CN114089092A - 基于接地选线零序功率的线路故障判别方法及装置 - Google Patents

基于接地选线零序功率的线路故障判别方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别方法和装置，通过获取接地选线系统的零序电压和零序电流，判断零序电流的高通滤波量与零序电压微分后高通滤波量的相关系数是否小于‑0.45，若是则判零序功率方向满足，对应线路为故障线路。该方法可以避免消弧线圈补偿后基波量被补偿掉的问题，适用于中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。

Description

基于接地选线零序功率的线路故障判别方法及装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于接地选线零序功率的线路故障判别方法及装置。
背景技术
小电流接地选线是一种电力行业使用的保护设备，用于电力系统的变电站、发电厂、水电站及化工、采油、冶金、煤炭、铁路等大型厂矿企业的供电系统，通过确定小电流接地选线零序功率方向即可指示出发生单相接地故障的线路。
通常小电流接地选线系统基于基波矢量计算确定零序功率方向。但当小电流接地选线系统中中性点经消弧线圈接地时，单相接地故障时消弧线圈补偿了容性电流，使接地零序基波电流趋近于0，因此采用基波矢量来计算的方法不能准确判别零序功率方向。
因此，亟需一种适用于中性点不接地系统和经消弧线圈接地的小电流接地选线系统的判别零序功率方向的方法。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别方法和装置，可以避免消弧线圈补偿后基波量被补偿掉的问题，适用于中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明一方面提供了一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别方法，包括：
获取接地选线系统的零序电压和零序电流；
根据下式Ⅰ确定零序电流和零序电压的相关系数ρxy：
Figure BDA0003300531300000021
当ρxy＜-0.45时，判为零序电流的高通滤波量与零序电压微分后高通滤波量不同相，相应线路为故障线路；
其中，ρxy为相关系数，Ns为工频周期采样点数，ix(n)为第n个采样点零序电压采样值微分后的高通滤波量，iy(n)为第n个采样点零序电流采样值的高通滤波量。
具体地，零序电压采样值的微分和零序电流采样值分别采用无限脉冲高通滤波器滤波。
具体地，Ns为40，所述无限脉冲高通滤波器为下式Ⅱ所示的2阶滤波器级联：
y(n)＝1.098093606818684·[y2(n)-y2(n-1)]+0.472742099042323·y(n-1) Ⅱ
其中：
x(n)为第n个采样点采样值，其中的采样值为零序电流采样值或零序电压采样值的微分；
y(n)为第n个采样点采样值的高通滤波量；
y1(n)＝0.628616377947458·[x(n)-1.895954699554540·x(n-1)+x(n-2)]+1.733945486813425·y1(n-1)-0.918151039465117·y1(n-2)
Figure BDA0003300531300000022
本发明第二方面，提供了一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别装置，包括：
获取模块，用于获取接地选线系统的零序电压和零序电流；
确定模块，用于根据下式Ⅰ确定零序电流与零序电压的相关系数ρxy：
Figure BDA0003300531300000031
判断模块，用于当ρxy＜-0.45时，判为零序电流的高通滤波量与零序电压微分后高通滤波量不同相，相应线路为故障线路；
其中，ρxy为相关系数，Ns为工频周期采样点数，ix(n)为第n个采样点零序电压采样值微分后的高通滤波量，iy(n)为第n个采样点零序电流采样值的高通滤波量。
具体地，零序电压采样值的微分和零序电流采样值分别采用无限脉冲高通滤波器滤波。
具体地，Ns为40，所述无限脉冲高通滤波器为下式Ⅱ所示的2阶滤波器级联：
y(n)＝1.098093606818684·[y2(n)-y2(n-1)]+0.472742099042323·y(n-1) Ⅱ
其中：
x(n)为第n个采样点采样值，其中的采样值为零序电流采样值或零序电压采样值的微分；
y(n)为第n个采样点采样值的高通滤波量；
y1(n)＝0.628616377947458·[x(n)-1.895954699554540·x(n-1)+x(n-2)]+1.733945486813425·y1(n-1)-0.918151039465117·y1(n-2)
Figure BDA0003300531300000032
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明提供的基于接地选线零序功率方向的线路故障判别方法及装置通过零序电压和零序电流的相关系数确定零序电压的微分后高通滤波量与零序电流高通滤波量是否同相，若不同相则对应线路为故障线路，该方法经高通滤波算法，可以避免消弧线圈补偿后基波量被补偿掉的问题，适用于中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别方法流程图；
图2是本发明一可选实施例提供的无限脉冲高通滤波器幅频响应示意图，其中a为全景图,b为局部放大图；
图3是本发明一具体实施例提供的单相接地时故障电流分布图；
图4是本发明一具体实施例提供的电压向量图；
图5是本发明一具体实施例提供的3U0、3U0的微分量、
Figure BDA0003300531300000041
和
Figure BDA0003300531300000042
及
Figure BDA0003300531300000043
的相位关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别方法，包括：
步骤101：获取接地选线系统的零序电压和零序电流；
步骤102：根据下式Ⅰ确定零序电流和零序电压的相关系数ρxy：
Figure BDA0003300531300000044
其中，ρxy为相关系数，Ns为工频周期采样点数，ix(n)为第n个采样点零序电压采样值微分后的高通滤波量，iy(n)为第n个采样点零序电流采样值的高通滤波量；
步骤103：当ρxy＜-0.45时，判为零序电流的高通滤波量与零序电压微分后高通滤波量不同相，相应线路为故障线路。
本发明提供的基于接地选线零序功率的线路故障判别方法及装置通过零序电压和零序电流的相关系数确定零序电压的微分后高通滤波量与零序电流高通滤波量是否同相，当ρxy＜-0.45时则相关系数接近-1，零序电压的微分后高通滤波量与零序电流高通滤波量不同相零序功率方向满足，对应线路为故障线路，该方法经高通滤波算法，可以避免消弧线圈补偿后基波量被补偿掉的问题，适用于中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。
该方法经高通滤波算法，采用相关系数的算法来判别零序功率方向，该算法统一计算高谐波量，而不是分别算各次谐波量，计算简单，且躲开基波量被补偿的情况。
在一可选实施例中，Ns为40，所述无限脉冲高通滤波器为下式Ⅱ所示的2阶滤波器级联：
y(n)＝1.098093606818684·[y2(n)-y2(n-1)]+0.472742099042323·y(n-1) Ⅱ
其中：
x(n)为第n个采样点采样值，其中的采样值为零序电流采样值或零序电压采样值的微分；
y(n)为第n个采样点采样值的高通滤波量；
y1(n)＝0.628616377947458·[x(n)-1.895954699554540·x(n-1)+x(n-2)]+1.733945486813425·y1(n-1)-0.918151039465117·y1(n-2)
Figure BDA0003300531300000051
该滤波器的幅频响应如图2所示，滤除了频率120Hz以下的量，保留了3次以上谐波量。
在一具体实施例中，小电流接地选线系统的中性点经消弧线圈L接地或中性点不接地(L取为无穷大)。单相接地时故障电流分布如图3所示，单相接地时电压向量图如图4所示。
正常时(即各相均不接地时)三相对地电容电流为：
Figure BDA0003300531300000061
Figure BDA0003300531300000062
Figure BDA0003300531300000063
三相对地电容电流对称，3I0＝0，其中，UA、UB、UC分别为正常时三相电压，IA、IB、IC分别为正常时三相电流、I0为零序电流，ZC1、ZC2、ZC3分别为对地电容C1、C2、C3的阻抗。
对于非故障线路：
A相接地时三相对地电容电流为：
I'A＝0
Figure BDA0003300531300000064
Figure BDA0003300531300000065
三相对地电容电流不再对称，
Figure BDA0003300531300000066
其中，U’A、U’B、U’C分别为A相接地时三相电压，I’A、I’B、I’C分别为A相接地时的三相电流、U0为零序电压。
对于故障线路：
A相接地时三相对地电容电流为：
Figure BDA0003300531300000067
Figure BDA0003300531300000068
Figure BDA0003300531300000069
三相对地电容电流不再对称，
Figure BDA0003300531300000071
其中，ZL为消弧线圈电抗阻抗值。
Figure BDA0003300531300000072
中：忽略电阻量，则
Figure BDA0003300531300000073
ZL≈jωL,其中，j为单位虚数，ω为数字频率则3U0、3U0的微分量、
Figure BDA0003300531300000074
和
Figure BDA0003300531300000075
及
Figure BDA0003300531300000076
的相位关系如图4所示。
从图5可见，非故障线路三相对地电容电流
Figure BDA0003300531300000077
与3U0的微分量同相位。故障线路三相对地电容电流
Figure BDA0003300531300000078
与3U0的微分量反相位。
考虑到一定量电阻的影响，并从大量实验数据统计得出：零序电压的微分后高通滤波量与线路零序电流高通滤波量的相关系数小于-0.45时判别为零序功率方向满足，相应线路判为故障线路。
本发明的第二方面提供了一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别装置，包括：
获取模块，用于获取接地选线系统的零序电压和零序电流；
确定模块，用于根据下式Ⅰ确定零序电流与零序电压的相关系数ρxy：
Figure BDA0003300531300000079
判断模块，用于当ρxy＜-0.45时，判为零序电流的高通滤波量与零序电压微分后高通滤波量不同相，相应线路为故障线路；
其中，ρxy为相关系数，Ns为工频周期采样点数，ix(n)为第n个采样点零序电压采样值微分后的高通滤波量，iy(n)为第n个采样点零序电流采样值的高通滤波量。
进一步地，所述的线路故障判别装置，其特征在于，所述确定模块用于采用无限脉冲高通滤波器给零序电压采样值和零序电流采样值滤波。
在一可选实施例中，Ns为40，所述无限脉冲高通滤波器为下式Ⅱ所示的2阶滤波器级联：
y(n)＝1.098093606818684·[y2(n)-y2(n-1)]+0.472742099042323·y(n-1) Ⅱ
其中：
x(n)为第n个采样点采样值，其中的采样值为零序电流采样值或零序电压采样值的微分；
y(n)为第n个采样点采样值的高通滤波量；
y1(n)＝0.628616377947458·[x(n)-1.895954699554540·x(n-1)+x(n-2)]+1.733945486813425·y1(n-1)-0.918151039465117·y1(n-2)
Figure BDA0003300531300000081
本发明装置实施例与方法实施例一一对应，具体描述及效果参见方法实施例，在此不再赘述。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别方法，其特征在于，包括：
获取接地选线系统的零序电压和零序电流；
根据下式Ⅰ确定零序电流和零序电压的相关系数ρxy：
Figure FDA0003300531290000011
当ρxy＜-0.45时，判为零序电流的高通滤波量与零序电压微分后高通滤波量不同相，相应线路为故障线路；
其中，ρxy为相关系数，Ns为工频周期采样点数，ix(n)为第n个采样点零序电压采样值微分后的高通滤波量，iy(n)为第n个采样点零序电流采样值的高通滤波量。
2.根据权利要求1所述的线路故障判别方法，其特征在于，零序电压采样值的微分和零序电流采样值分别采用无限脉冲高通滤波器滤波。
3.根据权利要求2所述的线路故障判别方法，其特征在于，Ns为40，所述无限脉冲高通滤波器为下式Ⅱ所示的2阶滤波器级联：
y(n)＝1.098093606818684·[y2(n)-y2(n-1)]+0.472742099042323·y(n-1) Ⅱ
其中：
x(n)为第n个采样点采样值，其中的采样值为零序电流采样值或零序电压采样值的微分；
y(n)为第n个采样点采样值的高通滤波量；
y1(n)＝0.628616377947458·[x(n)-1.895954699554540·x(n-1)+x(n-2)]+1.733945486813425·y1(n-1)-0.918151039465117·y1(n-2)
Figure FDA0003300531290000012
4.一种基于接地选线零序功率方向的线路故障判别装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取接地选线系统的零序电压和零序电流；
确定模块，用于根据下式Ⅰ确定零序电流与零序电压的相关系数ρxy：
Figure FDA0003300531290000021
判断模块，用于当ρxy＜-0.45时，判为零序电流的高通滤波量与零序电压微分后高通滤波量不同相，相应线路为故障线路；
其中，ρxy为相关系数，Ns为工频周期采样点数，ix(n)为第n个采样点零序电压采样值微分后的高通滤波量，iy(n)为第n个采样点零序电流采样值的高通滤波量。
5.根据权利要求4所述的线路故障判装置，其特征在于，零序电压采样值的微分和零序电流采样值分别采用无限脉冲高通滤波器滤波。
6.根据权利要求5所述的线路故障判别装置，其特征在于，Ns为40，所述无限脉冲高通滤波器为下式Ⅱ所示的2阶滤波器级联：
y(n)＝1.098093606818684·[y2(n)-y2(n-1)]+0.472742099042323·y(n-1) Ⅱ
其中：
x(n)为第n个采样点采样值，其中的采样值为零序电流采样值或零序电压采样值的微分；
y(n)为第n个采样点采样值的高通滤波量；
y1(n)＝0.628616377947458·[x(n)-1.895954699554540·x(n-1)+x(n-2)]+1.733945486813425·y1(n-1)-0.918151039465117·y1(n-2)
Figure FDA0003300531290000022
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