CN113702771A - 零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法及系统，采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移零序电压，并将获得的配电网中性点位移零序电压与预设的电压阈值进行比较判断；如果配电网中性点位移零序电压高于预设的电压阈值，根据零序电压值设置时间窗宽度，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；对中阻值投入期间的零序电压值进行比较，获得中阻值投入期间的零序电压最大值时刻，记录最大时刻的各条出线零序电流值；通过零序电流比幅法获得选线结果。提高配电网对于高阻接地、间歇性电弧接地等故障的识别能力和处理能力，显著提高配电网的接地选线准确性。

Description

零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法及系统

技术领域

本发明属于配电网接地选线技术领域，具体涉及一种基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法及系统。

背景技术

在3～66kV小电流接地系统中，单相接地故障是最为普遍的故障类型，约占总故障的80％左右。当配电网发生单相接地故障时，可以带故障运行1～2小时。随着城市配电网的发展，电网中电缆线路的比例上升，配电网发生单相接地故障的故障零序电容电流较大，长时间运行易使故障扩大成两点或多点接地短路,弧光接地还会引起全系统过电压进行损坏设备破坏系统安全运行。因此，对于3～6KV电网零序电容电流大于30A时，一律应装设消弧线圈以减小接地电流，使系统容易熄弧减小过电压的危害，防止事故扩大。但是，配电网接地零序电流减小，使得接地选线装置正确选线面临更大的挑战，“消弧”与接地选线正确性之间形成了技术矛盾。随着自动跟踪式消弧线圈的大量投入运行，选线技术陷入低谷，很多地区选线装置退出率达到90％以上，又退回到原始的手动逐条馈出线拉路的选线方法，这充分说明了接地选线问题的复杂性和艰巨性。

最简单的接地选线方法是零序电流比幅法选线方法，即在各条出线安装零序电流互感器，在单相接地故障发生时，比较各条出线的零序电流幅值选出故障线路。该方法简单易行，在零序电流满足零序电流互感器灵敏度要求时，能准确选出故障线路。但是在发生电弧的多次重燃、高阻接地等复杂接地故障时，由于零序电压的快速变化，现有选线方法流程无法获得最佳的选线时机，因而无法选出故障线路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法及系统，通过捕捉故障发生后零序电压最大时刻的各条出线零序电流值，然后对各条出线的零序电流幅值进行比较，获得该时刻最大零序电流幅值的出线以实现接地选线，可以提高配电网对于高阻接地、间歇性电弧接地等故障的识别能力和处理能力，显著提高配电网的接地选线准确性。

本发明采用以下技术方案：

零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法，采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移零序电压，并将获得的配电网中性点位移零序电压与预设的电压阈值进行比较判断；如果配电网中性点位移零序电压高于预设的电压阈值，根据零序电压值设置时间窗宽度，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；对中阻值投入期间的零序电压值进行排序，获得中阻值投入期间的零序电压最大值时刻，记录最大时刻的各条出线零序电流值；通过零序电流比幅法获得选线结果。

具体的，如果获得的中性点零序电压低于预设的电压阈值，重新获得中性点零序电压，并与预设的电压阈值进行比较判断。

具体的，预设的电压阈值为发生单相接地故障时的零序电压值。

进一步的，接地故障包括固定电阻接地故障，高阻接地故障或间歇性电弧接地故障。

具体的，根据零序电压值设置时间窗宽度T，零序电压U₀大于等于15V时，投入中电阻0.5s；零序电压U₀大于5V且小于15V时，T＝2-0.15*(U₀-5)。

进一步的，在时间窗内，延时0.1～0.5s投入中阻值电阻。

具体的，将零序电流比幅法中幅值最大的一条出线作为接地故障线路。

本发明的另一技术方案是，零序电压极大值的零序电流比幅法的接地选线系统，包括：

采集模块，采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移零序电压，并将获得的配电网中性点位移零序电压与预设的电压阈值进行比较判断；

投入模块，如果配电网中性点位移零序电压高于预设的电压阈值，根据零序电压值设置时间窗宽度，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；

比较模块，对中阻值投入期间的零序电压值进行比较，获得中阻值投入期间的零序电压最大值时刻，记录最大时刻的各条出线零序电流值；

选线模块，通过零序电流比幅法获得选线结果。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法，可变时间中电阻的投入以及零序电压极大值时刻的判断，能够保证获取到故障特征量最丰富的时刻，此时进行单相接地故障选线，成功率会显著提高。

进一步的，系统正常运行时，由于三相负荷的不平衡，中性点电压值并非为0，而是有一个较低的电压，设置阈值是为了避开系统正常运行的范围，避免装置灵敏度过高。

进一步的，系统发生单相接地故障时，零序电压会发生抬升，区别于正常运行状态，以电压阈值来判断是否发生单相接地故障。

进一步的，根据故障的特征，低阻接地故障会产生较强的零序信号，高阻接地故障产生的零序信号较弱，间歇性电弧接地故障会表现出零序信号会表现出重复特点。

进一步的，设置可变时间窗，对故障发生后零序信号进行持续监测，可以获得特征量最为明显时刻的零序信号，可以显著提高选线准确率。

进一步的，在发生接地故障时，故障线路的零序电流普遍大于健全线路的零序电流，通过比较各条出现零序电流的幅值可以获得故障线路。

综上所述，本发明以零序电压作为启动判据，并以电压值作为监测时间窗的长度依据，通过在时间窗内投入中阻值电阻增强零序电流信号强度，并选取时间窗内故障特征量最为明显的时刻作为选线的信号来源，通过对该时刻零序电流比幅法获得选线结果。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为装置原理接线图；

图2为选线流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

请参阅图1，本发明提供了一种基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法，包括接地变压器TV、中阻值电阻R1、电阻控制开关QF、中性点电压互感器TA、选线计算机以及各条出线的零序电流互感器；接地变压器TV的低压端接地，高压端分两路，一路与中性点连接，另一路依次经电阻控制开关QF、中阻值电阻R1和中性点电压互感器TA后接地连接。

在电网正常运行时，选线计算机通过实时采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移电压U_N，通过实时采集安装在各条出线上的零序电流互感器上的电压获得各条出线的零序电流I_k0。

当选线计算机判断出配电网中性点零序电压U_N≥δ₁时，进入选线流程，延时一定时间后，选线计算机根据预设的时间窗宽度T₁投入中阻值电阻，并将对应期间的零序电压信号进行比较，最终获得中阻值电阻投入期间零序电压最大值对应的各条出线零序电流信号，对该组零序电流信号进行幅值比较获得幅值最大的一条出线，即为接地故障线路。

其中，δ₁为发生单相接地故障时的零序电压值，其值的大小可以根据实际配电网运行状态和高阻接地启动灵敏度进行设定；I_k0为电网运行时每条出线的零序电流值；T₁为中阻值电阻投入的时间长度，一般为百毫秒到数秒。

请参阅图2，本发明一种基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法，包括以下步骤：

S1、选线计算机通过采集中性点电压互感器上的电压获得中性点零序电压，并与预设的电压阈值进行比较判断；

S101、如果低于阈值，返回S1；

S102、如果高于阈值，进入S2；

S2、根据零序电压值，设置时间窗宽度T，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；

零序电压U₀大于等于15V时，投入中电阻0.5s；零序电压U₀大于5V且小于15V时，T＝2-0.15*(U₀-5)。在时间窗内，延时0.1～0.5s投入中阻值电阻。

S3、对中阻值投入期间的零序电压值进行比较，获得在此期间的零序电压最大值时刻，记录此时的各条出线零序电流值；

S4、通过零序电流比幅法获得选线结果，将零序电流比幅法中幅值最大的一条出线作为接地故障线路。

本发明再一个实施例中，提供一种基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线系统，该系统能够用于实现上述基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法，具体的，该基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线系统包括采集模块、投入模块、比较模块以及选线模块。

其中，采集模块，采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移零序电压，并将获得的配电网中性点位移零序电压与预设的电压阈值进行比较判断；

投入模块，如果配电网中性点位移零序电压高于预设的电压阈值，根据零序电压值设置时间窗宽度，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；

比较模块，对中阻值投入期间的零序电压值进行比较，获得中阻值投入期间的零序电压最大值时刻，记录最大时刻的各条出线零序电流值；

选线模块，通过零序电流比幅法获得选线结果。

本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法的操作，包括：

采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移零序电压，并将获得的配电网中性点位移零序电压与预设的电压阈值进行比较判断；如果配电网中性点位移零序电压高于预设的电压阈值，根据零序电压值设置时间窗宽度，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；对中阻值投入期间的零序电压值进行比较，获得中阻值投入期间的零序电压最大值时刻，记录最大时刻的各条出线零序电流值；通过零序电流比幅法获得选线结果。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：

采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移零序电压，并将获得的配电网中性点位移零序电压与预设的电压阈值进行比较判断；如果配电网中性点位移零序电压高于预设的电压阈值，根据零序电压值设置时间窗宽度，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；对中阻值投入期间的零序电压值进行比较，获得中阻值投入期间的零序电压最大值时刻，记录最大时刻的各条出线零序电流值；通过零序电流比幅法获得选线结果。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

使用MATLAB/Simulink软件搭建10kV配电网模型，并通过模型获取中性点零序电压信号和各条出线的零序电流信号。通过软件自带的单相接地故障模型仿真获得不同过渡电阻阻值的故障信号，采样频率取5kHz。

单相接地故障选线的步骤：

选线计算机对系统零序电压进行监测，并与预设的电压阈值(此处设为15V)进行比较判断，低于阈值时不进行任何操作；

高于阈值时，进入选线流程，根据零序电压阻值设置时间窗投入中阻值电阻，此处设置为1000ms(50个周期)，通过比较这50个周期的零序电压值，获得最利于选线的时刻。

获取该时刻的各条出线零序电流值，通过比较获得最大值的出线即为接地线路。

通过设置接地阻值为10欧姆、100欧姆、1000欧姆三个固定阻值接地故障模型；设置电阻从2000欧姆、3000欧姆、5000欧姆过渡为100欧姆，过渡时间分别设置为10ms，100ms，1000ms，2000ms；设置间歇性电弧接地故障不同情况和次数，100ms/100ms，300ms/400ms，燃弧次数分别为3次，5次，10次。

仿真结果：

(1)对于固定电阻接地故障，零序电压最大值时刻即为零序电压启动时刻，此时零序电流幅值最大的即为故障线路，本发明的有100％的选线成功率。

(2)对于高阻接地故障及过渡电阻变化时，零序电压最大值时刻往往出现在电阻变化为阻值较小的时刻，此时零序电流较其他时刻更为明显，本发明的选线成功率为97％。

(3)对于间歇性电弧接地故障，在每次燃弧期间都会存在一个零序电压极大值时刻，取最大值时刻作为最终选线的时刻，本发明的选线成功率为98％。

综上所述，本发明一种基于零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法，在不影响低阻接地故障选线成功率的情况下，提高了各类复杂接地情况下的选线成功率，综合选线成功率为98.3％。

以上内容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，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.零序电压极大值的零序电流比幅法接地选线方法，其特征在于，采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移零序电压，并将获得的配电网中性点位移零序电压与预设的电压阈值进行比较判断；如果配电网中性点位移零序电压高于预设的电压阈值，根据零序电压值设置时间窗宽度，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；对中阻值投入期间的零序电压值进行排序，获得中阻值投入期间的零序电压最大值时刻，记录最大时刻的各条出线零序电流值；通过零序电流比幅法获得选线结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果获得的中性点零序电压低于预设的电压阈值，重新获得中性点零序电压，并与预设的电压阈值进行比较判断。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预设的电压阈值为发生单相接地故障时的零序电压值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，接地故障包括固定电阻接地故障，高阻接地故障或间歇性电弧接地故障。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据零序电压值设置时间窗宽度T，零序电压U₀大于等于15V时，投入中电阻0.5s；零序电压U₀大于5V且小于15V时，T＝2-0.15*(U₀-5)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在时间窗内，延时0.1～0.5s投入中阻值电阻。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将零序电流比幅法中幅值最大的一条出线作为接地故障线路。

8.零序电压极大值的零序电流比幅法的接地选线系统，其特征在于，包括：

采集模块，采集中性点零序电压互感器上的电压获得配电网中性点位移零序电压，并将获得的配电网中性点位移零序电压与预设的电压阈值进行比较判断；

投入模块，如果配电网中性点位移零序电压高于预设的电压阈值，根据零序电压值设置时间窗宽度，投入中阻值电阻，并对零序电压和各条出线零序电流持续采集；

比较模块，对中阻值投入期间的零序电压值进行比较，获得中阻值投入期间的零序电压最大值时刻，记录最大时刻的各条出线零序电流值；

选线模块，通过零序电流比幅法获得选线结果。

Images