CN113341274A - 配电架空线路断线故障诊断的pt取电配置方法 - Google Patents

配电架空线路断线故障诊断的pt取电配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，属于电网断线故障诊断技术领域。本发明的技术方案为：本发明针对配置双PT和单PT的架空配电线路，提出了一种PT滑动组合方法，在此基础上提出了一种PT取电优化配置方法及断线故障诊断方法。本发明的有益效果为：本发明通过合理配置PT取电方法，克服了传统断线故障诊断方法因未考虑量测装置实际配置情况从而导致无法实用或诊断精度较低的问题，具备较高的实用性及诊断精度。

Description

配电架空线路断线故障诊断的PT取电配置方法
技术领域
本发明涉及电网故障诊断领域，尤其涉及一种配电架空线路断线故障诊断的PT取电配置方法。
背景技术
配电网断线故障是配电网常见故障之一。配电线路发生断线故障后，将造成部分用户直接失电，且断线接地可能引发触电事故，同时长时间断线运行产生的不对称电压将对用电设备造成损坏，因此及时定位断线位置并处理故障成为电力企业的迫切需求。
当前，针对断线故障的研究主要从电压和电流曲线出发，且假定三个线电压和三相电流均可获取，并未考虑实际电网量测装置的配置情况。针对基于电压变化诊断断线故障情形，实际应用中由于部分智能终端处仅配置两个单相电压互感器(Double Single-Phase Potential Transformer，简称双PT)或一个单相PT(简称单PT)，因此仅能获取上述终端处的两个线电压或者一个线电压。例如：在架空线路中，馈线智能终端(FeederTerminal Unit，FTU)安装于变电所出线开关、分段开关、分支开关、联络开关以及用户分界开关处。其中，安装于变电所出线开关、分段开关、分支开关、联络开关处的FTU通常配置双PT，而安装于用户分界开关处的FTU仅配置单PT。此外，由于联络开关处的双PT分别从两条中压线路取电，因此对于其中任意一条线路，联络开关处的FTU也仅可视为单PT。已有断线故障研究成果在单PT工况下不可行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电架空线路断线故障诊断的PT取电配置方法，本发明针对配置双PT和单PT的架空配电线路，提出了一种PT滑动组合方法及PT取电优化配置方法，在此基础上充分公开了断线故障诊断方法，实现配电架空线路断线故障的快速、准确诊断。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种考虑单PT的中压配电网断线故障诊断方法，包含以下步骤：
步骤1：建立配电架空线路单相断线故障工况下的线电压关系方程；
步骤2：基于滑动PT组合方法建立PT取电优化配置方法及断线故障诊断方法。
进一步地，步骤1具体操作过程如下：
步骤1.1：当配变采用Yyn0型接线时，建立单相断线故障工况下的线电压关系方程：
假设配变一次侧星型绕组的等效阻抗值为Z，针对一次侧中性点N建立基尔霍夫电流方程可得
Figure BDA0003109531010000021
其中，
Figure BDA0003109531010000022
分别为A点、B点、C点、N点的电压。由于配变一次侧A相绕组回路不存在电流，可得
Figure BDA0003109531010000023
忽略线路阻抗，可得
Figure BDA0003109531010000024
其中，
Figure BDA0003109531010000025
分别为电源处B相、C相相电压。由式(1)-式(3)可得
Figure BDA0003109531010000026
进一步可得
Figure BDA0003109531010000027
由式(5)可知，当配变采用Yyn0接线且A相线路发生断线故障时，AB相间线电压与CA相间线电压一致，其幅值为BC相间线电压的一半，其相位与BC相间线电压相位相反。该结论适用于智能终端下游含多个配变情形。
步骤1.2：当配变采用Dyn11型接线时，建立单相断线故障工况下的线电压关系方程：
假设配变一次侧角型绕组的等效阻抗值为Z，针对点A建立基尔霍夫电流方程可得
Figure BDA0003109531010000031
由式(3)和式(6)可得
Figure BDA0003109531010000032
进一步可得配变处线电压关系与式(5)一致，该电压关系可推广至多个配变情形。
综上，当智能终端下游含负载时，无论配变采用Yyn0型接线还是Dyn11型接线，若智能终端上游线路发生断线故障，则下游线路线电压关系保持一致，可总结为：非故障相的线电压保持不变；故障相的线电压幅值为非故障相线电压的一半，相位与之相反。
进一步地，步骤2具体操作过程如下：
步骤2.1：利用线电压关系诊断断线故障在双PT和单PT工况下的可行性分析：
(1)智能终端采用双PT的情况：
智能终端采用双PT时，双PT分别从AB相和BC相取电，双PT分别量测线电压
Figure BDA0003109531010000033
和
Figure BDA0003109531010000034
若A相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000035
若B相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000036
若C相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000037
由式(8)-(10)可见，当智能终端采用双PT时，量测值中至少有一个线电压值降为正常值的一半，利用该特性可以判定智能终端上游发生断线故障。
(2)智能终端采用单PT的情况：
智能终端采用单PT时，PT通常从AB相取电，PT可量测线电压
Figure BDA0003109531010000044
若A相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000041
若B相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000042
若C相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000043
由式(11)-式(13)可见，当智能终端采用单PT取电时，若PT取电相包含故障相，则量测的线电压值降为正常值的一半，利用该特性可以判定智能终端上游发生断线故障；若PT取电相不包含故障相，则量测的线电压值正常，此时无法判定智能终端上游是否发生断线故障。
步骤2.2：基于滑动PT组合方法建立PT取电优化配置方法及断线故障诊断方法：
(1)双PT取电配置方法
根据步骤2.1的分析可知，当智能终端采用双PT取电且双PT取电相不同时，可判定智能终端上游线路是否发生断线故障。因此，双PT的取电方法配置为两个PT的取电相不同。例如：一个PT从AB相取电，另一个PT从BC相取电；或者一个PT从AB相取电，另一个PT从CA相取电；或者一个PT从BC相取电，另一个PT从CA相取电。考虑到从CA相取电时，PT取电引线需要横跨B相线路，因此通常双PT取电时分别从AB相和BC相取电。
(2)单PT取电配置方法
单条中压线路双PT的数量通常较少，因此仅依靠双PT诊断断线故障精度不足。单PT通常安装于用户分界开关处，数量大，将单PT用于判定线路断线故障，可缩小断线诊断区间，提高诊断精度和故障处理速度。
根据步骤2.1的分析可知，仅采用单PT判定线路是否断线存在不足。为将单PT用于断线故障诊断，可将多个单PT进行滑动组合或将单PT与双PT进行滑动组合。
1)单PT滑动组合取电配置方法
多个单PT滑动组合：两个相邻PT为一组，且相邻组合包含交叉PT，即：PT4为末端PT，PT4和PT3形成组合1，PT3和PT2形成组合2，PT2和PT1形成组合3。将滑动组合中两个PT的取电相配置为不同，例如：PT4从BC相取电，PT3从AB相取电，PT2从BC相取电，PT1从AB相取电。此时可实现：
通过单个PT组合可判定上游线路是否发生断线故障。组合1中，按潮流方向将PT3视为组合中的前PT，将PT4视为组合中的后PT。前PT量测AB相间线电压，若前PT上游线路A相或B相线路断线，通过前PT可以正确诊断故障；若前PT上游线路C相线路断线，则通过前PT无法诊断，结合后PT便可正确诊断。可能存在的诊断结果如下：
a)前PT量测线电压正常，后PT量测线电压异常，则故障区间为后PT上游线路，且故障相为与前PT取电相相异的第三相(C相)；
b)前PT量测线电压异常，后PT量测线电压正常，则故障区间为前PT上游线路，且故障相为与后PT取电相相异的第三相(A相)；
c)前PT量测线电压异常，后PT量测线电压异常，则故障区间为前PT上游线路，故障相无法确定，但大概率为前后两个PT取电相中的重合相(B相)。
通过多个PT组合可进一步确定断线故障区间。附图3中所有可能诊断结果如表1所示。
表1PT组合电压状态与断线故障区间关系
Figure BDA0003109531010000051
2)单PT与双PT滑动组合取电配置方法
从测量线电压数值用于判断线路是否断线角度，双PT可等效于两个单PT。因此，配置PT取电方法时，可将双PT等效为两个单PT，并按照多个单PT的规则进行滑动组合，如附图4所示。此时取电方法配置为：PT滑动组合中的两个PT的取电相不同，例如：PT4从AB相取电，PT3从BC相取电，PT2从AB相取电，PT1从BC相取电。相应断线故障诊断功能与多个单PT情形一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明针对配置双PT和单PT的架空配电线路，提出了一种PT滑动组合方法及PT取电优化配置方法，并充分公开了断线故障诊断方法。本发明通过合理配置PT取电方法，克服了传统断线故障诊断方法因未考虑量测装置实际配置情况从而导致无法实用或诊断精度较低的问题，具备较高的实用性及诊断精度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明说明书中配变采用Yyn0型接线的线路示意图。
图2为本发明说明书中配变采用Dyn11型接线的线路示意图。
图3为本发明说明书中多个单PT滑动组合示意图。
图4为本发明说明书中单PT与双PT滑动组合示意图。
图5为本发明实施例中的配电网仿真模型。
图6为本发明实施例1的PT量测的线电压曲线图。
图7为本发明实施例2的PT量测的线电压曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种考虑单PT的中压配电网断线故障诊断方法，包含以下步骤：
步骤1：建立配电架空线路单相断线故障工况下的线电压关系方程；
步骤2：基于滑动PT组合方法建立PT取电优化配置方法及断线故障诊断方法。
进一步地，步骤1具体操作过程如下：
步骤1.1：当配变采用Yyn0型接线时，建立单相断线故障工况下的线电压关系方程：
假设配变一次侧星型绕组的等效阻抗值为Z，针对一次侧中性点N建立基尔霍夫电流方程可得
Figure BDA0003109531010000071
其中，
Figure BDA0003109531010000072
分别为A点、B点、C点、N点的电压。由于配变一次侧A相绕组回路不存在电流，可得
Figure BDA0003109531010000073
忽略线路阻抗，可得
Figure BDA0003109531010000074
其中，
Figure BDA0003109531010000075
分别为电源处B相、C相相电压。由式(1)-式(3)可得
Figure BDA0003109531010000076
进一步可得
Figure BDA0003109531010000077
由式(5)可知，当配变采用Yyn0接线且A相线路发生断线故障时，AB相间线电压与CA相间线电压一致，其幅值为BC相间线电压的一半，其相位与BC相间线电压相位相反。该结论适用于智能终端下游含多个配变情形。
步骤1.2：当配变采用Dyn11型接线时，建立单相断线故障工况下的线电压关系方程：
假设配变一次侧角型绕组的等效阻抗值为Z，针对点A建立基尔霍夫电流方程可得
Figure BDA0003109531010000078
由式(3)和式(6)可得
Figure BDA0003109531010000079
进一步可得配变处线电压关系与式(5)一致，该电压关系可推广至多个配变情形。
综上，当智能终端下游含负载时，无论配变采用Yyn0型接线还是Dyn11型接线，若智能终端上游线路发生断线故障，则下游线路线电压关系保持一致，可总结为：非故障相的线电压保持不变；故障相的线电压幅值为非故障相线电压的一半，相位与之相反。
进一步地，步骤2具体操作过程如下：
步骤2.1：利用线电压关系诊断断线故障在双PT和单PT工况下的可行性分析：
(3)智能终端采用双PT的情况：
智能终端采用双PT时，双PT分别从AB相和BC相取电，双PT分别量测线电压
Figure BDA0003109531010000081
和
Figure BDA0003109531010000082
若A相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000083
若B相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000084
若C相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000085
由式(8)-(10)可见，当智能终端采用双PT时，量测值中至少有一个线电压值降为正常值的一半，利用该特性可以判定智能终端上游发生断线故障。
(4)智能终端采用单PT的情况：
智能终端采用单PT时，PT通常从AB相取电，PT可量测线电压
Figure BDA0003109531010000086
若A相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000087
若B相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000091
若C相发生断线故障，则量测电压值为：
Figure BDA0003109531010000092
由式(11)-式(13)可见，当智能终端采用单PT取电时，若PT取电相包含故障相，则量测的线电压值降为正常值的一半，利用该特性可以判定智能终端上游发生断线故障；若PT取电相不包含故障相，则量测的线电压值正常，此时无法判定智能终端上游是否发生断线故障。
步骤2.2：基于滑动PT组合方法建立PT取电优化配置方法及断线故障诊断方法：
(1)双PT取电配置方法
根据步骤2.1的分析可知，当智能终端采用双PT取电且双PT取电相不同时，可判定智能终端上游线路是否发生断线故障。因此，双PT的取电方法配置为两个PT的取电相不同。例如：一个PT从AB相取电，另一个PT从BC相取电；或者一个PT从AB相取电，另一个PT从CA相取电；或者一个PT从BC相取电，另一个PT从CA相取电。考虑到从CA相取电时，PT取电引线需要横跨B相线路，因此通常双PT取电时分别从AB相和BC相取电。
(2)单PT取电配置方法
单条中压线路双PT的数量通常较少，因此仅依靠双PT诊断断线故障精度不足。单PT通常安装于用户分界开关处，数量大，将单PT用于判定线路断线故障，可缩小断线诊断区间，提高诊断精度和故障处理速度。
根据步骤2.1的分析可知，仅采用单PT判定线路是否断线存在不足。为将单PT用于断线故障诊断，可将多个单PT进行滑动组合或将单PT与双PT进行滑动组合。
1)单PT滑动组合取电配置方法
多个单PT滑动组合：两个相邻PT为一组，且相邻组合包含交叉PT，即：PT4为末端PT，PT4和PT3形成组合1，PT3和PT2形成组合2，PT2和PT1形成组合3。将滑动组合中两个PT的取电相配置为不同，例如：PT4从BC相取电，PT3从AB相取电，PT2从BC相取电，PT1从AB相取电。此时可实现：
通过单个PT组合可判定上游线路是否发生断线故障。组合1中，按潮流方向将PT3视为组合中的前PT，将PT4视为组合中的后PT。前PT量测AB相间线电压，若前PT上游线路A相或B相线路断线，通过前PT可以正确诊断故障；若前PT上游线路C相线路断线，则通过前PT无法诊断，结合后PT便可正确诊断。可能存在的诊断结果如下：
a)前PT量测线电压正常，后PT量测线电压异常，则故障区间为后PT上游线路，且故障相为与前PT取电相相异的第三相(C相)；
b)前PT量测线电压异常，后PT量测线电压正常，则故障区间为前PT上游线路，且故障相为与后PT取电相相异的第三相(A相)；
c)前PT量测线电压异常，后PT量测线电压异常，则故障区间为前PT上游线路，故障相无法确定，但大概率为前后两个PT取电相中的重合相(B相)。
通过多个PT组合可进一步确定断线故障区间。附图3中所有可能诊断结果如表1所示。
表1 PT组合电压状态与断线故障区间关系
Figure BDA0003109531010000101
2)单PT与双PT滑动组合取电配置方法
从测量线电压数值用于判断线路是否断线角度，双PT可等效于两个单PT。因此，配置PT取电方法时，可将双PT等效为两个单PT，并按照多个单PT的规则进行滑动组合，如附图4所示。此时取电方法配置为：PT滑动组合中的两个PT的取电相不同，例如：PT4从AB相取电，PT3从BC相取电，PT2从AB相取电，PT1从BC相取电。相应断线故障诊断功能与多个单PT情形一致。
为验证本发明所作分析及所提出的PT取电配置方法的有效性，基于PSCAD/EMTDC搭建了如附图5所示的配电网仿真模型。仿真中对配电线路进行简化，忽略了线路阻抗。附图5中配电网模型共包含2个Yyn0型接线的配变、2个Dyn11型接线的配变、1个分段开关、1个联络开关和4个用户分界开关。其中，分段开关处配置双PT，即PT3和PT4；联络开关处也配置了双PT，但仅有一个PT从本条中压线路取电，因此联络开关处视为配置单PT，即PT7；用户分界开关处配置单PT，分别为PT1、PT2、PT5、PT6。按照步骤2.2中的取电配置方法，可将所有PT取电相设置为PT1：AB相；PT2：BC相；PT3：AB相；PT4：BC相；PT5：AB相；PT6：BC相；PT7：AB相。
实施例1
当t＝0.3s时，PT4和PT5之间线路发生A相断线故障，7个PT量测的线电压波形如附图6所示。图中，PT5和PT7所量测的AB相间的线电压幅值均降为正常值的1/2，相位与BC相间的线电压相位相反；PT6所量测的电压保持正常。线电压关系与式(5)保持一致，表明当智能终端处含有Dyn11接线的配变，且智能终端上游发生断线故障时，本文推导的故障段线电压关系有效。
由于PT5和PT7量测的AB相间线电压满足式(5)，PT6量测的B、C相间线电压保持正常，可判定A相线路发生断线故障，且故障区间在PT5上游线路段。由于PT3和PT4量测的线电压保持正常，可判定PT3之前线路运行正常。因此，可判定A相线路发生断线故障，且故障区间为PT3和PT5之间的线路段。
实施例2
当t＝0.3s时，PT1之前的线路发生A相断线故障，7个PT量测的线电压波形如附图7所示。图中，PT1所量测A、B相间的线电压幅值降为正常值的1/2，相位与B、C相间线电压相位相反；PT2所量测B、C相间的线电压正常。线电压关系与式(5)一致，表明当智能终端处含有Yyn0接线的配变，且智能终端上游发生断线故障时，本文推导的故障段线电压关系有效。
由于PT1至PT7量测的线电压均满足式(5)，因此，可判定A相线路发生断线故障，且故障区间为PT1之前的线路段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，其特征在于，所述配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法包含以下步骤：
步骤1：建立配电架空线路单相断线故障工况下的线电压关系方程；
步骤2：基于滑动PT组合方法建立PT取电优化配置方法及断线故障诊断方法。
2.根据权利要求1所述的一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，其特征在于，所述步骤1中建立配电架空线路单相断线故障工况下的线电压关系方程时，需分别建立配变采用Yyn0型接线以及Dyn11型接线两种情况下的线电压关系方程。
3.根据权利要求2所述的一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，其特征在于，所述步骤2中基于滑动PT组合方法包含两种类型的组合：1）多个单PT滑动组合，2）一个及以上单PT与一个及以上双PT滑动组合。
4.根据权利要求3所述的一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，其特征在于，所述多个单PT滑动组合为：将多个连续单PT按线路潮流次序先后排列，首先将末端两个相邻PT形成组合1，再通过滑动的方式将末端倒数第2和倒数第3个相邻PT形成组合2，以此类推，可通过滑动的方式形成组合N，相邻组合包含公共的PT。
5.根据权利要求4所述的一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，其特征在于，所述一个及以上单PT与一个及以上双PT滑动组合为：将双PT分解为两个单PT，并将所有PT按线路潮流次序先后排列，首先将末端两个相邻PT形成组合1，然后通过滑动的方式将末端倒数第2和倒数第3个相邻PT形成组合2，以此类推，可通过滑动的方式形成组合N，其中相邻组合包含公共的PT。
6.根据权利要求5所述的一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，其特征在于，所述双PT的取电配置方法为两个PT的取电相不同；一个PT从AB相取电，另一个PT从BC相取电；或者一个PT从AB相取电，另一个PT从CA相取电；或者一个PT从BC相取电，另一个PT从CA相取电；
由于从CA相取电时，PT取电引线需要横跨B相线路，双PT取电时分别从AB相和BC相取电。
7.根据权利要求6所述的一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，其特征在于，将所述多个单PT滑动组合的两个PT的取电相配置为不同。
8.根据权利要求7所述的一种配电架空线路单相断线故障诊断的PT取电配置方法，其特征在于，根据所述多个单PT滑动组合进行断线故障诊断的方法为：按潮流方向将组合中的两个PT分为前PT和后PT，假设前PT量测AB相间线电压，后PT量测BC相间线电压，若前PT上游线路A相或B相线路断线，通过前PT可以正确诊断故障；若前PT上游线路C相线路断线，则通过前PT无法诊断，结合后PT便可正确诊断，可能存在的诊断结果如下：
1）前PT量测线电压正常，后PT量测线电压异常，则故障区间为后PT上游线路，且故障相为与前PT取电相相异的第三相，
2）前PT量测线电压异常，后PT量测线电压正常，则故障区间为前PT上游线路，且故障相为与后PT取电相相异的第三相，
3）前PT量测线电压异常，后PT量测线电压异常，则故障区间为前PT上游线路，故障相无法确定，但大概率为前后两个PT取电相中的重合相。
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