j和环线首末两端各自的单端故障判据P′L·max、P″L·max；利用公式(5)计算馈线的故障判据PF·j：
Figure BDA0002917088830000043
Figure BDA0002917088830000044
步骤S5中，利用公式(6)计算环线故障判据PL·j和环线首末两端各自的单端故障判据P′L·max、P″L·max；利用公式(7)计算馈线的故障判据PF·j；
Figure BDA0002917088830000051
其中修正系数：
Figure BDA0002917088830000052
Figure BDA0002917088830000053
Figure BDA0002917088830000054
其中修正系数:
Figure BDA0002917088830000055
步骤S6中，当满足(8)式的条件时，则环线故障判据最大值所对应的环线即为故障线路，当不满足(8)式时，馈线故障判据最大值对应的线路即为故障线路，
Figure BDA0002917088830000056
其中：PL·max为所有环线中故障判据的最大值；PF·max为所有馈线中故障判据的最大值；P′L·max、P″L·max为环线故障判据最大值所对应环线的首末端的故障判据。
本发明具有以下优点：本发明的基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，是利用环形配电网暂态和稳态单相接地故障时，环线和馈线零序电流的特性不同而实现故障选线的新方法，可有效解决不同中性点接地方式下环形配电网单相接地故障选线的问题，提高环形配电网运行的安全性和可靠性，并且适用广泛，经验证，改变故障点的位置、电网参数、电网结构、故障点的阻抗等不会影响到本发明选线的准确性。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是环形中性点不接地配电网及故障示意图；
图3是环形中性点经消弧线圈接地配电网及故障示意图；
图4是环形中性点不接地配电网环线L3上发生A相稳态接地故障时各测量点的零序电流波形图；
图5是环形中性点不接地配电网馈线Sd8发生A相稳态接地故障时系统零序电压波形图；
图6是环形中性点不接地配电网馈线Sd8发生A相稳态接地故障时各测量点的零序电流波形图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提出了基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，如图1所示，具体步骤如下。
步骤1：根据环形配电网的结构，确定各线路是环线还是馈线，并进行整体编号；各编号具有唯一性；规定零序电流的正、负方向，即由母线流向线路为正，由线路流向母线为负；
步骤2：通过检测零序电压的大小判断是否发生单相接地故障，如果是则开始进行故障选线。
即：当U0≥U0zd时，判断为发生单相接地故障。其中U0为变电站内监测到的零序电压有效值；U0zd为零序电压整定值(一般为额定相电压的10％～15％)；
步骤3：根据零序电压的大小和任意线路故障初始1/4周波零序电流的特征来判断该次单相接地故障的类型，即区分暂态和稳态故障；
Figure BDA0002917088830000071
其中：N为一个周波的采样点数，i0·i(k)为第i条线路的第k个零序电流采样点的值。
步骤4：若满足式(1)的条件，则为暂态故障；此时不需要判别配电网中性点的接地方式；如式(2)所示，采用故障初始1/4周波环线两端对应零序电流采样值和的绝对值累加法，计算所有环线的故障判据PL·j；采用故障初始1/4周波馈线零序电流采样值绝对值累加法计算环线首末两端各自的故障判据P′L·max、P″L·max。如式(3)所示，采用故障初始1/4周波馈线零序电流采样值绝对值累加法计算所有馈线故障判据PF·j；
Figure BDA0002917088830000072
Figure BDA0002917088830000081
其中：PL·j—为第j个环线的故障判据；P′L·max、P″L·max—为第j各环线两端的单端故障判据；PF·j—为第j个馈线的故障判据；i'L0·j(k)—为第j个环线一端的第k个零序电流采样点的值；i″L0·j(k)—为第j个环线另一端的第k个零序电流采样点的值；|iF0·j(k)|—为第j个馈线的第k个零序电流采样点的值。
步骤5：若为稳态故障；当配电网采用中性点不接地方式时，如式(4)所示，采用故障初始后半周波环线两端对应零序电流采样值和的绝对值累加法计算所有环线的故障判据PL·j；采用故障初始后半周波零序电流采样值绝对值的累加法计算环线首末两端各自的单独故障判据P′L·max、P″L·max。如式(5)所示，采用故障初始后半周波零序电流采样值绝对值的累加法计算所有馈线故障判据PF·j；
Figure BDA0002917088830000082
Figure BDA0002917088830000083
当配电网采用中性点经消弧线圈接地方式时，如式(6)所示，采用故障初始后半周波环线两端对应零序电流采样值修正值和的绝对值累加法计算所有环线的故障判据PL·j；采用故障初始后半周波零序电流采样值修正值绝对值的累加法计算环线首末两端各自的单独故障判据P′L·max、P″L·max。如式(7)所示，采用故障初始后半周波零序电流采样值修正值绝对值的累加法计算所有馈线故障判据PF·j；
Figure BDA0002917088830000091
其中修正系数：
Figure BDA0002917088830000092
Figure BDA0002917088830000093
Figure BDA0002917088830000094
其中修正系数:
Figure BDA0002917088830000095
(6)首先选择出环线判据中的最大值及其两端判据作为判断依据，选择出馈线故障判据最大值。按式(8)进行判断。当满足(8)式的条件时，则环线故障判据最大值所对应的环线即为故障线路。当不满足(8)式时，馈线故障判据最大值对应的线路即为故障线路。
Figure BDA0002917088830000096
其中：PL·max为所有环线中故障判据的最大值；PF·max为所有馈线中故障判据的最大值；P′L·max、P″L·max为环线故障判据最大值所对应环线的首末端的故障判据；
下文通过实施例对本发明进行说明。
如图2所示的环形中性点不接地配电网，假设零序电压的整定值为10％额定相电压，当零序电压大于该值时认为发生了单相接地故障。
根据图2，线路L1～L3定义为环线。L1环线两侧的零序电流分别为1、2测量点检测到的零序电流；L2环线两侧的零序电流分别为3、4测量点检测到的零序电流；L3环线两侧的零序电流分别为5、6测量点检测到的零序电流；其它线路都定义为馈线；变电站1单元内的等效为馈线的检测零序电流分别有Sd1、Sd2；变电站2单元内的等效为馈线的检测零序电流分别有Sd3、Sd4、Sd5；变电站3单元内的等效为馈线的检测零序电流分别有Sd6、Sd7、Sd8。
(1)环线L3上发生A相接地故障，如图3所示，此时满足：U0≥U0zd，开始选择故障线路。
根据环线上所有检测到的零序电流矢量，其中1～6号环线测量点的零序电流如图4所示，其电流值如表1所示：
表1
测量点 1 2 3 4 5 6 矢量和
幅值/A 0.34 -0.21 0.3 -0.17 -0.7 -0.6 -1.04
由上表可知，所有环线零序电流矢量和为-1.04A，因此判断为环线上发生单相接地故障。接下来分别计算各环线上的零序电流矢量和如表2所示：
表2
环线 L1 L2 L3
幅值/A 0.13 0.13 -1.3
由表2可知，环线L3零序电流矢量和为负，可准确选出故障环线L3。
(2)馈线Sd8上发生A相接地故障，如图5所示，此时满足：U0≥U0zd，开始选择故障线路。
根据环线上所有检测到的零序电流矢量，其中1～6号环线测量点的零序电流如图6所示，其电流值如表3所示：
表3
测量点 1 2 3 4 5 6 矢量和
幅值/A 0.09 0.12 -0.7 0.83 0.62 -0.43 +0.53
由表3可知，环线零序电流知矢量和为+0.53A，所以单相接地故障发生在馈线上。接下来分别计算各变电站内馈线零序电流及方向，如表4所示：
表4
Sd1 Sd2 Sd3 Sd4 Sd5 Sd6 Sd7 Sd8
1 +0.17 +0.17
2 +0.19 +0.23 +0.17
3 +0.15 +0.21 -1.82
由表4可知，变电站1、2内所有馈线都为正，所以故障馈线不在变电站1、2内。变电站3的馈线Sd8方向与其它馈线零序电流方向相反为负。所以可以准确判断出是变电站3中的馈线Sd8发生了单相接地故障，准确选出故障线路。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据环形配电网的结构，确定各线路是环线还是馈线，并进行整体编号；各编号具有唯一性；
S2、通过检测零序电压的大小判断是否发生单相接地故障，若发生了单相接地故障，则开始进行故障选线进行下一步；
S3、根据零序电压的大小和任意线路故障初始1/4周波零序电流的特征来判断该次单相接地故障是暂态故障还是稳态故障；
S4、若为暂态故障，则不需要判别配电网中性点的接地方式；采用故障初始1/4周波环线两端对应零序电流采样值和的绝对值累加法计算所有环线的故障判据；采用故障初始1/4周波馈线零序电流采样值绝对值累加法计算所有馈线的故障判据和环线首末两端各自的故障判据；
S5、若为稳态故障，当配电网采用中性点不接地方式时，采用故障初始后半周波环线两端对应零序电流采样值和的绝对值累加法计算所有环线的故障判据；采用故障初始后半周波零序电流采样值绝对值的累加法计算所有馈线的故障判据和环线首末两端各自的故障判据；
当配电网采用中性点经消弧线圈接地方式时，采用故障初始后半周波环线两端对应零序电流采样值修正值和的绝对值累加法计算所有环线的故障判据；采用故障初始后半周波零序电流采样值修正值的绝对值累加法计算所有馈线的故障判据和环线首末两端各自的故障判据；
S6、首先根据环线的故障判据及其该环线首末两端的故障判据，判断是环线还是馈线故障；当为环线故障时，环线故障判据最大值所对应环线即为故障线路；当为馈线故障时，馈线故障判据最大值所对应线路即为故障线路。
2.如权利要求1所述的基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：步骤S2中，当U0≥U0zd时，判断为发生单相接地故障，其中U0为变电站内监测到的零序电压有效值；U0zd为零序电压整定值，为额定相电压的10％～15％。
3.如权利要求1所述的基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：步骤S3中，判断故障是暂态故障还是稳态故障的条件为公式(1)，满足公式(1)条件的是暂态故障，否则为稳态故障：
Figure FDA0002917088820000021
其中：N为一个周波的采样点数，i0·i(k)为第i条线路的第k个零序电流采样点的值。
4.如权利要求1所述的基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：
步骤S4中，利用公式(2)计算环线故障判据PL·j和环线首末两端各自的单端故障判据P′L·max、P″L·max，利用公式(3)计算馈线的故障判据PF·j：
Figure FDA0002917088820000031
Figure FDA0002917088820000032
其中：PL·j为第j个环线的故障判据；P′L·max、P″L·max为第j各环线两端的单端故障判据；PF·j为第j个馈线的故障判据；i'L0·j(k)为第j个环线一端的第k个零序电流采样点的值；i″L0·j(k)为第j个环线另一端的第k个零序电流采样点的值；|iF0·j(k)|为第j个馈线的第k个零序电流采样点的值。
5.如权利要求1所述的基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：
步骤S5中，当配电网采用中性点不接地方式时，利用公式(4)计算环线故障判据PL·j和环线首末两端各自的单端故障判据P′L·max、P″L·max；利用公式(5)计算馈线的故障判据PF·j：
Figure FDA0002917088820000033
Figure FDA0002917088820000041
6.如权利要求1所述的基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：
步骤S5中，利用公式(6)计算环线故障判据PL·j和环线首末两端各自的单端故障判据P′L·max、P″L·max；利用公式(7)计算馈线的故障判据PF·j；
Figure FDA0002917088820000042
其中修正系数：
Figure FDA0002917088820000043
Figure FDA0002917088820000044
Figure FDA0002917088820000045
其中修正系数:
Figure FDA0002917088820000046
7.如权利要求1所述的基于分类识别的环形配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：步骤S6中，当满足(8)式的条件时，则环线故障判据最大值所对应的环线即为故障线路，当不满足(8)式时，馈线故障判据最大值对应的线路即为故障线路，
Figure FDA0002917088820000051
其中：PL·max为所有环线中故障判据的最大值；PF·max为所有馈线中故障判据的最大值；P′L·max、P″L·max为环线故障判据最大值所对应环线的首末端的故障判据。
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