CN114609468A - 基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，包括配电自动化主站系统启动故障区间判定，利用故障区间判断模块进行故障区间定位：1)故障上边界节点判定：当该节点具有接地故障特征且故障线路负荷侧无接地故障特征节点或无有效的零序电流量测点，亦即离变电站最远的具有接地故障特征的节点，则判定该节点为故障上边界节点；2)故障上边界节点判定：该节点为有效的零序电流量测点且该节点到故障上边界节点之间没有其他有效的零序电流量测点，亦即离故障上边界节点最近的无接地故障特征的节点，则判定该节点为故障下边界节点。本发明可快速判定故障区间并对故障区间和非故障区间进行相应的故障处理，降低投入成本和维护成本，具有推广前景。

Description

基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法

技术领域

本发明属于配电网单相接地故障处理技术领域，具体是一种基于云边端协 同的配电网单相接地故障区间判别方法。

背景技术

在处理配电网永久性故障时，由于缺乏快速可靠的故障定位手段，运检人 员需要对干线、支线等在内的全部线路进行巡视，耗费时间长，效率低，给故 障后供电的恢复带来巨大的困难。

目前较多采用馈线电流保护法定位故障，但该方法的中性点接地方式测得 的故障电流没有明显的判别特征，且其馈线电流保护方法适用于相间短路或者 三相短路故障。当配电线路发生单相接地故障时该保护方法无法反应，更加无 法隔离此类故障。当发生永久性单相接地故障时，只能通过传统的人工轮流试 拉馈线的办法逐一去检验每条线路。对于一些有条件的变电站，可以利用小电 流接地选线的方式进行选线然后跳开整条馈线，但是该方法有很大的误跳闸风 险，而且不能很好的利用馈线分段开关对隔离接地故障区间进行准确的隔离。

目前也有利用分段智能开关暂态分析、行波测距等技术进行故障区间判断 的方法，但这些方法存在计算面大、抗干扰要求高、装置成本高及对运维水平 要求高等问题，无法进行推广。

发明内容

本发明提供一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，本 发明可快速判定故障区间并对故障区间和非故障区间进行相应的故障处理，降 低投入成本和维护成本，具有推广前景。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，包括如下步骤：

S1、配电网线路分别与作为边端的变电站、作为云端的配电自动化主站系 统通信连接，其中配电自动化主站系统配置故障特征电流分析模块和故障区间 判断模块，配电网线路设置若干个节点，每个节点配置智能开关终端；

S2、配电网线路发生单相接地故障；

S3、变电站内的接地选线装置启动接地选线信号，同时配电线路中所有达 到零序电流阀值的智能开关终端自动向配电自动化主站系统发送各自的零序电 流值；

S4、接地选线装置将接地选线结果即单相接地故障信号发送至配电自动化 主站系统；

S4、配电自动化主站系统收集在接收接地选线信号前T1秒后T2秒的配电 网线路中故障线路所产生的若干个节点的零序电流值并进行存储；

S5、接收到接地选线结果的配电自动化主站系统启动30秒定时器并利用故 障特征电流分析模块判断分析若干个节点的零序电流值是否存在1个大于I_QD (I_QD是同时满足零序互感器采样误差和电容电流最大线路在高阻接地时的最小 零序电流)的零序电流：若定时器超时且若干个节点的零序电流值存在1个大 于I_QD，则配电自动化主站系统启动故障区间判定；否则，配电自动化主站系统 不启动故障区间判定；

S5、配电自动化主站系统启动故障区间判定，利用故障区间判断模块进行 故障区间判定及定位；

具体地，判断是否存在1个节点在配电自动化主站系统接收到选线信号时 刻前T1秒后T2秒内的最大零序电流值

>故障特性电流I_zeromax：1)若存在， 则该节点具有接地故障特征且故障线路负荷侧无接地故障特征节点或无有效的 零序电流量测点，亦即离变电站最远的具有接地故障特征的节点，判定该节点 为故障上边界节点；2)若不存在，则该节点具有有效的零序电流量测点且该节 点到故障上边界节点之间没有其他有效的零序电流量测点，亦即离故障上边界 节点最近的无接地故障特征的节点，则判定该节点为故障下边界节点；另外当 故障上边界节点负荷侧无有效的零序电流量测点,则判定为无故障下边界节点, 即故障上边界节点为主线路或分支线路的末端节点；

S6、配电自动化主站系统根据步骤S5中的故障区间判定及定位自动生成相 应的故障区间隔离及非故障区间供电恢复的故障处理策略并发送遥控指令给对 应的智能开关终端进行故障隔离和非故障供电恢复操作。

进一步地，所述步骤S3和S4中，所述配电自动化主站系统接收故障信号 和存储若干个节点零序电流值具体处理如下：1)解析故障信号中的故障线路名 称编号；2)存储该故障线路所对应出现开关的零序电流值；3)根据该故障线 路的供电拓扑关系，选取若干个节点零序电流时序数据及出线开关的零序电流 值一并作为云边端协同电流分析和故障判断的数据源。

进一步地，所述零序电流时序数据是配电网线路供电的有效节点智能开关 终端在故障发生时因零序电流突变启动产生。

进一步地，所述步骤S7中的节点具有接地故障特征，其判定过程具体如下： 1)分析缓存于配电自动化主站系统内的故障线路中每一个节点上的零序电流 值，并找出每个节点在配电自动化主站系统接收到选线信号时刻前T1秒后T2 秒内的最大零序电流

(其中n为若干个节点的序号，取值为1,2,3，4......)； 2)横向比较

找到最大的值定为故障特征电流I_zeromax，即

3)当I_zeromax>I_QD时，将作为智能开关终端的配电线路每个节 点上的最大零序电流

与I_zeromax进行比较，即当

(η为电流分界 比)时，则该节点具有接地故障特征；否则，该节点不具有接地故障特征。

进一步地，所述步骤S5中的有效的零序电流量测点需要满足以下条件：1) 智能开关终端设备配置有零序电流固有遥测，用于将配电网线路上测量的数据 远距离传送于作为云端的的配电自动化主站系统中；2)该节点的智能开关终端 设备处于正常在线状态且已投运；3)该智能开关终端设备未挂检修牌、接地牌、 故障牌和试验牌。

进一步地，所述电流分界比的计算公式：η＝k·λ，λ＝I_c-max(I_∑c﹣I_c-max)， 其中k为可靠系数，λ为故障点后面与故障点前面节点的零序电流之比的最大 值，I_c-max为电容电流最大线路的电容电流值，I_∑c为配电自动化主站系统总电容 电流值。

进一步地，所述配电自动化主站系统采用集中型馈线自动化模式。

本发明的有益效果是：

1)作为云端的配电自动化主站系统与作为边端的变电站内选线装置和作 为智能开关终端的配网线路相协同实现单相接地故障的判定及处理；

2)利用作为边端的变电站内选线装置缩小故障区间判断范围，避免非故障 区间的误判，减少配电自动化主站系统的分析计算量，提高故障区间判定的效 率；

3)配电自动化主站系统采用集中型馈线自动化模式，实现单相接地故障精 准选段，支持半自动即后期需人工确认及自动故障处理；

4)适用于变电站中性点经消弧线圈接地、电阻接地及不接地等接地方式；

5)适应于配电线路经低电阻接地或高电阻接地故障等故障类型；

6)适用性广，支持线路新增开关与存量在运开关。

附图说明

图1是本发明基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法的流程 示意图；

图2是本发明中配电自动化主站系统的流程图；

图3是本发明中从故障发生到恢复故障的配电线路节点智能开关终端的变 化示意图；

图4是本发明中的收集零序电流的范围示意图；

图5是本发明在实际应用系统的操作结果图。

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。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、 “上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等 指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述 本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1至图5所示，一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别 方法，包括如下步骤：

S1、配电网线路分别与作为边端的变电站、作为云端的配电自动化主站系 统通信连接，其中配电自动化主站系统配置故障特征电流分析模块和故障区间 判断模块，配电网线路设置6节点，每个节点依次分别配置出线开关1、分段开 关1、分段开关2、分段开关3、联络开关和出线开关2六个智能开关终端；

S2、配电网线路在联络开关处发生单相接地故障；

S3、变电站内的接地选线装置启动接地选线信号，同时配电线路中所有达 到零序电流阀值的即联络开关之前的4个智能开关终端自动向配电自动化主站 系统发送各自的零序电流值；

S4、接地选线装置将接地选线结果即单相接地故障信号发送至配电自动化 主站系统；

S4、配电自动化主站系统收集在接收接地选线信号前30秒后30秒即1min 内的配电网线路中故障线路所产生的4个节点的零序电流值并进行存储；

S5、接收到接地选线结果的配电自动化主站系统启动30秒定时器并利用故 障特征电流分析模块判断分析4个节点的零序电流值是否存在1个大于I_QD＝1A (I_QD是同时满足零序互感器采样误差和电容电流最大线路在高阻接地时的最小 零序电流)的零序电流：若定时器超时且4个节点的零序电流值存在1个大于 1A，则配电自动化主站系统启动故障区间判定；否则，配电自动化主站系统不 启动故障区间判定；

S5、配电自动化主站系统启动故障区间判定，利用故障区间判断模块进行 故障区间判定及定位；

具体地，1)分析缓存于配电自动化主站系统内的故障线路中4个节点上的 零序电流值，并找出每个节点在配电自动化主站系统接收到选线信号时刻前30 秒后30秒即1min内的最大零序电流值，即分别为

和

2)横向比较

和

得出最大的

定为故障特征电流I_zeromax，即

3)计算出电流分界比：η＝k·λ，λ＝I_c-max(I_∑c﹣I_c-max)，其中k为可靠系 数，一般在1.1～1.5；λ为故障点后面与故障点前面节点的零序电流之比的 最大值，I_c-max为电容电流最大线路的电容电流值，I_∑c为配电自动化主站系 统总电容电流值。本实施例中，k＝1.2，I_c-max＝11A,I_∑c＝55A，则λ ＝11/(55-11)＝0.25、η＝1.2×0.25＝0.3；

4)当I_zeromax>I_QD即10A>1A时，将作为智能开关终端的配电线路若干个节点 上的最大零序电流

与I_zeromax进行比较，即当

时， 则该节点具有接地故障特征；否则，该节点不具有接地故障特征；

5)判断是否存在1个节点在配电自动化主站系统接收到选线信号时刻前30 秒后30秒即1min内的最大零序电流值

>故障特性电流I_zeromax＝10A：1)若存 在，则该节点具有接地故障特征且故障线路负荷侧无接地故障特征节点或无有 效的零序电流量测点，亦即离变电站最远的具有接地故障特征的节点，判定该 节点为故障上边界节点；2)若不存在，则该节点具有有效的零序电流量测点且 该节点到故障上边界节点之间没有其他有效的零序电流量测点，亦即离故障上 边界节点最近的无接地故障特征的节点，则判定该节点为故障下边界节点；另 外当故障上边界节点负荷侧无有效的零序电流量测点,则判定为无故障下边界 节点,即故障上边界节点为主线路或分支线路的末端节点；

S6、配电自动化主站系统根据步骤S5中的故障区间判定及定位自动生成相 应的故障区间隔离及非故障区间供电恢复的故障处理策略并发送遥控指令给对 应的智能开关终端进行故障隔离和非故障供电恢复操作。

本实施例的进一步，所述步骤S3和S4中，所述配电自动化主站系统接收 故障信号和存储若干个节点零序电流值具体处理如下：1)解析故障信号中的故 障线路名称编号；2)存储该故障线路所对应出现开关的零序电流值；3)根据 该故障线路的供电拓扑关系，选取若干个节点零序电流时序数据及出线开关的 零序电流值一并作为云边端协同电流分析和故障判断的数据源。

本实施例的进一步，所述零序电流时序数据是配电网线路供电的有效节点 智能开关终端在故障发生时因零序电流突变启动产生。

本实施例的进一步，所述步骤S5中的有效的零序电流量测点需要满足以下 条件：1)智能开关终端设备配置有零序电流固有遥测，用于将配电网线路上测 量的数据远距离传送于作为云端的的配电自动化主站系统中；2)该节点的智能 开关终端设备处于正常在线状态且已投运；3)该智能开关终端设备未挂检修牌、 接地牌、故障牌和试验牌。

本实施例的进一步，所述配电自动化主站系统采用集中型馈线自动化模式。

本发明中当线路发生单相接故障取零序电流最大值是为了保证同时性，一 般地，故障点靠电源测若干个节点的最大值会在同一时刻出现。

本发明的工作原理：以配电自动化主站系统、变电站和配网线路智能开关 终端为云边端协同载体，采用有线或无线方式实现云边端信息传输。当配电自 动化主站系统接收到变电站发出的单相接地永久故障信号时，云端配电自动化 主站开始收集配网线路智能开关终端中故障线路在收到接地选线信号前后一段 时间发送过来的若干个节点零序电流时序数据；配电自动化主站系统首先根据 故障特征电流分析模块进行故障电流特征分析及故障判断模板进行故障区间判 定和定位，然后基于故障区间判定和定位的信息自动生成故障区间隔离和非故 障区间供电恢复供电的故障处理策略，并发送给配网线路智能开关终端进行故 障隔离和转供电操作。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发 明的范围进行限定，在不脱离本发明原理和实质的前提下，本领域普通技术人 员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确 定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、配电网线路分别与作为边端的变电站、作为云端的配电自动化主站系统通信连接，其中配电自动化主站系统配置故障特征电流分析模块和故障区间判断模块，配电网线路设置若干个节点，每个节点配置智能开关终端；

S2、配电网线路发生单相接地故障；

S3、变电站内的接地选线装置启动接地选线信号，同时配电线路中所有达到零序电流阀值的智能开关终端自动向配电自动化主站系统发送各自的零序电流值；

S4、接地选线装置将接地选线结果即单相接地故障信号发送至配电自动化主站系统；

S5、配电自动化主站系统收集在接收接地选线信号前T1秒后T2秒的配电网线路中故障线路所产生的若干个节点的零序电流值并进行存储；

S6、接收到接地选线结果的配电自动化主站系统启动30秒定时器并利用故障特征电流分析模块判断分析若干个节点的零序电流值是否存在1个大于I_QD(I_QD是同时满足零序互感器采样误差和电容电流最大线路在高阻接地时的最小零序电流)的零序电流：若定时器超时且若干个节点的零序电流值存在1个大于I_QD，则配电自动化主站系统启动故障区间判定；否则，配电自动化主站系统不启动故障区间判定；

S7、配电自动化主站系统启动故障区间判定，利用故障区间判断模块进行故障区间判定及定位；

具体地，判断是否存在1个节点在配电自动化主站系统接收到选线信号时刻前T1秒后T2秒内的最大零序电流值

>故障特性电流I_zeromax：1)若存在，则该节点具有接地故障特征且故障线路负荷侧无接地故障特征节点或无有效的零序电流量测点，亦即离变电站最远的具有接地故障特征的节点，判定该节点为故障上边界节点；2)若不存在，则该节点具有有效的零序电流量测点且该节点到故障上边界节点之间没有其他有效的零序电流量测点，亦即离故障上边界节点最近的无接地故障特征的节点，则判定该节点为故障下边界节点；另外当故障上边界节点负荷侧无有效的零序电流量测点,则判定为无故障下边界节点,即故障上边界节点为主线路或分支线路的末端节点；

S8、配电自动化主站系统根据步骤S7中的故障区间判定及定位自动生成相应的故障区间隔离及非故障区间供电恢复的故障处理策略并发送遥控指令给对应的智能开关终端进行故障隔离和非故障供电恢复操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，其特征在于，所述步骤S3和S4中，所述配电自动化主站系统接收故障信号和存储若干个节点零序电流值具体处理如下：1)解析故障信号中的故障线路名称编号；2)存储该故障线路所对应出现开关的零序电流值；3)根据该故障线路的供电拓扑关系，选取若干个节点零序电流时序数据及出线开关的零序电流值一并作为云边端协同电流分析和故障判断的数据源。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，其特征在于，所述零序电流时序数据是配电网线路供电的有效节点智能开关终端在故障发生时因零序电流突变启动产生。

4.根据权利要求1所述的一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，其特征在于，所述步骤S7中的节点具有接地故障特征，其判定过程具体如下：1)分析缓存于配电自动化主站系统内的故障线路中每一个节点上的零序电流值，并找出每个节点在配电自动化主站系统接收到选线信号时刻前T1 秒后T2秒内的最大零序电流

(其中n为若干个节点的序号，取值为1,2,3，4......)；2)横向比较

找到最大的值定为故障特征电流I_zeromax，即

3)当I_zeromax>I_QD时，将配电线路中每个节点的最大零序电流

与I_zeromax进行比较，即当

(η为电流分界比)时，则该节点具有接地故障特征；否则，该节点不具有接地故障特征。

5.根据权利要求1所述的一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，其特征在于，所述步骤S7中的有效的零序电流量测点需要满足以下条件：1)智能开关终端设备配置有零序电流固有遥测，用于将配电网线路上测量的数据远距离传送于作为云端的的配电自动化主站系统中；2)该节点的智能开关终端设备处于正常在线状态且已投运；3)该智能开关终端设备未挂检修牌、接地牌、故障牌和试验牌。

6.根据权利要求4所述的一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，其特征在于，所述电流分界比的计算公式：η＝k·λ，其中λ＝I_{c_max}(I_∑c﹣I_{c_max})，k为可靠系数，λ为故障点后面与故障点前面节点的零序电流之比的最大值，I_c-max为电容电流最大线路的电容电流值，I_∑c为配电自动化主站系统总电容电流值。

7.根据权利要求1所述的一种基于云边端协同的配电网单相接地故障区间判别方法，其特征在于，所述配电自动化主站系统采用集中型馈线自动化模式。

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