CN113203920B - 一种配电网单相接地故障定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网单相接地故障定位系统及方法，包括：设置在供电线路所属变电站内的供电线路主站；设置在变电站母线所带馈线出口、供电线路沿线分段开关和分支线路开关处微机保护模块；所述微机保护模块用于实现零序电流采集、突变量计算、三相电压以及零序电压的采集计算；所述供电线路主站用于实时监测母线电压，并与各微机保护模块进行通信，实现母线电压的测量、供电线路电气信息的采集以及故障区段的判断与定位。本发明利用配电线路上各测点零序电流突变量实现单相接地故障故障区段的判断，为工作人员现场排查故障提供指导。

Description

一种配电网单相接地故障定位系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统配电网单相接地故障定位技术领域，尤其涉及一种配电网单相接地故障定位系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

我国配电网普遍采用中性点非有效接地系统，由于配电网中供电网络分支较多，网络结构复杂多变，线路敷设环境复杂，增加了故障的几率，使得配电网中发生故障的几率与输电网相比相对较高。配电网自动化的逐步应用为各种短路故障区段定位提供了可能，已有多种基于配电网自动化的故障区段定位算法被提出，并应用于实际工程中，但配电网自动化的供电系统中短路故障定位仍是一个难题，其故障位置的查找需要耗费大量的人力、物力，且延长了配电网中故障存在的时间。中性点非有效接地系统单相接地故障因故障电流小，故障位置的查找尤为困难。因此，快速准确的找到故障区段，对提供配电网的供电可靠性具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种配电网单相接地故障定位系统及方法，能够实现母线电压的测量、供电线路上个测量点电气信息的采集、故障区段的判断和图形化显示线路开关状态以及故障区段位置等信息。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种配电网单相接地故障定位系统，包括：

设置在供电线路所属变电站内的供电线路主站；

设置在变电站母线所带馈线出口、供电线路沿线分段开关和分支线路开关处微机保护模块；

所述微机保护模块用于实现零序电流采集、突变量计算、三相电压以及零序电压的采集计算；所述供电线路主站用于实时监测母线电压，并与各微机保护模块进行通信，实现母线电压的测量、供电线路电气信息的采集以及故障区段的判断与定位。

进一步地，求取供电线路故障前后各测点的零序电流增量；进而确定相邻编号两测量点零序电流增量的差，基于所述零序电流增量差的变化规律进行单相接地故障区段定位。

基于相邻编号两测量点零序电流增量的差构造单相接地故障定位特征矩阵；基于各测量点微机保护模块测量和上传的零序电流增量信息是否完备，建立状态信息向量；

将单相接地故障定位特征矩阵与状态信息向量的转置矩阵相乘，得故障区段判定列向量；基于所述故障区段判定列向量的值定位故障区段。

进一步地，基于所述故障区段判定列向量的值定位故障区段，具体包括：

若第i行值为1，则第i和i+1号微机保护模块之间为故障区段；

若i号微机保护模块是某条线路或分支线的最后一个微机保护模块，则故障发生在i号微机保护模块远离变电站方向。

若故障区段判定列向量的值全都为零，则根据此条线路的最后一个微机保护模块故障前后零序电流的增量数值进行判断，若所述增量数值大于阈值，则故障发生在最后一个微机保护模块远离变电站方向。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种配电网单相接地故障定位方法，包括：

为各个微机保护模块进行编号；

求取供电线路故障前后各测点的零序电流增量；进而确定相邻编号两测量点零序电流增量的差，基于所述零序电流增量差的变化规律进行单相接地故障区段定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在变电站母线所带馈线出口、供电线路分段开关和分支线路开关处设置带有无线通信功能的微机保护模块，微机保护模块实时采集本区段各相电压、零序电压和各相电流、零序电流，可以利用各电压和各相电流突变量判断是否发生故障以及故障类型。

本发明利用配电线路上各测点零序电流突变量实现单相接地故障故障区段的判断，为工作人员现场排查故障提供指导。

本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例中配电网单相接地故障定位系统结构示意图；

图2是本发明实施例中带分支的配电线路示意图；

图3是本发明实施例中简化的配电线路示意图；

图4是本发明实施例中无分支线线路测点编号和区段示意图；

图5是本发明实施例中含一条分支线的配电线路测点编号和区段示意图；

图6是本发明实施例中含3条分支线的配电线路测点编号和区段示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种配电网单相接地故障定位系统，参照图1，包括：

设置在供电线路所属变电站内的供电线路主站；

设置在变电站母线所带馈线出口、供电线路沿线分段开关和分支线路开关处微机保护模块；

其中，微机保护模块用于实现零序电流采集、突变量计算、三相电压以及零序电压的采集计算；所述供电线路主站用于实时监测母线电压，并与各微机保护模块进行通信，实现母线电压的测量、供电线路电气信息的采集以及故障区段的判断与定位。

具体地，参照图1，在变电站母线所带馈线出口、供电线路分段开关和分支线路开关处设置带有无线通信功能的微机保护模块，微机保护模块实时采集本区段各相电压、零序电压和各相电流、零序电流，可以利用各电压和各相电流突变量判断是否发生故障以及故障类型；对于单相接地短路，各微机保护模块将各自测量到的零序电流突变量上传给主站，主站根据各测量点零序电流突变量的情况判断单相接地故障故障区段。

无线通信采用4G公网，微机保护模块具有反映配电线路相间短路故障的三段式电流保护、零序电流采集以及突变量计算、三相电压、零序电压的采集计算功能。供电线路所属变电站安装供电线路保护与定位主站，主站实时监测母线电压，并与馈线出口处微机保护模块、沿供电线路各微机保护模块之间通过4G无线方式通信，实现母线电压的测量、供电线路上个测量点电气信息的采集、故障区段的判断和图形化显示线路开关状态以及故障区段位置等信息。

本实施例变电站母线各馈线出口均安装微机保护模块，需故障定位的馈出线沿线分段开关和分支处安装微机保护模块；主站安装于变电站内。

由配电网线路的拓扑分析，把微机保护模块作为节点，线路上相邻微机保护模块围成的区段或区域为定位区间，主站根据拓扑结构和微机保护模块上传的信息就能定位出故障区段。对于单相接地故障，根据各测点零序电流突变量的特点，不需要整个网络的结构图，只需要基于定位区段的结构图。

图2是带分支的配电线路示意图，黑色矩形条表示微机保护模块安装处，白色矩形条表示没有安装微机保护模块。图3是图2的简化结构示意图，仅考虑了安装微机保护模块的节点。

下面对单相接地故障区段定位算法进行说明：

首先为故障线路上各测量点微机保护模块进行编号，为了便于通过矩阵计算进行故障定位，编号的原则为：

①先干线，再分支线；

②从线路始端(电源端)开始按照1，2，3…,n顺序编号。

设各测点故障前零序电流为I_0i(i＝1,2,...,n，为故障线路上各测量点编号)，故障后各测量点零序电流为I′_0i(i＝1,2,...,n)，故障前后各测点零序电流增量为ΔI_0i＝I′_0i-I_0i。为排除线路上其他因素的干扰，相邻编号两测量点零序电流增量的差记为δ_i＝ΔI_0i-ΔI_0i+1(i+1≤n)，利用各测量点δ_i的变化规律进行单相接地故障区段定位。

(1)无分支线的配电线路

无分支线的配电线路，测量点编号和区段示意图如图4所示。其中，1，2，3，4，5为根据编号原则，对微机保护模块所编序号，相邻两编号微机保护模块之间线路区段分别为A、B、C、D、E。区段E为序号最大的微机保护模块远离电源端方向的部分线路。当故障分别发生在每一区段时，各测量点δ_i的值如表1所示。

表1无分支线线路各区段故障时各测点δ_i的值

(2)有一条分支线的配电线路

有一条分支线的配电线路，测量点编号和区段示意图如图5所示。其中，1，2，3，4，5为干线上微机保护模块的序号，6为分支线上微机保护模块的序号，区域A由干线上1、2号和分支线上6号微机保护模块围成，其余相邻两编号微机保护模块之间线路区段分别为B、C、D、E。区段E和F分别为干线和分支线上序号最大的微机保护模块远离电源端方向的区段。当故障分别发生在每一区段时，各测量点δ_i的值如表2所示。

表2含一条分支线的配电线路各区段故障时各测点δ_i的值

(3)有多条分支线的配电线路

有多条分支线的配电线路，以有3条分支线为例，测量点编号和区段示意图如图6所示。其中，1，2，3，4，5为干线上微机保护模块的序号，6、7、8分别为3条分支线上微机保护模块的序号，区域A、B、C分别由干线上和分支线上相邻的三个微机保护模块围成，其余相邻两编号微机保护模块之间线路区段分别为D、E。区段E、F、G、H分别为干线和分支线上序号最大的微机保护模块远离电源端方向的区段。当故障分别发生在每一区段时，各测量点δ_i的值如表3所示。

表3含3条分支线的配电线路各区段故障时各测点δ_i的值

基于上述算例分析，构造定位特征矩阵。δ_i的取值定义为：

以图6所示含3分支线路为例，若F区段发生单相接地故障，结合表3，定位特征矩阵G为：

各测量点微机保护模块测量和上传零序电流增量完备，则各测量点δ_i的状态为“1”，否为“0”。各δ_i状态信息用向量H表示。对图6所示线路和测量点布置情况，信息完备时，δ状态信息向量H为

H＝[1 1 1 1 1 1 1]

将定位特征矩阵G和δ状态信息向量的转置H^T相乘，得故障区段判定列向量P为：

若第i行为1，则第i和i+1号微机保护模块之间为故障区段；

若i号微机保护模块是某条线路(或分支线)的最后一个微机保护模块，则故障发生在i号微机保护模块远离变电站(电源)方向。

若P向量全都为零，则根据此条线路的最后一个微机保护模块ΔI_0i数值进行判断，若ΔI_0i大于阈值，则故障发生在最后一个微机保护模块远离变电站方向。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种配电网单相接地故障定位方法，包括：

(1)为各个微机保护模块进行编号；

(2)求取供电线路故障前后各测点的零序电流增量；进而确定相邻编号两测量点零序电流增量的差，基于所述零序电流增量差的变化规律进行单相接地故障区段定位。

需要说明的是，上述各步骤的具体实现方式已经在实施例一中进行了详细的说明，此处不再赘述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种配电网单相接地故障定位系统，其特征在于，包括：

设置在供电线路所属变电站内的供电线路主站；

设置在变电站母线所带馈线出口、供电线路沿线分段开关和分支线路开关处微机保护模块；

所述微机保护模块用于实现零序电流采集、突变量计算、三相电压以及零序电压的采集计算；所述供电线路主站用于实时监测母线电压，并与各微机保护模块进行通信，实现母线电压的测量、供电线路电气信息的采集以及故障区段的判断与定位；

将每一个微机保护模块作为节点，线路上相邻微机保护模块围成的区段或区域为定位区间，供电线路主站根据拓扑结构和微机保护模块上传的信息定位出故障区段；

求取供电线路故障前后各测点的零序电流增量；进而确定相邻编号两测量点零序电流增量的差，基于所述零序电流增量差的变化规律进行单相接地故障区段定位；

基于相邻编号两测量点零序电流增量的差构造单相接地故障定位特征矩阵；基于各测量点微机保护模块测量和上传的零序电流增量信息是否完备，建立状态信息向量；

将单相接地故障定位特征矩阵与状态信息向量的转置矩阵相乘，得故障区段判定列向量；基于所述故障区段判定列向量的值定位故障区段；

若第i行值为1，则第i和i+1号微机保护模块之间为故障区段；

若i号微机保护模块是某条线路或分支线的最后一个微机保护模块，则故障发生在i号微机保护模块远离变电站方向；

若故障区段判定列向量的值全都为零，则根据此条线路的最后一个微机保护模块故障前后零序电流的增量数值进行判断，若所述增量数值大于阈值，则故障发生在最后一个微机保护模块远离变电站方向。

2.如权利要求1所述的一种配电网单相接地故障定位系统，其特征在于，各微机保护模块与供电线路主站之间通过无线通信方式进行通信。

3.一种配电网单相接地故障定位方法，其基于如权利要求1-2任一项所述的一种配电网单相接地故障定位系统，其特征在于，包括：

为各个微机保护模块进行编号；

求取供电线路故障前后各测点的零序电流增量；进而确定相邻编号两测量点零序电流增量的差，基于所述零序电流增量差的变化规律进行单相接地故障区段定位。

4.如权利要求3所述的一种配电网单相接地故障定位方法，其特征在于，为各个微机保护模块进行编号的原则为：

先对主干线路上的微机保护模块进行编号，再对分支线路上的微机保护模块进行编号；从线路始端，即电源端开始按顺序进行编号。

5.如权利要求3所述的一种配电网单相接地故障定位方法，其特征在于，基于所述零序电流增量差的变化规律进行单相接地故障区段定位，具体包括：

基于相邻编号两测量点零序电流增量的差构造单相接地故障定位特征矩阵；基于各测量点微机保护模块测量和上传的零序电流增量信息是否完备，建立状态信息向量；

将单相接地故障定位特征矩阵与状态信息向量的转置矩阵相乘，得故障区段判定列向量；基于所述故障区段判定列向量的值定位故障区段。

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