CN113933744B - 一种单相接地故障的判别方法及装置 - Google Patents

一种单相接地故障的判别方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单相接地故障的判别方法及装置，其方法包括：获取系统故障发生前的第一零序电流值和第一线电压角度值，并根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值；获取系统故障发生后的第二零序电流值和第二线电压角度值，并根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值；利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理。

Description

一种单相接地故障的判别方法及装置
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，特别涉及一种单相接地故障的判别方法及装置。
背景技术
现阶段我国配电网大多数采用中性点非有效接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地)，单相接地故障占到总体故障的80％以上,当发生单相接地短路故障时，由于大地与中性点之间没有直接电气连接或串接了电抗器，因此短路电流很小，保护装置不需要立刻动作跳闸，从而提高了系统运行的可靠性。
但也正由于该系统单相接地短路电流很小，使得该故障的发生位置判断变得困难。但随着馈线的增多，电容电流增大，长时间运行就容易单相接地变成多点接地短路，弧光接地还会引起系统的过电压，损坏设备，破坏系统的安全运行，所以必须及时找到故障线路和故障地点。为了提高供电可靠性并减少电网故障带来的停电影响，各国供电企业都在积极实施配电运行自动化技术，通过实时监视，及时发现隐患，避免事故的发生，并自动实现故障的定位、隔离及非故障线路的供电恢复，减少故障停电时间。单相接地短路作为发生的几率最大的短路故障类型，如何在配电网发生单相接地故障后及时准确地找到故障发生的位置，隔离故障区域并恢复非故障区域的正常供电，是当前配电网单相接地故障研究中的一个重要一个目的。
随着配电网网架的加强，分支线路也增多，用传统的巡线方法找出具体故障点的位置非常困难。这不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电可靠性。尤其是在气候严寒冬季或雨雪天气、路况艰难，现有寻找故障点的方法劳动强度非常大，难以适应当前生产的需求。
发明内容
根据本发明实施例提供的方案解决的技术问题是因配电网系统电容不平衡、电流互感器误差造成零序电流测量不准确情况对单相接地故障判断干扰，进而造成接地故障判断错误。
根据本发明实施例提供的一种单相接地故障的判别方法，包括：
获取系统故障发生前的第一零序电流值和第一线电压角度值，并根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值；
获取系统故障发生后的第二零序电流值和第二线电压角度值，并根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值；
利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理。
优选地，所述零序电流值包括幅值和角度值。
优选地，所述根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值包括：
以所述第一线电压角度值为参考值，对所述第一零序电流值中的角度值进行移相计算，同时保持所述第一零序电流值中的幅值不变，得到移相后的第一零序电流值。
优选地，所述根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值包括：
以所述第二线电压角度值为参考值，对所述第二零序电流值中的角度值进行移相计算，同时保持所述第二零序电流值中的幅值不变，得到移相后的第二零序电流值。
优选地，还包括：
通过对所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值进行相角计算，得到零序电流相角值。
优选地，还包括：
从三相电压中获取零序电压值，并以所述第二线电压角度值为参考值对所述零序电压值中的角度值进行移相计算，同时保持所述零序电压值中的幅值不变，得到移相后的零序电压值；
通过对所述移相后的零序电压值进行相角计算，得到零序电压相角值。
优选地，还包括：
根据所述零序电压相角值和所述零序电流相角值，得到所述零序电压相角值与所述零序电流相角值之间的相角差值。
优选地，所述利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理包括：
获取预存的相角判别阈值范围、第一判别阈值T1、第二判别阈值T2以及第三判别阈值T3；
当所述零序电流差值大于所述第一判别阈值T1时，则判别所述单相接地发生故障；
当所述零序电流差值处于所述第一判别阈值T1与所述第二判别阈值T2之间的范围内，且所述相角差值处于相角判别阈值范围内时，则判别所述单相接地发生故障；
当所述零序电流差值小于所述第三判别阈值T3时，则判断所述单相接地未发生故障；
其中，T1>T2>T3；所述相角判别阈值范围为60°-120°。
根据本发明实施例提供的一种单相接地故障的判别装置，包括：
第一获取模块，用于获取系统故障发生前的第一零序电流值和第一线电压角度值，并根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值；
第二获取模块，用于获取系统故障发生后的第二零序电流值和第二线电压角度值，并根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值；
判别模块，用于利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理。
优选地，所述零序电流值包括幅值和角度值。
根据本发明实施例提供的方案，能够快速的实现故障定位，不仅可以极大地完善配电网的自动化程度，而且将使用户的停电时间大大缩短，减小停电造成的损失，弥补了小电流接地运行方式存在的不足，具有良好的社会和经济效益。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种单相接地故障的判别方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种单相接地故障的判别装置示意图；
图3是本发明实施例提供的一种电力系统10kV配电网系统单相接地故障选线方法的电路框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的一种单相接地故障的判别方法的流程图，如图1所示，包括：
步骤S101：获取系统故障发生前的第一零序电流值和第一线电压角度值，并根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值；
步骤S102：获取系统故障发生后的第二零序电流值和第二线电压角度值，并根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值；
步骤S103：利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理。
其中，所述零序电流值包括幅值和角度值。
具体得说，所述根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值包括：以所述第一线电压角度值为参考值，对所述第一零序电流值中的角度值进行移相计算，同时保持所述第一零序电流值中的幅值不变，得到移相后的第一零序电流值。
具体得说，所述根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值包括：以所述第二线电压角度值为参考值，对所述第二零序电流值中的角度值进行移相计算，同时保持所述第二零序电流值中的幅值不变，得到移相后的第二零序电流值。
本发明实施例还包括：通过对所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值进行相角计算，得到零序电流相角值。
本发明实施例还包括：从三相电压中获取零序电压值，并以所述第二线电压角度值为参考值对所述零序电压值中的角度值进行移相计算，同时保持所述零序电压值中的幅值不变，得到移相后的零序电压值；通过对所述移相后的零序电压值进行相角计算，得到零序电压相角值。
本发明实施例还包括：根据所述零序电压相角值和所述零序电流相角值，得到所述零序电压相角值与所述零序电流相角值之间的相角差值。
具体地说，所述利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理包括：获取预存的相角判别阈值范围、第一判别阈值T1、第二判别阈值T2以及第三判别阈值T3；当所述零序电流差值大于所述第一判别阈值T1时，则判别所述单相接地发生故障；当所述零序电流差值处于所述第一判别阈值T1与所述第二判别阈值T2之间的范围内，且所述相角差值处于相角判别阈值范围内时，则判别所述单相接地发生故障；当所述零序电流差值小于所述第三判别阈值T3时，则判断所述单相接地未发生故障；其中，T1>T2>T3；所述相角判别阈值范围为60°-120°。
图2是本发明实施例提供的一种单相接地故障的判别装置示意图，如图2所示，包括：第一获取模块201，用于获取系统故障发生前的第一零序电流值和第一线电压角度值，并根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值；第二获取模块202，用于获取系统故障发生后的第二零序电流值和第二线电压角度值，并根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值；判别模块203，用于利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理。其中，所述零序电流值包括幅值和角度值。
本发明实施例通过对系统故障前后的零序电流进行相位参考一致性处理后取差值的方法，有效将系统电容电流不平衡、电流互感器误差造成的零序电流干扰量去掉，之后利用去除干扰量的零序电流值，在其值大于非故障情况下数值时，可对其所在线路发生单相接地故障进行确认性判断，在其值远小于故障情况下应存在的合理值的情况下，可以其所在线路发生单相接地故障进行否定判断。确认性判断与否定性判断都是线路单相故障判断算法的重要结论，可以有效减小因其他判断方法缺陷造成的错误判断，提高整体判断的准确性。本发明的优点在于，考虑了实际运行中的系统电容不平衡、电流互感器误差造成零序电流测量不准确对单相接地故障判断干扰，并根据确定性条件减少了误判的可能性。
本发明的技术方案是：记录单相接地故障发生前后的零序电流值，并以线电压为参考相位基准，计算出故障前后零序电流的差值作为判断量。当该差值大于设定值Iset1时，不需判断角度即认为该线路发生单相接地故障；当该差值大于设定值Iset2，并且该差值的角度与零序电压角度差值处于一个特定范围时，认为该线路发生单相接地故障；当该差值小于设定值Iset3时，则认为该线路没有发生单相接地故障。该算法的具体设定表述如下：
I01adj＝I01*exp(-j*angle(UL1))；
I02adj＝I02*exp(-j*angle(UL2))；
I0use＝I02adj-I01adj；
α为I0use与U02之间的夹角；
如果abs(I0use)>Iset1，则确认有故障；
如果abs(I0use)>Iset2，并且60°<α<120°，则确认有故障；
如果abs(I0use)<Iset3，则判断为无故障；
设定的三个判断条件值，Iset1、Iset2、Iset3，Iset2为安装线路的电容电流正常估计值，Iset1为安装线路电容电流最大估计值的1.5～2倍，Iset3为2。其中，Iset1>Iset2>Iset3。
其它情况，不做判断。
上述式中，I01、I02，故障前、后的零序电流；UL1、UL2，故障前、后的线电压；angle()，取矢量角度函数；exp()，欧拉函数式；j，虚数单位；I01adj、I01adj，调整后的故障前、后零序电流；I0use，判断用的参量值；U02，故障后的零序电压；α，I0use与U02之间的夹角；abs()，取模函数；Iset1、Iset2、Iset3，不同判断条件的设定值。
图3是本发明实施例提供的一种电力系统10kV配电网系统单相接地故障选线方法的电路框图，如图3所示，由零序过滤器、相角计算器(线电压角度计算和相角计算)、移相计算器(移角度计算)、数据存储器(故障前数据和故障后数据)、减法器、比较器1-5、状态逻辑判断器构成。
对于一个交流量而言，可以用一个包含实部R与虚部I的复数来表示，这个实部与虚部可以通过DFT算法对波形采样数据进行计算获得：(R,I)＝dft(U(t))
上式中，U(t)代表一个完整周期的交流量采样序列，dft代表DFT算法处理过程，R与I就是表示这个交流量的复数的实部与虚部。
零序过滤器，从相电压/电流中提取出零序电压/电流分量，处理的对象既包括波形瞬时量值，也包括矢量稳态值；相角计算器，就是计算出R+jI这个复数在复平面坐标系中的对应角度；移相计算器，就是将一个复数R+jI在复平面坐标系中绕原点旋转一定角度，得到一个新的复数，这个操作也可以称为移相。这个旋转的角度，也即文中提到的“参考值”。
具体流程如下：将零序电流以线电压角度为参考值进行移相计算，将计算结果根据当前零序电压是否存在(当计算出的零序电压幅值大于设定值(一般为15％-30％的额定相电压幅值，具体值根据现场安装方要求设定)时，认为系统中出现了故障零序电压)，分情况存在故障前数据库或者故障后数据库中(就是零序电流的复数量，以线电压的角度为参考值，在复平面中进行旋转计算，再把计算得到的复数量，存入数据存储器中，根据计算该零序电流时，对应的零序电压的大小，把已处理过的零序电流复数值，存入故障前数据区，或者故障后数据区)。当故障前与故障后数据库都存储了有效数据(当检测到系统有故障发生--有零序电压出现时，对应的故障前及故障后的零序电流值都经过上面的移相计算，并都存入了各自对应的数据库，此时，数据库内数据为有效数据)之后，将这两个数据存储库中的数据取出，用减法器取差值I0use。将此差值I0use的模值通过比较器1、4、5与三个定值Iset1、Iset2、Iset3分别进行比较，其中，与Iset1、Iset2比较是否比这两个值大，与Iset3比较是否比这个值小。将比较结果输入状态逻辑判断器。将零序电压值的相角与I0use的相角值做差值计算，得到差值α，通过比较器2，比较器3判断是否处于60与120之间，将比较结果输入到状态逻辑判断器中。状态逻辑器根据这四个输入状态，确定输出结果分确认有故障，还是确定无故障，或者是交由其它判断方法判断三种情况。
在10kV配电网系统中，线路单相接地故障选线的判别算法。利用故障所在线路的零序电流在故障发生前后的变化量，来作出确认或者否定线路发生单相接地故障的判断。如果计算得到的数据达到确认故障条件，就发出故障确认信号，指示线路发生单相接地故障；如果达到否定条件，就发出否定信号，用以阻止其它判断方法给出的故障信号。本发明所述的故障判断算法，解决了配电网系统电容处于不平衡状态下以及互感器误差对基于零序电流判断故障方法的影响，并能与其它故障判断算法结合，减小其它算法故障判断出现错误的几率，最终提高整个故障判断算法的准确性，加快配电网单相接地故障处理速度，提高配电网系统供电可靠性。
根据本发明实施例提供的方案，解决了实际运行中的系统电容不平衡、电流互感器误差造成零序电流测量不准确对单相接地故障判断干扰的问题，并可以根据确定性的条件修正其它判断方法的判断结果，减小综合判断结果错误的几率，提高单相接地故障判断准确性。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种单相接地故障的判别方法，其特征在于，包括：
获取系统故障发生前的第一零序电流值和第一线电压角度值，并根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值；
获取系统故障发生后的第二零序电流值和第二线电压角度值，并根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值；
利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理，其包括：获取预存的相角判别阈值范围、第一判别阈值T1、第二判别阈值T2以及第三判别阈值T3；当所述零序电流差值大于所述第一判别阈值T1时，则判别所述单相接地发生故障；当所述零序电流差值处于所述第一判别阈值T1与所述第二判别阈值T2之间的范围内，且相角差值处于相角判别阈值范围内时，则判别所述单相接地发生故障；当所述零序电流差值小于所述第三判别阈值T3时，则判断所述单相接地未发生故障；其中， T1>T2>T3；所述相角判别阈值范围为60°-120°；
其中，根据零序电压相角值和零序电流相角值，得到所述零序电压相角值与所述零序电流相角值之间的相角差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零序电流值包括幅值和角度值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值包括：
以所述第一线电压角度值为参考值，对所述第一零序电流值中的角度值进行移相计算，同时保持所述第一零序电流值中的幅值不变，得到移相后的第一零序电流值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值包括：
以所述第二线电压角度值为参考值，对所述第二零序电流值中的角度值进行移相计算，同时保持所述第二零序电流值中的幅值不变，得到移相后的第二零序电流值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
通过对所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值进行相角计算，得到零序电流相角值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
从三相电压中获取零序电压值，并以所述第二线电压角度值为参考值对所述零序电压值中的角度值进行移相计算，同时保持所述零序电压值中的幅值不变，得到移相后的零序电压值；
通过对所述移相后的零序电压值进行相角计算，得到零序电压相角值。
7.一种单相接地故障的判别装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取系统故障发生前的第一零序电流值和第一线电压角度值，并根据所述第一线电压角度值对所述第一零序电流值进行移相操作，得到移相后的第一零序电流值；
第二获取模块，用于获取系统故障发生后的第二零序电流值和第二线电压角度值，并根据所述第二线电压角度值对所述第二零序电流值进行移相操作，得到移相后的第二零序电流值；
判别模块，用于利用所述移相后的第一零序电流值与所述移相后的第二零序电流值之间的零序电流差值，对所述单相接地是否发生故障进行判别处理，其包括：获取预存的相角判别阈值范围、第一判别阈值T1、第二判别阈值T2以及第三判别阈值T3；当所述零序电流差值大于所述第一判别阈值T1时，则判别所述单相接地发生故障；当所述零序电流差值处于所述第一判别阈值T1与所述第二判别阈值T2之间的范围内，且相角差值处于相角判别阈值范围内时，则判别所述单相接地发生故障；当所述零序电流差值小于所述第三判别阈值T3时，则判断所述单相接地未发生故障；其中， T1>T2>T3；所述相角判别阈值范围为60°-120°，其中，根据零序电压相角值和零序电流相角值，得到所述零序电压相角值与所述零序电流相角值之间的相角差值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述零序电流值包括幅值和角度值。
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