CN113884816A - 单相接地故障区段定位方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种单相接地故障区段定位方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：在配电网的各开关站中，通过集中式保护控制系统同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数；在确定发生单相接地故障后，根据各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；并就地切除单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段；通过集中式保护控制系统对开关站内各间隔参数的同步采集以及系统之间少量的数据通讯，结合两级相邻关系拓扑的描述方法，实现了单相接地故障区段的准确定位和隔离，无需依赖小电流接地选线装置和配网主站的参与，适用于各种中性点非直接接地的小电流接地系统，并具有很高的准确度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及配电网自动化技术领域，尤其涉及一种单相接地故障区段定位方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
在35KV及以下中低压配电网故障中，单相接地故障可以占到配电网故障总数的80％以上，实现单相故障区段的准确定位和快速隔离，对提升配电网的故障自愈能力和供电可靠性具有重要意义。
配电网单相接地故障区段定位的原理如图1所示。目前，配电网的单相接地故障区段定位方法主要包括传统的配电网单相接地故障区段定位方法和基于馈线自动化技术的配电网单相接地故障区段定位方法；其中，传统的配电网单相接地故障定位方法包括信号注入法、故障指示器法及行波测距法等，存在故障定位准确度低的问题；而基于馈线自动化技术的配电网单相接地故障区段定位方法，例如，矩阵算法、零序电流极性比较算法和零序电流凹凸特性比较算法等，存在处理流程复杂、故障处理效率低以及可靠性低等问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种单相接地故障区段定位方法、装置、设备及存储介质，提供了一种基于集中式保护控制系统实现单相接地故障区段准确定位的新方法，细化了单相接地故障区段的检测流程，提升了故障区段定位准确度，增强了对不同中性点接地方式和过渡电阻的适应性。
第一方面，本发明实施例提供了一种单相接地故障区段定位方法，由配电网中各开关站分别安装的集中式保护控制系统执行，包括：
在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数；
当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；
根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
第二方面，本发明实施例还提供了一种单相接地故障区段定位装置，应用于配电网中各开关站分别安装的集中式保护控制系统，包括：
参数采集模块，用于在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数；
单相接地故障区段定位模块，用于当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；
故障切除模块，用于根据单相接地故障区段的定位结果，切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明任意实施例所述的单相接地故障区段定位方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行本发明任意实施例所述的单相接地故障区段定位方法。
本发明实施例提供的技术方案，通过配电网的各开关站中安装的集中式保护控制系统，对各间隔单相接地故障识别所需参数进行同步采集；并在根据各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障时，根据各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；并根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段，提供了一种基于集中式保护控制系统的单相接地故障区段准确定位新方法，细化了单相接地故障区段的检测流程，提升了单相接地故障区段定位准确度，增强了对不同中性点接地方式和过渡电阻的适应性。
附图说明
图1是现有技术提供的配电网单相接地故障区段定位原理示意图；
图2A是本发明实施例一提供的一种单相接地故障区段定位方法的流程图；
图2B是本发明实施例一提供的基于集中式保护控制系统的配电网自动化系统结构示意图；
图2C是本发明实施例一提供的配电网开关站的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种单相接地故障区段定位方法的流程图；
图4A是本发明实施例三提供的一种单相接地故障区段定位方法的流程图；
图4B是本发明实施例三提供的一种配电网单相接地故障区段定位方法的流程示意图；
图5是本发明实施例四提供的一种单相接地故障区段定位装置的结构框图；
图6是本发明实施例五提供的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
实施例一
图2A为本发明实施例一提供的一种单相接地故障区段定位方法的流程图，本实施例可适用于基于各开关站分别安装的集中式保护控制系统，实现对单相接地故障区段的准确定位，该方法可以由本发明实施例中的单相接地故障区段定位装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件实现，并集成在电子设备上，典型的，可以集成在安装有集中式保护控制系统的计算机设备上。如图2A所示，该方法具体包括如下步骤：
S110、在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数。
配电网，是指由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起电能分配作用的网络。开关站，是指由多个开关组成的电力设施，用于将电网传输的高压或者中压电能分配给下一级的配电所或终端用户。
在本实施例中，针对配电网中的每一个开关站可以预先配置有对应的集中式保护控制系统(Centralize Protection&Control System,CPCS)；其中，CPCS，是一种基于IEC61850通讯标准实现的变电站全站保护测控装置。基于CPCS的配电网自动化系统结构如图2B所示，其中，各CPCS之间通过光纤或无线通讯方式组成GOOSE对等通讯网络，每个CPCS连接有多个智能单元，CPCS与各智能单元之间采用点对点SV或者GOOSE通讯。
SV(Sampled Value，采样值)，可以基于发布和订阅机制，实现采样数据到ISO/IEC8802-3帧之间的映射。GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)，主要用于实现在多智能电力设备之间的开关量信息传递，例如，位置信号和跳合闸信号(命令)的传输，具有传输成功概率高的特点。
具体的，智能单元对各开关间隔电压和电流进行采集，并将采集的电压和电流转化成频率为4000Hz的SV报文发送给CPCS；同时智能单元可以对开关站中各开关的位置信息进行采集，并将采集信息转换为GOOSE报文发送给CPCS。CPCS在接收到智能单元发送的SV报文和GOOSE报文之后，通过馈线自动化(Feeder Automation,FA)技术，进行单相接地故障区段定位。CPCS在确定当前开关站中的故障区段之后，根据故障区段相邻的开关，发出对应的开关分合闸指令发送至智能单元。智能单元接收CPCS下发的开关分合闸指令，并完成对应开关的分合闸操作。
需要说明的是，CPCS连接的智能单元的数量可以根据对应开关站中的开关数量进行调整，同时各智能单元的部署位置也可以根据开关的位置进行对应调整，本发明实施例对智能单元的数量和部署位置均不作具体限定。
其中，单相接地故障，是指三相系统中的其中一相和大地发生了短路导致的电力故障；单相接地故障识别所需参数，是指用于判断是否发生单相接地故障所需的电力参数，可以包括电压互感器(Potential Transformers，PT)参数、电流互感器(Currenttransformer，CT)参数或者开关位置等。
在本实施例中，通过在各开关站安装对应的CPCS，可以实现对单相接地故障识别所需参数的集中式同步采集，确保了站内各间隔数据的同步性。
S120、当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段。
需要说明的时，当配电网中发生单相接地故障时，各开关站的母线零序电压均会发生异常升高；通过各开关站配置的CPCS系统，对各开关站中的PT参数进行同步采集，以获取各开关站中的母线零序电压，并通过对母线零序电压进行异常判断，可以实现对单相接地故障的准确判断。
其中，各间隔单相接地故障识别所需参数还可以包括各开关站的当前母线零序电压和记忆母线零序电压采样值；当前母线零序电压，是指开关站当前时刻的母线零序电压；记忆母线零序电压采样值，是指当前时刻预设周波之前的母线零序电压的采样值。
对应的，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，确定发生单相接地故障，可以包括：根据各开关站的当前母线零序电压和记忆母线零序电压采样值，计算所述当前母线零序电压相对于记忆母线零序电压采样值的零序电压突变量；若所述零序电压突变量大于预设突变量阀值，则确定配电网发生单相接地故障。
其中，母线零序电压，是指开关站中母线上的零序电压值；需要说明的是，开关站中各开关的母线零序电压可以相同，也可以不相同。当开关站中只有一段母线时，则所有支路的母线零序电压为同一电压值；而当开关站中包括多段母线时，则每一段母线对应一个母线零序电压，对应不同母线的各开关的母线零序电压值则不相同。
其中，零序电压突变量，是指当前母线零序电压与记忆母线零序电压采样值的差值的绝对值。预设突变量阀值，为预先设置的零序电压突变量启动门槛；具体的，若零序电压突变量大于该预设突变量阀值，则确定配电网当前发生单相接地故障。
在本实施例的一个具体的实施方式中，可以通过下述公式判断开关站是否发生单相接地故障；
|3U0k-3U0k-2N|＞0.2Un
其中，3U0k为当前时刻的母线零序电压的采样值，3U0k-2N为当前时刻两周波之前的记忆母线零序电压的采样值；N＝80采样点/周波，0.2Un为预设突变量阀值。
值的注意的是，当发生单相接地故障时，母线零序电压最大可达到3倍的相电压，而其他故障则不会导致如此高的母线零序电压；故选取适当的预设突变量阀值，可以保证对于单相接地故障检测具有最够高的灵敏度，又不会在三相电压不平衡时发生误检测。
在本实施例中，在确定配电网当前发生单相接地故障时，可以根据各间隔单相接地故障识别所需参数中的母线零序电压信号、各边分段开关间隔的零序电流信号以及各分界开关间隔的零序电流信号，进行单相接地故障区段的定位。其中，单相接地故障区段，可以是某一开关站与相邻开关站间的联络线路、某一开关站内母线或者某一开关站中各分界开关所在的分界支路。分段开关，是开关站中处于配电网联络位置的开关，边分段开关，即处于变电站进出线上的分段开关；分界开关，是开关站中位于配电网末端的用户侧开关。
在本实施例中，配电网开关站的结构示意图如图2C所示；图中，以配电网包括开关站1和开关站2为例，开关站1和开关站2分别配置有CPCS1和CPCS2，CPCS1和CPCS2通过GOOSE对等通讯网络进行通信连接，F3表示开关站1与开关站2间的联络线路故障，F2表示开关2所在的分界支路故障，F1表示开关站1中的母线故障。
需要说明的是，为了实现对开关站中各开关的有效控制，需要获取各开关的拓扑结构，并根据各开关的拓扑结构对开关进行编号。具体的，预先根据各开关在开关站中所处的位置，对开关进行分类，并对分类后的开关进行编号。其中，将位于馈线主干网的开关分类为分段开关，将位于用户末端的开关分类为分界开关，以及将处于联络位置的开关分类为联络开关。由此，图2C中的开关1和开关6，由于处于馈线主干网，划分为分段开关；开关2、3、4和5处于用电末端，划分为分界开关；开关8为联络开关，平时断开，当一侧发送故障隔离时合上。
进一步的，可以采用两级拓扑描述方法确定开关站内及站间开关(间隔)的相邻关系，以及相邻开关的信息，例如过流状态、暂态容性电流方向、开关位置和开关拒动状态等。其中，对于开关站中进出线开关(例如，开关6)的站外相邻开关信息，可以通过开关站之间的GOOSE对等通讯网络获取；对于进出线开关的开关站内的相邻开关信息，可以通过定值设定的方式指定相邻开关的编号。以开关6为例，定值设定表如表1所示。
表1定值设定表
| 序号 | 定值名称 | 设置值 | 设置范围 |
| 1 | 左邻域间隔1编号 | 1 | 0～24 |
| 2 | 左邻域间隔2编号 | 0 | 0～24 |
| 3 | 左邻域间隔3编号 | 0 | 0～24 |
| 4 | 右邻域间隔1编号 | 0 | 0～24 |
| 5 | 右邻域间隔2编号 | 0 | 0～24 |
| 6 | 右邻域间隔3编号 | 0 | 0～24 |
| 7 | 相邻馈线间隔1编号 | 2 | 0～24 |
| 8 | 相邻馈线间隔2编号 | 3 | 0～24 |
| 9 | 相邻馈线间隔3编号 | 4 | 0～24 |
| 10 | 相邻馈线间隔4编号 | 5 | 0～24 |
| 11 | 相邻馈线间隔5编号 | 0 | 0～24 |
| 12 | 相邻馈线间隔6编号 | 0 | 0～24 |
需要说明的是，在本实施例中，规定每个开关最多有三个左邻域、三个右邻域以及六个分界开关邻域；其中，左邻域的设置值，对应当前开关左侧的分段开关的编号；右邻域的设置值，对应当前开关右侧的分段开关的编号；分界开关邻域的设置值，对应相邻分界开关的编号。故根据图2C可知，开关6左侧的分段开关只有一个开关1，故表1中，左邻域间隔1、2和3编号的设置值分别为1、0和0；开关站6的相邻分界开关为开关2、3、4和5；故相邻馈线间隔1、2、3、4、5和6编号的设置值分别为2、3、4、5、0和0。
值的注意的是，开关6的右邻域信息需要通过CPCS2获取；故在获取到左邻域和分界开关邻域之后，进一步的，通过CPCS1和CPCS2之间的GOOSE对等通讯，获取与开关6相邻的开关站2中的分段开关，以获取开关6的右邻域信息。由此，通过获取各开关的左邻域、右邻域和分界开关邻域，可以实现对配电网整体拓扑架构的准确描述。
在本实施例中，通过采用定值设定表和GOOSE订阅结合的方式，可以获取配电网中各开关之间的拓扑连接关系，实现对配电网中开关连接关系的准确确定，可以适用于任意复杂的配电网拓扑架构。
S130、根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
其中，单相接地故障区段的相邻开关，可以是单相接地故障区段两侧的开关；以图2C所示的配电网的开关站结构为例，若F3为单相接地故障区段，则相邻开关为开关站1的开关6和开关站2的开关1；若F1为单相接地故障区段，则相邻开关为母线连接的所有开关，也即开关站1的开关1、2、3、4、5和6；若F2为单相接地故障区段，则相邻开关仅为开关2。
在本实施例中，在确定出发生单相接地故障区段的具体位置之后，可以结合对应开关站中的开关拓扑结构，确定出单相接地故障区段的相邻开关，进而实现对该相邻开关的就地切除，实现对故障区段的隔离。
在一个具体的例子中，CPCS的智能单元可以连接有电压互感器、电流互感器和断路器，类似于一个合并单元智能终端一体化装置，可以实现对电压电流等模拟量的采集及对断路器的分合闸操作，从而配合CPCS系统完成对单相接地故障区段的识别及对故障区段的隔离。
本发明实施例提供的技术方案，通过配电网的各开关站中安装的集中式保护控制系统，对各间隔单相接地故障识别所需参数进行同步采集；并在根据各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障时，根据各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；并根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段，提供了一种基于集中式保护控制系统的单相接地故障区段准确定位新方法，细化了单相接地故障区段点的检测流程，提升了单相接地故障区段定位准确度，增强了对不同中性点接地方式和过渡电阻的适应性。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种单相接地故障区段定位方法的流程图，本实施例是对上述技术方案的进一步细化，本实施例中的技术方案可以与上述一个或者多个实施方式结合。具体的，参考图3，该方法具体包括如下步骤：
S210、在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数。
S220、当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关对应的暂态容性电流方向参量。
其中，各间隔单相接地故障识别所需参数可以包括母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号。
需要说明的是，当某个开关站与相邻开关站之间的联络线路正常连接时，不同开关站中的两个相邻边分段开关(例如，图2C中的开关站1的开关6，与开关站2的开关1)的暂态容性电流方向参量的符号将保持一致；而当联络线路发生单相接地故障时，由于单相接地故障将导致暂态分量反向，故会导致不同开关站中的两个相邻边分段开关间隔的暂态容性电流方向参量的符号相反。因此，当确定配电网发生单相接地故障之后，可以分别计算每个开关站中各边分段开关对应的暂态容性电流方向参量。
在本实施例的一个可选的实施方式中，根据母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关对应的暂态容性电流方向参量，可以包括：
将所述母线零序电压信号和所述各边分段开关的零序电流信号，输入至预设带宽的数字带通滤波器，获取所述带通滤波器输出的，与所述母线零序电压信号对应的暂态零序电压分量，以及与所述各边分段开关的零序电流信号分别对应的各暂态零序电流分量；根据所述暂态零序电压分量和所述各暂态零序电流分量，计算出各所述边分段开关对应的暂态容性电流方向参量。
其中，带通滤波器，是指能通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器；在本实施例中，由于采用的暂态容性电流方向参量计算方法基于暂态电容的高频信号，因此采用数字带通滤波器对原始信号进行滤波，以分别获取目标母线零序电压信号和零序电流信号对应的暂态分量；典型的，带通滤波器的下限截止频率可以为150Hz，上限截止频率可以为550Hz，对应带宽为400Hz。
需要说明的是，当电路发送单相接地故障时，对应的母线零序电压信号和零序电流信号的暂态零序分量将产生对应变化；在本实施例中，通过获取母线零序电压信号对应的暂态零序电压分量，以及与各边分段开关的零序电流信号分别对应的各暂态零序电流分量，进而根据各边分段开关间隔的暂态零序电压分量和暂态零序电流分量，可以计算得到各边分段开关对应的暂态容性电流方向参量。
在本实施例的另一个可选的实施方式中，根据所述暂态零序电压分量和所述各暂态零序电流分量，计算出各所述边分段开关对应的暂态容性电流方向参量，可以包括：
其中，D表示暂态容性电流方向参量，T表示预设周期，U0(t)表示零序电压分量瞬时值，I0(t)表示零序电流分量瞬时值，N表示预设周期内的采样点数，k表示采样点索引，k∈0,1,...,N，U0[k]表示第k个暂态零序电压采样值，I0[k]表示第k个暂态零序电流采样值，Ts表示采样时间间隔。
S230、若检测到目标开关站存在某一边分段开关对应的暂态容性电流方向参量，与所述边分段开关连接的相邻开关站中边分段开关对应的暂态容性电流方向参量的符号相反，则确定目标开关站与相邻开关站间的联络线路发生单相接地故障。
在本实施例中，可以按照开关站编号，分别将各开关站中处于边界位置的分段开关的暂态容性电流方向参量，与相邻开关站中所连接的分段开关的暂态容性电流方向参量进行符号对比，若确定符号相反，则可以确定当前开关站为目标开关站与相邻开关站间的联络线路发生单相接地故障。
可以理解的是，当某个开关站两侧均存在相邻开关站时，可以分别比较该开关站中位于左侧进出线的分段开关与左侧相邻开关站中所连接分段开关的暂态容性电流方向参量的符号，以及该开关站中位于右侧进出线的分段开关与右侧相邻开关站中所连接分段开关的暂态容性电流方向参量的符号，可以实现对某个开关站两侧的联络线路是否存在单相接地故障的准确判断。
在本实施例中，基于暂态容性电流方向参量实现配电网中站间联络线(例如，架空线、电缆或者混合配电线路)的单相接地故障区段定位，提升了故障定位的准确度，同时降低了相关技术中的数据同步要求以及数据传输量。
S240、根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
具体的，在确定目标开关站和相邻开关站间的联络线路发生单相接地故障之后，可以对联络线路两侧的目标开关站的边分段开关和相邻开关站的边分段开关进行分闸操作，以实现对单相接地故障区段的隔离。以图2C所示的配电网结构为例，若此时开关站1的开关6与开关站2的开关1的暂态容性电流方向参量的符号相反，则可以确定开关6与开关1的联络线路F3点存在单相接地故障；由此，断开开关6和开关1，完成故障区域的隔离。
本发明实施例提供的技术方案，通过配电网中各开关站安装的集中式保护控制系统，在配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数，当根据各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障时，可以根据母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关对应的暂态容性电流方向参量；进一步的，若检测到目标开关站存在某一边分段开关对应的暂态容性电流方向参量，与该边分段开关所连接的相邻开关站中边分段开关对应的暂态容性电流方向参量的符号相反，则可以确定目标开关站与该相邻开关站间的联络线路发生单相接地故障，可以实现基于暂态容性电流方向参量，对站间联络线路的单相接地故障的准确定位，提升了单相接地故障区段的定位准确度。
实施例三
图4A为本发明实施例三提供的一种单相接地故障区段定位方法的流程图，本实施例是对上述技术方案的进一步细化，本实施例中的技术方案可以与上述一个或者多个实施方式结合。具体的，参考图4A，该方法具体包括如下步骤：
S310、在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数。
S320、当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据开关站内各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关之间的零序电流相关系数。
其中，各间隔单相接地故障识别所需参数，还可以包括各分界开关间隔的零序电流信号。
零序电流相关系数，用于表示各开关间隔的零序电流信号的相似程度；需要说明的是，当开关站内的各线路不存在单相接地故障时，各边分段开关间隔的零序电流信号的相似度会很高，也即零序电流相关系数较大；而当开关站内的母线或者分界支路存在单相接地故障时，各边分段开关间隔的零序电流信号间的相似度会降低。因此，通过根据各边分段开关间隔的零序电流信号，计算各分段开关间的零序电流相关系数，可以确定当前开关站内是否存在单相接地故障。
在本实施例的一个可选的实施方式中，根据所述各分界开关间隔的零序电流信号，分别计算出中各分界开关之间的零序电流相关系数，可以包括：
其中，P[a,b]表示开关a与开关b间的零序电流相关系数，a和b表示开关的编号，T表示预设周期，I0(t)表示零序电流分量瞬时值，N表示预设周期内的采样点数，k表示采样点索引，k∈0,1,...,N，I0[k]表示第k个暂态零序电流采样值。
S330、若检测到某个开关站进出线边开关对应的所述零序电流相关系数小于预设相关度阀值，则根据所述各分界开关间隔的零序电流信号，分别计算出中各分界开关之间的零序电流相关系数。
在本实施例中，当某一开关站中的进出线边分段开关之间的零序电流相关系数小于预设相关度阀值时，可以确定当前开关站中的母线或者分界支路存在单相接地故障；进而可以根据各分界开关间隔的零序电流信号，进一步判断当前开关站为母线故障还是分界支路故障。
具体的，在获取到各分界开关间隔的零序电流信号之后，采用上述零序电流相关系数计算方法，分别计算各分界开关两两之间的零序电流相关系数。以图2C所示的配电网开关站的结构为例，开关站1包括的分界开关为开关2、开关3、开关4以及开关5，则可以获取零序电流相关系数P[2,3]、P[2,4]、P[2,5]、P[3,4]、P[3,5]以及P[4,5]。
S340、若所述各分界开关之间的零序电流相关系数均大于或者等于预设相关度阀值，则确定所检测开关站内的母线发生单相接地故障。
其中，如果计算的各分界开关之间的零序电流相关系数均大于预设相关度阀值，则可以确定所检测开关站中各分界支路均为正常状态；而由于此前已经确定所检测开关站内存在单相接地故障，故在确定各分界支路正常的情况下，可以直接确定所检测开关站的母线存在单相接地故障。
S350、若检测到与目标分界开关相关联的至少两个零序电流相关系数均小于预设相关度阀值，则确定所述目标分界开关所在的分界支路发生单相接地故障。
在另一种场景下，若各分界开关之间的零序电流相关系数不都大于或者等于预设相关度阀值，且存在一个分界开关对应的至少两个零序电流相关系数均小于预设相关度阀值；例如，对于分界开关2，其对应的零序电流相关系数P[2,3]和P[5,2]均小于预设相关度阀值，则可以确定分界开关2所在的分界支路发生单相接地故障。可以理解的是，当P[2,3]、P[2,4]和P[5,2]均小于预设相关度阀值时，同样可以确定分界开关2所在的分界支路故障。
S360、根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
具体的，当确定所检测开关站内母线故障时，以图2C所示的开关站中的F1为例，当F1发生单相接地故障时，由于母线连接开关站内所有开关，故将开关站1内的全部开关断开，完成对故障区域的隔离。此外，当确定分界支路故障时，例如，当F2发生单相接地故障时，可以确定对应的相邻开关为开关2，则仅断开开关2，以隔离开关2所在的分界支路。
本发明实施例提供的技术方案，通过配电网中各开关站安装的集中式保护控制系统，在配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数，当根据各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障时，计算出各开关站中各边分段开关之间的零序电流相关系数，并在检测到某个开关站对应的零序电流相关系数小于预设相关度阀值时，根据各分界开关间隔的零序电流信号，分别计算出中各分界开关之间的零序电流相关系数；若各分界开关之间的零序电流相关系数均大于或者等于预设相关度阀值，则确定所检测开关站内的母线发生单相接地故障；而若检测到与目标分界开关相关联的至少两个零序电流相关系数均小于预设相关度阀值，则确定该目标分界开关所在的分界支路发生单相接地故障；通过获取各分段开关间以及各分界开关间的零序电流系数，实现了对开关站内母线或分界支路的单相接地故障的准确定位，同时降低了开关站间的数据传输量，降低了同步性要求。
在本实施例的一个具体的实施方式中，如图4B所示，每间隔预设时间读取一次配电网中各开关站的当前母线零序电压和记忆母线零序电压采样值；若检测到当前母线零序电压与记忆母线零序电压采样值间的零序电压突变量，大于预设突变量阀值，则获取各开关站一周波的母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号；将母线零序电压信号和各零序电流信号输入至带通滤波器(截止频率范围为[150Hz，550Hz])，以获取带通滤波器输出的，母线零序电压信号对应的暂态零序电压分量以及零序电流信号对应的暂态零序电流分量。
进一步的，根据暂态零序电压分量和各暂态零序电流分量，计算边分段开关6的暂态容性电流方向参量D1，并通过GOOSE对等通讯网络获取相邻站内边分段开关1的暂态容性电流方向参量D2；若D1与D2符号相反，则可以确定单相接地故障区段为相邻站联络线，跳开开关站1的6号开关和开关站2的1号开关。
其次，若D1与D2符号相同，则可以确定当前开关站1与相邻开关站2的联络线路不存在单相接地故障。在确定站间联络线路不存在单相接地故障之后，根据开关站内两个边分段开关(开关1和开关6)的暂态零序电流分量，计算边分段开关间的零序电流相关系数P[1,6]。若P[1,6]大于或者等于预设相关度阀值，表示开关站1内不存在单相接地故障。
对应的，若P[1,6]小于预设相关度阀值，则表示存在母线或者分界支路故障。此时，进一步计算各分界开关间的零序电流相关系数P[2,3]、P[3,4]、P[4,5]和P[5,2]；若上述零序电流相关系数均大于或者等于预设相关度阀值，则可以确定单相接地故障区段为母线，跳开开关站1内所有开关；若上述零序电流相关系数有两个小于预设相关度阀值，表示单相接地故障区段为某一分界支路，则跳开小于预设相关度阀值的零序电流相关系数所对应的分界开关。
实施例四
图5是本发明实施例四所提供的一种单相接地故障区段定位装置的结构框图，该装置具体包括：参数采集模块410、单相接地故障区段定位模块420和故障切除模块430；
参数采集模块410，用于在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数；
单相接地故障区段定位模块420，用于当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；
故障切除模块430，用于根据单相接地故障区段的定位结果，切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
本发明实施例提供的技术方案，通过配电网的各开关站中安装的集中式保护控制系统，对各间隔单相接地故障识别所需参数进行同步采集；并在根据各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障时，根据各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；并根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段，提供了一种基于集中式保护控制系统的单相接地故障区段准确定位新方法，细化了单相接地故障区段的检测流程，提升了单相接地故障区段定位准确度，增强了对不同中性点接地方式和过渡电阻的适应性。
可选的，在上述技术方案的基础上，所述各间隔单相接地故障识别所需参数包括母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号；
单相接地故障区段定位模块420，包括：
暂态容性电流方向参量计算单元，用于根据母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关对应的暂态容性电流方向参量；
联络线路故障检测单元，用于若检测到目标开关站存在某一边分段开关对应的暂态容性电流方向参量，与所述边分段开关连接的相邻开关站中边分段开关对应的暂态容性电流方向参量的符号相反，则确定目标开关站与相邻开关站间的联络线路发生单相接地故障。
可选的，在上述技术方案的基础上，所述各间隔单相接地故障识别所需参数还包括各分界开关间隔的零序电流信号；
单相接地故障区段定位模块420，包括：
零序电流相关系数计算单元，用于根据开关站内各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关之间的零序电流相关系数；
若检测到某个开关站进出线边开关对应的所述零序电流相关系数小于预设相关度阀值，则根据所述各分界开关间隔的零序电流信号，分别计算出中各分界开关之间的零序电流相关系数；
母线故障检测单元，用于若所述各分界开关之间的零序电流相关系数均大于或者等于预设相关度阀值，则确定所检测开关站内的母线发生单相接地故障。
可选的，在上述技术方案的基础上，单相接地故障区段定位模块420，包括：
分界支路故障检测单元，用于若检测到与目标分界开关相关联的至少两个零序电流相关系数均小于预设相关度阀值，则确定所述目标分界开关所在的分界支路发生单相接地故障。
可选的，在上述技术方案的基础上，所述各间隔单相接地故障识别所需参数还包括各开关站的当前母线零序电压和记忆母线零序电压采样值；
单相接地故障区段定位模块420，包括：
零序电压突变量计算单元，用于根据各开关站的当前母线零序电压和记忆母线零序电压采样值，计算所述当前母线零序电压相对于记忆母线零序电压采样值的零序电压突变量；
单相接地故障确定单元，用于若所述零序电压突变量大于预设突变量阀值，则确定配电网发生单相接地故障。
可选的，在上述技术方案的基础上，暂态容性电流方向参量计算单元，包括：
暂态零序分量获取子单元，用于将所述母线零序电压信号和所述各边分段开关的零序电流信号，输入至预设带宽的数字带通滤波器，获取所述带通滤波器输出的，与所述母线零序电压信号对应的暂态零序电压分量，以及与所述各边分段开关的零序电流信号分别对应的各暂态零序电流分量；
暂态容性电流方向参量获取子单元，用于根据所述暂态零序电压分量和所述各暂态零序电流分量，计算出各所述边分段开关对应的暂态容性电流方向参量。
可选的，在上述技术方案的基础上，暂态容性电流方向参量获取子单元，具体用于
其中，D表示暂态容性电流方向参量，T表示预设周期，U0(t)表示零序电压分量瞬时值，I0(t)表示零序电流分量瞬时值，N表示预设周期内的采样点数，k表示采样点索引，k∈0,1,...,N，U0[k]表示第k个暂态零序电压采样值，I0[k]表示第k个暂态零序电流采样值，Ts表示采样时间间隔。
可选的，在上述技术方案的基础上，零序电流相关系数计算单元，具体用于
其中，P[a,b]表示开关a与开关b间的零序电流相关系数，a和b表示开关的编号，T表示预设周期，I0(t)表示零序电流分量瞬时值，N表示预设周期内的采样点数，k表示采样点索引，k∈0,1,...,N，I0[k]表示第k个暂态零序电流采样值。
上述装置可执行本发明前述实施例所提供的单相接地故障区段定位方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明前述实施例提供的单相接地故障区段定位方法。
实施例五
图6为本发明实施例五提供的一种电子设备的结构示意图，如图6所示，该电子设备包括处理器510、存储器520、输入装置530和输出装置540；电子设备中处理器510的数量可以是一个或多个，图6中以一个处理器510为例；电子设备中的处理器510、存储器520、输入装置530和输出装置540可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。存储器520作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明任意实施例中的一种单相接地故障区段定位方法对应的程序指令/模块(例如，一种单相接地故障区段定位装置中的参数采集模块410、单相接地故障区段定位模块420和故障切除模块430)。处理器510通过运行存储在存储器520中的软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的一种单相接地故障区段定位方法。也即，该程序被处理器执行时实现：
在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数；
当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；
根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
存储器520可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器520可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器520可进一步包括相对于处理器510远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置530可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入，可以包括键盘和鼠标等。输出装置540可包括显示屏等显示设备。
实施例六
本发明实施例六还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任意实施例所述的单相接地故障区段定位方法；该方法包括：
在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数；
当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；
根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (11)
1.一种单相接地故障区段定位方法，由配电网中各开关站分别安装的集中式保护控制系统执行，其特征在于，包括：
在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数；
当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；
根据单相接地故障区段的定位结果，就地切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各间隔单相接地故障识别所需参数包括母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号；
根据所述单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段，包括：
根据母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关对应的暂态容性电流方向参量；
若检测到目标开关站存在某一边分段开关对应的暂态容性电流方向参量，与所述边分段开关连接的相邻开关站中边分段开关对应的暂态容性电流方向参量的符号相反，则确定目标开关站与相邻开关站间的联络线路发生单相接地故障。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述各间隔单相接地故障识别所需参数还包括各分界开关间隔的零序电流信号；
根据所述单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段，包括：
根据开关站内各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关之间的零序电流相关系数；
若检测到某个开关站进出线边开关对应的所述零序电流相关系数小于预设相关度阀值，则根据所述各分界开关间隔的零序电流信号，分别计算出中各分界开关之间的零序电流相关系数；
若所述各分界开关之间的零序电流相关系数均大于或者等于预设相关度阀值，则确定所检测开关站内的母线发生单相接地故障。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在根据所述各分界开关间隔的零序电流信号，分别计算出中各分界开关之间的零序电流相关系数之后，还包括：
若检测到与目标分界开关相关联的至少两个零序电流相关系数均小于预设相关度阀值，则确定所述目标分界开关所在的分界支路发生单相接地故障。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各间隔单相接地故障识别所需参数还包括各开关站的当前母线零序电压和记忆母线零序电压采样值；
根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，确定发生单相接地故障，包括：
根据各开关站的当前母线零序电压和记忆母线零序电压采样值，计算所述当前母线零序电压相对于记忆母线零序电压采样值的零序电压突变量；
若所述零序电压突变量大于预设突变量阀值，则确定配电网发生单相接地故障。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据母线零序电压信号和各边分段开关间隔的零序电流信号，计算出各开关站中各边分段开关对应的暂态容性电流方向参量，包括：
将所述母线零序电压信号和所述各边分段开关的零序电流信号，输入至预设带宽的数字带通滤波器，获取所述带通滤波器输出的，与所述母线零序电压信号对应的暂态零序电压分量，以及与所述各边分段开关的零序电流信号分别对应的各暂态零序电流分量；
根据所述暂态零序电压分量和所述各暂态零序电流分量，计算出各所述边分段开关对应的暂态容性电流方向参量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述暂态零序电压分量和所述各暂态零序电流分量，计算出各所述边分段开关对应的暂态容性电流方向参量，包括：
其中，D表示暂态容性电流方向参量，T表示预设周期，U0(t)表示零序电压分量瞬时值，I0(t)表示零序电流分量瞬时值，N表示预设周期内的采样点数，k表示采样点索引，k∈0,1,...,N，U0[k]表示第k个暂态零序电压采样值，I0[k]表示第k个暂态零序电流采样值，Ts表示采样时间间隔。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述各分界开关间隔的零序电流信号，分别计算出中各分界开关之间的零序电流相关系数，包括：
其中，P[a,b]表示开关a与开关b间的零序电流相关系数，a和b表示开关的编号，T表示预设周期，I0(t)表示零序电流分量瞬时值，N表示预设周期内的采样点数，k表示采样点索引，k∈0,1,...,N，I0[k]表示第k个暂态零序电流采样值。
9.一种单相接地故障区段定位装置，应用于配电网中各开关站分别安装的集中式保护控制系统，其特征在于，包括：
参数采集模块，用于在所述配电网的各开关站中，同步采集各间隔单相接地故障识别所需参数；
单相接地故障区段定位模块，用于当根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，判断出发生单相接地故障后，根据所述各间隔单相接地故障识别所需参数，定位单相接地故障区段；
故障切除模块，用于根据单相接地故障区段的定位结果，切除所述单相接地故障区段的相邻开关，以隔离故障区段。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一所述的单相接地故障区段定位方法。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一所述的单相接地故障区段定位方法。
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