CN114156831A - 一种光电联合瞬时故障判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电联合瞬时故障判别方法，属于电力系统继电保护技术领域。本发明录波装置检测到故障发生后，启动采集配电网开关柜、环网柜的零序电压、零序电流信号，作为电信号；光信号采集装置与录波装置同步采集可见光、紫外光作为光信号，将光信号转换为电量信号，构造电信号和转换的电量信号联合的判据进行瞬时永久故障判别。本发明判别方法适合于配电网柜体内发生的各种弧光接地故障，保护判据简单且可靠，选择性和灵敏性较高。

Description

一种光电联合瞬时故障判别方法

技术领域

本发明涉及一种光电联合瞬时故障判别方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

配电网故障命题宽泛，种类复杂，且配电网分支众多，线路复杂，负载多样，单相接地故障发生率较高，加之中性点为非有效接地系统，故障除多发于架空线外，开关柜、环网柜等设备也是故障的频发点，且故障大多导致电弧产生。瞬时性故障能自行消失，消失后电网能恢复稳定运行，但瞬时性故障起因复杂，难以准确识别，难以排除隐患点。当故障发生在开关柜或环网柜时，若能对瞬时性故障和永久性故障进行准确识别，即当判定为瞬时性故障时，保护装置只发告警信号，当判定为永久性故障时瞬时出口跳闸，这对提高配电网安全稳定运行大有助益。

现有的瞬时永久故障识别方法一是通过保护时间来整定，开关柜、环网柜发生故障达到保护装置启动整定值后，保护装置启动相应判据，若故障持续时间不大于保护装置的动作时间，则保护装置返回，若故障持续时间大于保护装置整定时间，则出口跳闸，这种方法单纯依据故障持续时间进行选择，判据单一，若故障为永久性故障则增加配电网运行风险，降低供电可靠性。二是利用电压、电流量进行瞬时永久判别，这种方法对电弧故障反应不够灵敏、且受系统运行方式影响较大。现有的对配电网故障性质的判别主要有故障类型判别或辨识，如间歇性故障、高阻故障等，缺乏对配电网电弧故障瞬时永久判别方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光电联合瞬时故障判别方法，特别是一种光电联合检测的配电网非有效接地系统开关柜、环网柜单相电弧性故障瞬时永久判别方法，用以解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种光电联合瞬时故障判别方法，录波装置检测到故障发生后，启动采集配电网开关柜、环网柜的零序电压、零序电流信号，作为电信号；光信号采集装置与录波装置同步采集可见光、紫外光作为光信号，将光信号转换为电量信号，构造电信号和转换的电量信号联合的判据进行瞬时永久故障判别。

具体步骤为：

Step1：采集配电网开关柜和环网柜的零序电压，构造零序电压信号绝对值变化量ΔU的瞬时永久故障判据。

Step2：采集配电网开关柜和环网柜的零序电流，构造零序电流信号绝对值变化量ΔI的瞬时永久故障判据。

Step3：与电信号同步采集配电网开关柜和环网柜的可见光信号，构造可见光变化量ΔK的瞬时永久故障判据。

Step4：与电信号同步采集配电网开关柜和环网柜的紫外光信号，构造紫外光变化量ΔZ的瞬时永久故障判据。

Step5：将零序电压变化量ΔU、零序电流变化量ΔI、可见光变化量ΔK和紫外光变化量ΔZ，4个判据融合构造“与”判据ΔP进行瞬时永久故障判别，只有当4个判据同时判定为瞬时性故障时，保护装置发出瞬时性故障告警信号，若其中一个判据判定为永久性故障，则保护装置判定为永久性故障。

所述Step1具体为：

Step1.1：设定故障判别时间为t，故障后第一个半波与第二个半波所对应时长为Δt₁，第二个半波与第三个半波所对应时长为Δt₂，计算录波装置检测到的零序电压在Δt₁内的绝对值积分比值ΔU₁，若ΔU₁大于等于整定值n，则为电压信号瞬时性故障判据。

Step1.2：若在Δt₁内ΔU₁＜n，则计算录波装置检测到的零序电压在Δt₂内的绝对值积分比ΔU₂，若ΔU₂≥n，说明零序电压幅值在Δt₂内迅速衰减，为瞬时性故障判据，否则判定为永久性故障。

所述Step2具体为：

Step2.1：设定故障判别时间为t，计算Δt₁内零序电流绝对值积分比值ΔI₁，若ΔI₁≥n，说明零序电流幅值在Δt₁内迅速衰减，则为电流信号瞬时性故障判据。

Step2.2：若在Δt₁内ΔI₁<n，则计算录波装置检测到的零序电流在Δt₂内的绝对值积分比ΔI₂，若ΔI₂≥n，说明零序电流幅值在Δt₂内迅速衰减，为瞬时性故障判据，否则为永久性故障。

所述Step3具体为：

Step4.1：设定故障判别时间为t，计算Δt₁内可见光光强绝对值积分比ΔK₁，若ΔK₁≥n，则说明在Δt₁内可见光光强迅速衰减，可判定为瞬时性故障。

Step4.2：若在Δt₁内ΔK₁<n，则计算光信号采集装置采集到的可见光信号在Δt₂内的可见光光强绝对值积分比ΔK₂，若ΔK₂≥n，则说明可见光光强在Δt₂内迅速衰减，判定为瞬时性故障，否则为永久性故障。

所述Step4具体为：

Step5.1：设定故障判别时间为t，计算Δt₁内紫外光强积分比值ΔZ₁，若ΔZ₁≥n，则说明在Δt₁内紫外光光强迅速衰减，可判定为瞬时性故障。

Step5.2：若在Δt₁内ΔZ₁<n，则计算光信号采集装置采集到的紫外光信号在Δt₂内的紫外光光强绝对值积分比ΔZ₂，若ΔZ₂≥n，则说明紫外光光强在Δt₂内迅速衰减，可判定为瞬时性故障，否则判定为永久性故障。

所述Step5中，4个判据融合构造“与”判据ΔP进行瞬时永久故障判别，具体为：

Step6.1：设定故障判别时间为t，若在Δt₁内，ΔU₁≥n且ΔI₁≥n且ΔK₁≥n且ΔZ₁≥n时，ΔP₁恒大于等于n，判定为瞬时性故障。

Step6.2：若在Δt₁内ΔU₁、ΔI₁、ΔK₁、ΔZ₁至少有一个不大于n，在Δt₂内满足ΔU₂≥n且ΔI₂≥n且ΔK₂≥n且ΔZ₂≥n时，ΔP₂恒大于等于n，判定为瞬时性故障，否则为永久性故障。

本发明的有益效果是：本发明应用在配电网开关柜、环网柜等柜体弧光保护中，保护方法不受过渡电阻，故障点位置即故障角的影响，只要柜体内发生电弧性故障，均能可靠检测。有效解决了常规依靠定值时间进行弧光保护整定时间长、永久性故障后果严重的问题，也克服了仅依靠电气量灵敏度不够、可靠性不高的问题。能够适用于配电网各种柜体内的弧光保护，且保护判据简单、保护动作迅速。瞬时性故障判别率高，能有效提高供电可靠性；永久性也能快速识别，动作迅速，极大降低了故障对系统运行的影响和故障电流对配电设备的冲击。

附图说明

图1是本发明中实施例中试验图；

图2是本发明中中实施例中2中瞬时性故障零序电压图；

图3是本发明中实施例中2中瞬瞬时性故障零序电流图；

图4是本发明中实施例中2中瞬瞬时性故障可见光光强图；

图5是本发明中实施例中2中瞬瞬时性故障紫外光光强图；

图6是本发明中实施例中3中瞬永久性故障零序电压图；

图7是本发明中实施例中3中瞬永久性故障零序电流图；

图8是本发明中实施例中3中瞬永久性故障可见光光强图；

图9是本发明中实施例中3中瞬永久性故障紫外光光强图；

图10是本发明中光电联合“与”判据图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：一种光电联合瞬时故障判别方法，配电网非有效接地系统开关柜、环网柜内发生的单相接地故障，往往伴随电弧的发生，配电网瞬时性故障频发，瞬时永久故障性质的准确判别对解决配电网柜体弧光保护有较大助益。录波装置采集零序电压、零序电流分别构造基于区间零序电压绝对值积分比ΔU、零序电流绝对值积分比ΔI的瞬时永久电信号判据；光信号采集装置与录波装置同步采集可见光、紫外光信号，分别构造基于区间可见光强积分比ΔK、紫外光强积分比ΔZ的瞬时永久光信号判据。将光、电信号4个判据融合构造“与”判据ΔP，当融合判据ΔP在相同时域内都判定为瞬时性故障时，保护装置发出瞬时性故障告警，线路正常运行；若融合判据ΔP中有一个不满足瞬时性故障判别方法，则保护装置判定为永久性故障并出口保护信号。

具体步骤为：

Step1：瞬时性电弧故障零序电压在故障发生后的首半波内幅值波动较大、频率较高，但首半波后迅速衰减。开关柜、环网柜内录波装置检测到发生故障启动录波，采集零序电压信号，用区间零序电压绝对值变化量ΔU作为瞬时永久故障判据，设定故障判别时间为30ms，故障后第一个半波(0～10ms)与第二个半波(10～20ms)所对应时长为Δt₁，第二个半波(10～20ms)与第三个半波(20～30ms)所对应时长为Δt₂，整定值n＝10。计算Δt₁内零序电压绝对值积分比值ΔU₁，若ΔU₁≥10，说明第一个半波内零序电压的积分值较大，第二半波内零序电压迅速衰减，则可判定为瞬时性故障；若Δt₁内ΔU₁<10，则计算Δt₂内零序电压绝对值积分比值ΔU₂，若ΔU₂≥10，则说明零序电压在第三个半波内迅速衰减，可判定为瞬时性故障判据，否则判定为永久性故障。判据如下：

Step2：与零序电压原理相似，录波装置采集开关柜、环网柜零序电流信号，用区间零序电流绝对值变化量ΔI作为瞬时永久故障判据，设定故障判别时间为30ms，整定值n＝10。计算Δt₁内零序电流绝对值积分比值ΔI₁，若ΔI₁≥10，则说明零序电流在第二个半波内迅速衰减，可判定为瞬时性故障；若在Δt₁内ΔI₁<10，则计算Δt₂内零序电流绝对值积分比值ΔI₂，若ΔI₂≥10，则说明零序电流在第三个半波内迅速衰减，可判定为瞬时性故障，否则判定为永久性故障。判据如下：

Step3：上述2种判据仅依据电信号进行判别，可靠性不高，电弧故障发生时，会产生强烈的亮光，由此可利用光信号进行瞬时永久故障性质判别，可见光光信号采集装置与录波装置同步采集开关柜、环网柜可见光信号，构造可见光变化量ΔK作为瞬时永久故障判据，设定故障判别时间为30ms，整定值n＝10。若在Δt₁内可见光强积分比值ΔK₁≥10，则说明在10～20ms内可见光光强迅速衰减，则可判定为瞬时性故障；若在Δt₁内ΔK₁<10，则计算Δt₂内的紫外光光强绝对值积分比ΔK₂，若ΔK₂≥10，则说明可见光光强在20～30ms内迅速衰减，可判定为瞬时性故障，否则判定为永久性故障。判据如下：

Step4：与可见光判别原理相似，紫外光光信号采集装置与录波装置同步采集开关柜、环网柜紫外光信号，构造紫外光变化量ΔZ作为瞬时永久故障判据，设定故障判别时间为30ms，整定值n＝10。若在Δt₁内紫外光强积分比值ΔZ₁≥10，则说明在10～20ms内可见光光强迅速衰减，则可判定为瞬时性故障；若在Δt₁内ΔZ₁<10，则计算Δt₂内的紫外光光强绝对值积分比ΔZ₂，若ΔZ₂≥10，则说明可见光光强在20～30ms内迅速衰减，可判定为瞬时性故障，否则判定为永久性故障。判据如下：

Step5：将上述4中判别方法融合，构造ΔU、ΔI、ΔK、ΔZ的“与”判据ΔP进行瞬时永久故障判别，以提高瞬时永久故障性质判别的准确率，若在Δt₁内，ΔU₁≥10且ΔI₁≥10且ΔK₁≥10且ΔZ₁≥10时，ΔP₁恒大于等于10，判定为瞬时性故障；若在Δt₁内ΔU₁、ΔI₁、ΔK₁、ΔZ₁至少有一个不大于10，在Δt₂内满足ΔU₂≥10且ΔI₂≥10且ΔK₂≥10且ΔZ₂≥10时，ΔP₂恒大于等于10判定为瞬时性故障，保护装置发出告警信号，否则判定为永久性故障，保护装置出口跳闸。判据如下：

实施例2：本发明试验图如图1所示，录波装置采集的零序电压波形如图2所示，现计算图2中第一个半波(0～10ms)零序电压绝对值积分与第二个半波(10～20ms)零序电压绝对值积分比值ΔU₁：

ΔU₁大于10，根据零序电压绝对值积分大于10，由判据ΔU可判定为瞬时性故障。

录波装置采集的零序电流波形如图3所示，现计算第一个半波(0～10ms)零序电流绝对值积分与第二个半波(10～20ms)零序电流绝对值积分比值ΔI₁：

ΔI₁大于10，根据零序电压绝对值积分大于10，由判据ΔI可判定为瞬时性故障。

光信号采集装置采集的可见光光强如图4所示，现计算0～10ms内可见光强积分与10～20ms内可见光强积分比值ΔK₁：

ΔK₁大于10，根据零序电压绝对值积分大于10，由判据ΔK可判定为瞬时性故障。

光信号采集装置采集的紫外光光强如图5所示,现计算0～10ms内紫外光强积分与10～20ms内紫外光强积分比值ΔZ₁：

ΔZ₁大于10，根据零序电压绝对值积分大于10，由判据ΔZ可判定为瞬时性故障。

光电联合“与”判据图如图10所示，融合判据ΔP＞10,该次故障判定为瞬时性故障，保护装置发出告警信号。

实施例3：本发明试验图如图1所示，录波装置采集的零序电压波形如图6所示，现计算图2中第一个半波(0～10ms)零序电压绝对值积分与第二个半波(10～20ms)零序电压绝对值积分比值ΔU₁：

ΔU₁小于10，则计算第二个半波零序电压绝对值积分(10～20ms)与第三个半波(20～30ms)零序电压绝对值积分比值ΔU₂：

ΔU₂小于10，根据零序电压绝对值积分小于10，由判据ΔU可判定为永久性故障。

录波装置采集的零序电流波形如图7所示，现计算第一个半波(0～10ms)零序电流绝对值积分与第二个半波(10～20ms)零序电流绝对值积分比值ΔI₁：

ΔI₁小于10，则计算第二个半波零序电流绝对值积分(10～20ms)与第三个半波(20～30ms)零序电流绝对值积分比值ΔI₁：

ΔI₂小于10，根据零序电流绝对值积分小于10，由判据ΔI可判定为永久性故障。

光信号采集装置采集的可见光光强如图8所示，现计算0～10ms内可见光强积分与10～20ms内可见光强积分比值ΔK₁：

ΔK₁小于10，根据可见光光强积分小于10，则计算10～20ms内可见光强积分与20～30ms内可见光强积分比值ΔK₂：

ΔK₂小于10，由可见光光强积分判据ΔK可判定为永久性故障。

光信号采集装置采集的紫外光光强如图9所示,现计算0～10ms内紫外光强积分与10～20ms内紫外光强积分比值ΔZ₁：

ΔZ₁小于10，则计算10～20ms内紫外光强积分与20～30ms内紫外光强积分比值ΔZ₂：

ΔZ₂小于10，由可见光光强积分判据ΔZ可判定为永久性故障。

光电联合“与”判据图如图10所示，融合判据ΔP＜10,该次故障判定为永久性故障，保护装置出口跳闸。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种光电联合瞬时故障判别方法，其特征在于：

Step1：采集配电网开关柜和环网柜的零序电压，构造零序电压信号绝对值变化量ΔU的瞬时永久故障判据；

Step2：采集配电网开关柜和环网柜的零序电流，构造零序电流信号绝对值变化量ΔI的瞬时永久故障判据；

Step3：与电信号同步采集配电网开关柜和环网柜的可见光信号，构造可见光变化量ΔK的瞬时永久故障判据；

Step4：与电信号同步采集配电网开关柜和环网柜的紫外光信号，构造紫外光变化量ΔZ的瞬时永久故障判据；

Step5：将零序电压变化量ΔU、零序电流变化量ΔI、可见光变化量ΔK和紫外光变化量ΔZ，4个判据融合构造“与”判据ΔP进行瞬时永久故障判别，只有当4个判据同时判定为瞬时性故障时，保护装置发出瞬时性故障告警信号，若其中一个判据判定为永久性故障，则保护装置判定为永久性故障。

2.根据权利要求1所述的光电联合瞬时故障判别方法，其特征在于，所述Step1具体为：

Step1.1：设定故障判别时间为t，故障后第一个半波与第二个半波所对应时长为Δt₁，第二个半波与第三个半波所对应时长为Δt₂，计算检测到的零序电压在Δt₁内的绝对值积分比值ΔU₁，若ΔU₁大于等于整定值n，则为电压信号瞬时性故障判据；

Step1.2：若在Δt₁内ΔU₁＜n，则计算录波装置检测到的零序电压在Δt₂内的绝对值积分比ΔU₂，若ΔU₂≥n，判定为瞬时性故障判据，否则判定为永久性故障。

3.根据权利要求1所述的光电联合瞬时故障判别方法，其特征在于，所述Step2具体为：

Step2.1：设定故障判别时间为t，计算Δt₁内零序电流绝对值积分比值ΔI₁，若ΔI₁≥n，则判定为电流信号瞬时性故障判据；

Step2.2：若在Δt₁内ΔI₁<n，则计算检测到的零序电流在Δt₂内的绝对值积分比ΔI₂，若ΔI₂≥n，判定为瞬时性故障判据，否则为永久性故障。

4.根据权利要求1所述的光电联合瞬时故障判别方法，其特征在于，所述Step3具体为：

Step4.1：设定故障判别时间为t，计算Δt₁内可见光光强绝对值积分比ΔK₁，若ΔK₁≥n，判定为瞬时性故障；

Step4.2：若在Δt₁内ΔK₁<n，则计算采集到的可见光信号在Δt₂内的可见光光强绝对值积分比ΔK₂，若ΔK₂≥n，判定为瞬时性故障，否则为永久性故障。

5.根据权利要求1所述的光电联合瞬时故障判别方法，其特征在于，所述Step4具体为：

Step5.1：设定故障判别时间为t，计算Δt₁内紫外光强积分比值ΔZ₁，若ΔZ₁≥n，判定为瞬时性故障；

Step5.2：若在Δt₁内ΔZ₁<n，则计算采集到的紫外光信号在Δt₂内的紫外光光强绝对值积分比ΔZ₂，若ΔZ₂≥n，判定为瞬时性故障，否则判定为永久性故障。

6.根据权利要求1所述的光电联合瞬时故障判别方法，其特征在于，所述Step5中，4个判据融合构造“与”判据ΔP进行瞬时永久故障判别，具体为：

Step6.1：设定故障判别时间为t，若在Δt₁内，ΔU₁≥n且ΔI₁≥n且ΔK₁≥n且ΔZ₁≥n时，ΔP₁恒大于等于n，判定为瞬时性故障；

Step6.2：若在Δt₁内ΔU₁、ΔI₁、ΔK₁、ΔZ₁至少有一个不大于n，在Δt₂内满足ΔU₂≥n且ΔI₂≥n且ΔK₂≥n且ΔZ₂≥n时，ΔP₂恒大于等于n，判定为瞬时性故障，否则为永久性故障。

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