CN113219237B - 基于零模电压梯度值的配电网接地故障时刻标定方法 - Google Patents

基于零模电压梯度值的配电网接地故障时刻标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于零模电压梯度值的配电网接地故障时刻标定方法，包括，步骤1：在故障发生后，提取配电网各馈线的零模电压；步骤2：构造零模电压梯度，得到每一采样点的零模电压梯度值；步骤3:根据零模电压梯度值的大小变化判断故障发生时刻。步骤3中，根据零模电压梯度值的大小变化判断故障发生时刻包括：根据计算的每一采样点的零模电压梯度值计算出采样点对应的零模电压梯度和，当零模电压梯度和出现突变时，判断该采样点时刻即为故障发生时刻。本发明的优点在于：可以准确可靠的对故障时刻进行标定，基于零模电压梯度和，减少由于三相不对称造成的干扰，使得零模电压梯度值变化更明显，从而使得判断更加准确可靠。

Description

基于零模电压梯度值的配电网接地故障时刻标定方法
技术领域
本发明涉及电网故障检测领域，特别涉及一种基于零模电压梯度值的配电网选线录波数据的接地故障时刻标定方法。
背景技术
配电网是电能输送的最后一个环节，是电力系统与用户联系最为密切的环节，担负着电能分配的枢纽作用。配电网拓扑结构复杂，且运行方式多变，线路众多，故障检测困难。据统计，电力系统90％的故障发生在配电网侧，这其中配电网单相接地故障发生的概率最高，占配电网总故障的80％左右。在配电网的故障处理过程中，能否正确的标定出故障发生时刻，对后续故障信息提取，以及快速处置故障具有较为重要的意义。
传统选线录波装置启动时刻以零模电压是否越限为依据，当零模电压超过整定值，记录故障前后的数据，从而进行接地故障检测。但当故障初始相角较小，过渡电阻较大时该启动方法有可能失效，灵敏度不高且启动时间长。配电网选线录波装置一般只采集零模电压与零模电流，但大多选线录波装置存在启动时刻与故障时刻不匹配的问题。因此，在配电网发生单相接地故障之后，快速准确的标定出故障发生时刻，对录波装置的后续信息提取十分重要，同时这也是智能配电网建设的重要要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于零模电压梯度值的配电网选线录波数据的接地故障时刻标定方法，该方法基于零模电压梯度值的变化来判断接地故障时刻。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：基于零模电压梯度值的配电网接地故障时刻标定方法，包括，
步骤1：在故障发生后，提取配电网各馈线的零模电压；
步骤2：构造零模电压梯度，得到每一采样点的零模电压梯度值；
步骤3:根据零模电压梯度值的大小变化判断故障发生时刻。
步骤3中，根据零模电压梯度值的大小变化判断故障发生时刻包括：根据计算的每一采样点的零模电压梯度值计算出采样点对应的零模电压梯度和，当零模电压梯度和出现突变时，判断该采样点时刻即为故障发生时刻。
步骤2中，零模电压梯度值计算方法包括:
利用相邻两个采样点的零模电压之差构造零模电压梯度值，其计算公式为：
cdif(k)＝[u0(k)-u0(k-1)]/Δt
式中，cdif(k)为采样点k对应时刻的零模电压梯度值；k表示瞬时采样点，△t表示采样间隔；u0(k)、u0(k-1)分别为k采样点时刻的零模电压、k-1采样点时刻的零模电压。
求取零模电压梯度和E(k)的求取方式为：k采样点时刻的零模电压梯度和为k采样点的零模电压梯度值与k采样点时刻之前的若干个采样点时刻对应的零模电压梯度值之和。
零模电压梯度和出现突变判断方法为：当采样点时刻k对应的零模电压梯度和与上一个采样点对应的零模电压梯度和之间差值大于设定的阈值时，判断为零模电压梯度和出现突变，k采样点时刻即为故障时刻。
本发明的优点在于：可以准确可靠的对故障时刻进行标定，基于零模电压梯度和，减少由于三相不对称造成的干扰，使得零模电压梯度值变化更明显，从而使得判断更加准确可靠；而且具有较高的灵敏度与准确性，能准确的标定出故障时间；具有一定的抗过渡电阻能力。随着过渡电阻的升高，并没有影响本原理的本质，仍然能正确的标定出故障发生时刻。而且本申请采用的零模电压均可以被系统记录为本申请的实现提供了数据支持，然后基于本申请的方法可以快速判断出故障时刻，对配电网络可靠运行有着积极的意义。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明配电网系统结构图；
图2是本发明实施例1中馈线L1发生单相接地故障时母线处各馈线的零模电压图；
图3是本发明实施例1中馈线L1发生单相接地故障时零模电压梯度和及故障时刻标定图；
图4是本发明实施例2中馈线L1发生单相接地故障时母线处各馈线的零模电压图；
图5是本发明实施例2中馈线L1发生单相接地故障时零模电压梯度和及故障时刻标定图；
图6是本发明实施例3中馈线L2发生单相接地故障时母线处各馈线的零模电压图；
图7是本发明实施例3中馈线L2发生单相接地故障时零模电压梯度和及故障时刻标定图；
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本申请提供一种基于零模电压梯度值的配电网选线录波数据的接地故障时刻标定方法，主要用于实现在故障发生后基于配电网选线录波设备的记录的电网的零模电压数据可以有效地实现基于零模电压梯度值的变化来判断接地故障时刻。其原理为补偿接地电网由于三相参数不是严格对称的，其本身存在数值较小的零模电压，故障后零模电压显著增大，因此零模电压是理想标定故障的变量。由于三相不对称的存在零模电压梯度值会不太明显判断显著增大突变的位置，为了实现更好的判断减少判断的误差，本申请在零模电压梯度值的基础上计算出零模电压梯度和来进行判断，当零模电压梯度和突变，则判断突变时刻采样点即为故障时刻。具体实现方案包括：
基于零模电压梯度值的配电网接地故障时刻标定方法，包括，
步骤1：在故障发生后，提取配电网各馈线的零模电压；这一步可以通过装置获取或通过配电网滤波数据装置来实现；
步骤2：构造零模电压梯度，得到每一采样点的零模电压梯度值；
滤波装置对电网数据可以进行采样，采用固定周期进行采样，则每一个采样点对应着采样时刻，从启动开始每一采样点时刻都采集对应的零模电压数据，根据每一点的采样的零模电压数据与上一采样点的零模电压数据之差得到对应的零模电压梯度值；其计算方法为：
利用相邻两个采样点的零模电压之差构造零模电压梯度值，其计算公式为：
cdif(k)＝[u0(k)-u0(k-1)]/Δt
式中，cdif(k)为采样点k对应时刻的零模电压梯度值；k表示瞬时采样点，△t表示采样间隔；u0(k)、u0(k-1)分别为k采样点时刻的零模电压、k-1采样点时刻的零模电压。其中k为采样时刻，k-1为采样时刻k上一个采样点时刻，也就是本次采样点时刻的零模电压与上一次采样点的零模电压之差除以采样间隔时间即为零模电压梯度值。
步骤3:根据零模电压梯度值的大小变化判断故障发生时刻。根据零模电压梯度值的大小变化判断故障发生时刻包括：根据计算的每一采样点的零模电压梯度值计算出采样点对应的零模电压梯度和，当零模电压梯度和出现突变时，判断该采样点时刻即为故障发生时刻。
其中求取零模电压梯度和E(k)的求取方式为：k采样点时刻的零模电压梯度和为k采样点的零模电压梯度值与k采样点时刻之前的若干个采样点时刻对应的零模电压梯度值之和。
零模电压梯度和出现突变判断方法为：当采样点时刻k对应的零模电压梯度和与上一个采样点对应的零模电压梯度和之间差值大于设定的阈值时，判断为零模电压梯度和出现突变，k采样点时刻即为故障时刻。
本申请原理为:首先求取监控到的配电网零模电压，然后根据零模电压求取对应的每一个采样点时刻的零模电压梯度值，然后根据零模电压梯度值来进行计算，然而由于三相不对称特性的原因，零模电压会存在一定的较小的数值，造成判断上的误差或者说无法直观明显的确定零模电压值的突变，因此为了准确可靠的进行判断，对零模电压梯度值进行极化处理，扩大其变化的数值，采用每一采样点时刻对应的零模电压梯度和来判断是否突变，当判断零模电压梯度和相较于前一时刻突变，则说明该时刻为故障时刻，从而准确可靠的实现对于故障时刻的标定。
本发明一种基于零模电压梯度值的配电网选线录波数据的接地故障时刻标定方法，用以实现正确的故障时刻标定，对配电网络可靠运行有着积极的意义。具体步骤为：
Step1：通过专用设备提取各馈线零模电压，即母线处零模电压u0，其中ua，ub，uc为三相电压；
u0＝ua+ub+uc
Step2：利用零模电压u0相邻两个采样值之差构造电压变化梯度：
cdif(k)＝[u0(k)-u0(k-1)]/Δt
式中，k表示瞬时采样点，Δt表示采样间隔；
Step3：求出零模电压梯度和E(k)，式中，K采样点，k≥K，也就是说K采样点在前，k采样点在后，如K为第三个采样点，k为第八个采样点；一般K的取值范围可调整设置，主要就是求合时将采样点k之前的几个采样点的零模电压梯度值相加就行，一般为零模电压梯度值与采样点之前的四个采样点的零模电压梯度值相加即可。
Step4：系统正常运行时，零模电压梯度值cdif基本为零，发生故障之后，E(k)突变明显，E(k)突变点即对应故障发生时刻，进而可实现故障时刻的准确标定。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出的配电网选线录波数据故障时刻标定方法，能对选线录波数据实现正确的故障时刻标定，传统配电网选线录波装置启动时刻以零模电压越限门槛做启动，与此方法相比，具有较高的灵敏度与准确性，能准确的标定出故障时间。
2、本发明提出的方法具有一定的抗过渡电阻能力。随着过渡电阻的升高，并没有影响本原理的本质，仍然能正确的标定出故障发生时刻。
为了验证本申请的方法的可靠性准确性，本申请通过软件仿真的方式来对本申请方法进行验证，首先利用PSCAD/EMTDC建立如图1所示的配电网仿真模型，110kV/10kV的变电所共有6回出线，馈线L1、L2、L3、L5为架空线路，馈线L4为线缆混合线路，L6是纯电缆线路。其中，架空馈线的正序阻抗为：R1＝0.45Ω/km，L1＝1.172mH/km，C1＝6.1nF/km，零序阻抗为：R0＝0.7Ω/km，L0＝3.91mH/km，C0＝3.8nF/km；电缆馈线的正序阻抗为：R1＝0.075Ω/km，L1＝0.254mH/km，C1＝318nF/km，零序阻抗为：R0＝0.102Ω/km，L0＝0.892mH/km，C0＝212nF/km。该配电系统的中性点从母线的Z字型接地变压器引出，经消弧线圈接地，消弧线圈的补偿方式为过补偿，系统采样频率为20kHz。然后分别设置故障馈线及其故障时间，然后查看仿真结果中的零模电压梯度和突变点是否为本申请设置的故障时间点，从而判断本申请是否真确。
验证1：(1)通过电磁暂态仿真在图1所示谐振接地配电网馈线L1上设置单相接地故障作为故障馈线，故障初相角为90°，故障时间设定为0.082s，过渡电阻为10Ω，提取各馈线零模电压，即母线处零模电压u0，如图2所示；
(2)利用零模电压u0相邻两个采样值之差构造电压变化梯度cdif，并求出零模电压梯度和E(k)；
对将各采样点的零模电压梯度和通过计算机软件逆合成采样时间-零模电压梯度和曲线，如图3所示。
(3)由于系统正常运行时，零模电压梯度值cdif基本为零，发生故障之后，E(k)突变明显，E(k)突变点即对应故障发生时刻，如图3即为本仿真出的零模电压梯度和曲线，从图中可以正确标定故障发生时刻为0.082s，与设置的故障时间相匹配。
验证2：
(1)通过电磁暂态仿真在图1所示谐振接地配电网馈线L1上设置单相接地故障作为故障馈线，故障初相角为30°，故障时间设定为0.118s，过渡电阻为100Ω，提取各馈线零模电压，即母线处零模电压u0，如图4所示；
(2)利用零模电压u0相邻两个采样值之差构造电压变化梯度cdif，并求出零模电压梯度和E(k)；对将各采样点的零模电压梯度和通过计算机软件逆合成采样时间-零模电压梯度和曲线，如图3所示。
(3)系统正常运行时，零模电压梯度值cdif基本为零，发生故障之后，E(k)突变明显，E(k)突变点即对应故障发生时刻，即正确标定故障发生时刻为0.118s，如图5所示。
验证3：
(1)通过电磁暂态仿真在图1所示谐振接地配电网馈线L2上设置单相接地故障作为故障馈线，故障初相角为60°，故障时间设定为0.22s，过渡电阻为100Ω，提取各馈线零模电压，即母线处零模电压u0，如图6所示；
(2)利用零模电压u0相邻两个采样值之差构造电压变化梯度cdif，并求出零模电压梯度和E(k)；对将各采样点的零模电压梯度和通过计算机软件逆合成采样时间-零模电压梯度和曲线，如图3所示。
(3)系统正常运行时，零模电压梯度值cdif基本为零，发生故障之后，E(k)突变明显，E(k)突变点即对应故障发生时刻，即正确标定故障发生时刻为0.22s，如图7所示。
由上述三个验证可知，模拟仿真设置的故障时间与经过零模电压梯度和突变判断得到的时间相一致，说明本申请的基于零模电压梯度和来判断标定故障时间的方案准确可靠。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于零模电压梯度值的配电网接地故障时刻标定方法，其特征在于：包括，
步骤1：在故障发生后，提取配电网各馈线的零模电压；
步骤2：构造零模电压梯度，得到每一采样点的零模电压梯度值；
步骤3:根据零模电压梯度值的大小变化判断故障发生时刻；步骤3中，根据零模电压梯度值的大小变化判断故障发生时刻包括：根据计算的每一采样点的零模电压梯度值计算出采样点对应的零模电压梯度和，当零模电压梯度和出现突变时，判断该采样点时刻即为故障发生时刻；步骤2中，零模电压梯度值计算方法包括:
利用相邻两个采样点的零模电压之差构造零模电压梯度值，其计算公式为：
cdif(k)＝[u0(k)-u0(k-1)]/Δt
式中，cdif(k)为采样点k对应时刻的零模电压梯度值；k表示瞬时采样点，△t表示采样间隔；u0(k)、u0(k-1)分别为k采样点时刻的零模电压、k-1采样点时刻的零模电压；求取零模电压梯度和E(k)的求取方式为：k采样点时刻的零模电压梯度和为k采样点的零模电压梯度值与k采样点时刻之前的若干个采样点时刻对应的零模电压梯度值之和；零模电压梯度和出现突变判断方法为：当采样点时刻k对应的零模电压梯度和与上一个采样点对应的零模电压梯度和之间差值大于设定的阈值时，判断为零模电压梯度和出现突变，k采样点时刻即为故障时刻。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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