CN115656718A - 基于电流故障分量范数的单相接地故障定位方法及装置 - Google Patents

基于电流故障分量范数的单相接地故障定位方法及装置 Download PDF

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CN115656718A CN202211317588.4A CN202211317588A CN115656718A CN 115656718 A CN115656718 A CN 115656718A CN 202211317588 A CN202211317588 A CN 202211317588A CN 115656718 A CN115656718 A CN 115656718A
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周涵
刘晗
于笑辰
杨彪
杨帆
刘阳
霍红
宋丽
蔡志伟
徐继扬
徐伟力
王福全
李柠齐
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Beijing Danhua Haobo Power Science And Technology Co ltd
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
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Abstract

一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位方法及装置。通过FTU获取线路相电流信号，利用故障发生时刻前后的相电流相减获取电流故障分量，避免了负荷电流对故障特征的干扰，并据电流故障分量提取自身线路的正序、负序和零序分量，通过计算电流各序故障分量范数突出故障特征，利用范数和线路零序电流幅值比值计算结果与自适应阈值的大小关系完成分布式就地故障定位，当比值大于阈值时判定监测点所在区段为故障区段，否则为非故障区段。本发明仅采用相电流进行判断，且发生单相接地故障后非故障区段与故障区段特征差异明显，具有较高的适应性和可靠性，同时通过计算结果与阈值比较实现了就地完成故障判断，避免了定位技术对通信系统的依赖。

Description

基于电流故障分量范数的单相接地故障定位方法及装置
技术领域
本发明属于电力自动化技术领域，涉及配电网中单相接地故障定位领域，具体来说是一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位方法及装置。
背景技术
作为电力系统“最后一公里”，配电网的运行安全可靠性决定了广大电力用户的产品质量和用电安全。但随着配电网的不断发展，其拓扑结构亦随之复杂化，使得单相接地故障特征越发模糊，传统定位技术无法保证配电网的供电可靠性。
为了保证配电网的供电可靠性，国内外专家学者针对配电网单相接地故障定位技术进行了大量研究，并取得了丰富成果。目前定位技术按照原理可分为被动型和主动型。主动型的故障定位技术大多需要外部主动注入信号，通过监测该信号在系统中的流通路径，完成故障定位。该类定位技术需要在系统中安装信号发生和采集装置，但由于配电网拓扑结构复杂，分支众多，为了精确定位故障所在区段，需要在各个线路分支上安装采集装置，从而导致定位技术的工程预算较高，在实际应用中为了节省预算，往往采用被动型定位技术。而被动型定位技术是通过获取线路上电流或电压信号，通过分析信号特征实现故障定位。但由于目前该类定位技术大多采用零序电流或电压进行判断，而在配电网中部分区域由于电流设施老旧或安装空间不足，导致定位技术无法获取零序信号进行判断，无法保证该类地区的供电可靠性。同时定位技术大多需要将采集信号上传主站完成判断，严重依赖通信，当通信系统失灵或传输误差时将极大影响定位技术可靠性。
为了解决以上问题，专家学者尝试采用相电流作为判断信号进行故障定位。在单相接地故障发生后，相电流含有丰富的故障信息，且较零序电流而言，相电流在系统中更易获取，利用相电流作为判断信号可保证定位技术的可靠性和选择性。单相接地故障发生后，故障路径与非故障路径中相电流幅值变化不同，可据此可完成故障区段定位。单相接地故障使得线路电流有效值产生变化并利用离散度增强故障特征，还可以通过计算不同线路的电流有效值对应的离散度完成故障定位。此类定位技术在保证获取相电流的精确度下定位准确度较高，但由于单相接地故障发生后相电流中负荷电流较大而故障电流较小，极易导致定位技术产生误差。
发明内容
本发明提出一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位技术。技术利用故障发生时刻前后的相电流相减获取电流故障分量，避免负荷电流对故障特征产生干扰，并根据电流故障分量提取自身线路的正序、负序和零序电流，通过计算电流故障分量范数突出故障特征，利用范数和线路零序电流幅值比值计算结果与自适应阈值的大小关系完成分布式就地故障定位，当比值大于阈值时该线路区段为故障区段，否则为非故障区段。本方法可适用于在中性点不接地和经消弧线圈接地系统中发生单相接地故障情况，定位结果具有较高的可靠性。同时本技术仅采用相电流进行判断，保证了定位技术较高的适应性，通过计算结果与阈值比较实现了就地完成故障判断，避免了定位技术对通信系统的依赖。
用于实现上述内容的技术方案如下：
一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：根据配电网线路中安装的FTU实时测量各区段线路上相电流变化，并据此合成零序电流；
步骤2：当零序电流幅值大于设定的阈值时，判定单相接地故障发生，获得电流信号；通过故障点前后相差整周期倍数的相电流相减获取电流故障分量，并据此提取电流正序、负序和零序故障分量，计算电流各序故障分量列向量范数，利用范数结果与零序电流幅值的比值结果与自适应阈值进行大小比较；
步骤3：若步骤2所得范数结果与零序电流幅值的比值结果大于装置设定阈值，则判断该区段为故障区段，否则为非故障区段。
优选地，所述步骤2中获得电流信号的步骤包括：
S31：获取故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数、非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数；
S32：根据上述零序电流分流系数，计算故障路径和非故障路径上的零序电流；
S33：在故障路径和非故障路径中，在监测点获取电流正、负和零序故障分量；
S34：获取故障和非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数；
S35：计算故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值。
优选地，所述步骤S31中：
对于中性点经消弧线圈接地系统，所述故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数δK为：
Figure BDA0003910043740000031
其中，C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率。
所述非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数为δi：
Figure BDA0003910043740000032
其中α为非故障路径对地容抗；C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率。
优选地，所述步骤S31中，对于中性点不接地系统，故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数δK为：
Figure BDA0003910043740000033
其中，C∑为系统等效电容；C′2为故障点下游线路等效电容。
非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数δi为：
Figure BDA0003910043740000034
其中α为非故障路径对地容抗；C∑为系统等效电容；ω为角频率。
优选地，所述步骤S32包括：
在中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统中，假设故障点处故障电流为
Figure BDA0003910043740000035
障路径上零序电流表示
Figure BDA0003910043740000036
为：
Figure BDA0003910043740000037
其中，δK为故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数；
Figure BDA0003910043740000038
为故障点处零序故障电流幅值。
非故障路径上零序电流表示
Figure BDA0003910043740000039
为：
Figure BDA00039100437400000310
其中，δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流分流系数；
Figure BDA0003910043740000041
为故障点处零序故障电流幅值。
优选地，所述步骤S33包括，
在故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure BDA0003910043740000042
其中，
Figure BDA0003910043740000043
为电流正序故障分量；
Figure BDA0003910043740000044
为电流负序故障分量；
Figure BDA0003910043740000045
为电流零序故障分量。
在非故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure BDA0003910043740000046
其中，
Figure BDA0003910043740000047
为电流正序故障分量；
Figure BDA0003910043740000048
为电流负序故障分量；
Figure BDA0003910043740000049
为电流零序故障分量。
优选地，所述步骤S34中，
故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J||2为：
Figure BDA00039100437400000410
其中，I1为电流正序故障分量幅值；I2为电流负序故障分量幅值；I0为电流零序故障分量幅值；δK为故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J′||2为：
Figure BDA00039100437400000411
其中，I′1为电流正序故障分量幅值；I′2为电流负序故障分量幅值；I′0为电流零序故障分量幅值；δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
优选地，所述步骤S35中，
故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值为：
Figure BDA0003910043740000051
Figure BDA0003910043740000052
||J||2为故障路径上数值2-范数；||J′||2为非故障路径上数值2-范数；δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数；δK为故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
优选地，引入自适应阈值P，当线路比值结果大于阈值时，可判定该区段线路为故障区段；而当比值结果小于阈值时，可判定该区段线路为非故障区段。
本发明还提出一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位装置，所述装置包括：
零序电流合成模块：根据配电网线路中安装的FTU实时测量各区段线路上相电流变化，并据此合成零序电流；
故障判定模块：当零序电流幅值大于设定的阈值时，判定单相接地故障发生，获得电流信号；通过故障点前后相差整周期倍数的相电流相减获取电流故障分量，并据此提取电流正序、负序和零序故障分量，计算电流各序故障分量列向量范数，利用范数结果与零序电流幅值的比值结果与自适应阈值进行大小比较；
故障定位模块：若所得范数结果与零序电流幅值的比值结果大于装置设定阈值，则判断该区段为故障区段，否则为非故障区段。
本发明还提出一种智能馈线终端设备，包括CPU模块、通信模块、存储模块、测控模块、加密芯片模块、智能监控模块、控制输入模块、控制输出模块、数据处理模块、数据显示模块和FTU电源控制模块；所述通信模块、测控模块、存储模块、加密芯片模块、智能监控模块、控制输入模块、控制输出模块、数据处理模块、数据显示模块和FTU电源控制模块均与CPU模块连接，其中所述CPU模块用于实现本发明所述的方法。
本发明的优点是：
(1)本发明所提出的定位技术可适用于配电网中性点不接地和经消弧线圈接地系统，且非故障区段与故障区段间故障特征差异明显，定位可靠性较高。
(2)本发明仅利用系统中安装的FTU采集相电流进行故障判断和特征分析，较利用零序电流的定位技术适应性强。
(3)本发明利用电流正序、负序和零序故障分量范数和零序电流幅值的比值与自适应阈值判断监测点所在区段是否故障，可实现故障就地判断和将判断结果上传主站完成集中式故障判断，减轻了对通信系统的依赖性。
(4)本发明定位算法编程可实现性强，易于工程应用。
附图说明
图1是中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障系统结构图；
图2是正序序网结构图；
图3是中性点经消弧线圈接地系统零序电流序网图；
图4是中性点不接地系统零序电流序网图；
图5是定位流程图；
图6是仿真实验中性点经消弧线圈接地系统结构图(需要改为黑白线条)；
图7是智能馈线终端设备的结构方框图；
图8是智能馈线终端设备中CPU模块的功能结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例采用配电网中性点经消弧线圈接地系统进行分析。系统接线图如附图1所示。当配电网中发生单相接地故障时，其系统电源电压和负荷在该瞬间变化的幅度极小，故在故障发生前后，其负荷电流保持不变。故障发生前系统相电流即为负荷电流，而故障发生后系统相电流由负荷电流和电流故障分量组成。由此通过故障发生前后相差整周期倍数的电流相减，可获取电流故障分量。用电流瞬时值表示为：
iF(t)＝iK(t+t0+T)-i′d(t+t0-2T)
式中iF(t)为电流故障分量；iK(t)为故障后相电流；i′d(t)为故障前相电流；t0为故障发生准确时刻；T为电流周期。
根据对称分量法，三相电流故障分量可分为正序、负序和零序电流。为了便于分析，本发明发明将正序负序电流和零序电流分别进行分析。
由于正序序网图和负序序网图相同，本发明以正序序网图为例进行分析。系统正序序网图如附图2所示：
其中ZT为系统变压器正序阻抗；Z1为线路1线路正序阻抗；Z2为线路2故障点前线路正序阻抗；ZL1为线路1所带负荷正序阻抗；Z′2为线路2故障点后线路正序阻抗；ZL2为线路2所带负荷正序阻抗。
在配电网中，由于电源侧正序阻抗较小，而负荷侧正序阻抗较大：
ZT＜＜Z1+ZL1
Z2＜＜Z′2+ZL2
导致正序电流在故障点处发生分流后，大部分电流在故障点与电源间构成回路，极少部分电流流向故障点下游线路和通过母线流向正常线路。同时负序电流特征与之类似，由此假设故障点处故障电流为
Figure BDA0003910043740000071
则可获取故障路径上正序和负序电流为：
Figure BDA0003910043740000072
Figure BDA0003910043740000073
非故障路径上，正序和负序电流为：
Figure BDA0003910043740000074
Figure BDA0003910043740000075
由于消弧线圈仅影响零序电流，对正序和负序电流影响较小，故中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统结论相同。
由于消弧线圈存在与否将影响零序序网图结构，本发明首先对中性点经消弧线圈接地系统进行分析。根据附图1可得零序序网图如附图3所示。
零序电流在故障点处发生分流，部分电流流向故障点下游线路，通过故障点下游线路对地电容形成回路，部分电流流经故障点上游线路通过母线流回正常线路，并在线路对地电容上构成回路。故障路径上电流为故障点处电流排除故障点下游线路零序电流，由此可得故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数为：
Figure BDA0003910043740000076
其中，C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率。
非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数为：
Figure BDA0003910043740000081
其中α为非故障路径对地容抗。中性点不接地系统结构与经消弧线圈接地系统相比可将消弧线圈回路开路，由此可得零序序网图如附图4所示。同理可得故障路径零序电流分流系数为：
Figure BDA0003910043740000082
非故障路径零序电流分流系数为：
Figure BDA0003910043740000083
综上所述，在中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统中，假设故障点处故障电流为
Figure BDA0003910043740000084
故障路径上零序电流为：
Figure BDA0003910043740000085
非故障路径上零序电流为：
Figure BDA0003910043740000086
根据上文故障路径及非故障路径电流正序、负序和零序故障分量的大小分析可得，在故障路径上，存在电流正序、负序和零序故障分量，且电流幅值较大；而在非故障路径中，电流正序和负序故障分量几乎为0，零序电流幅值亦较小。由此可通过对称分量法逆变换，根据各线路的电流故障分量获取各序电流为：
Figure BDA0003910043740000087
其中，
Figure BDA0003910043740000088
为线路获取的电流故障分量，M＝A、B、C。由此可获取在故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure BDA0003910043740000089
在非故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure BDA0003910043740000091
但由于现场量测数据受到谐波、噪声等干扰，计算结果可能与理论值相差较大，仅依靠非故障路径与故障路径在电流正序、负序和零序故障分量数值关系进行故障定位判断无法满足可靠性要求。据此，本发明利用矩阵2-范数增强故障特征，保证可靠完成故障区段定位。
列向量A的2-范数计算公式为：
Figure BDA0003910043740000092
可得故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J||2为：
Figure BDA0003910043740000093
非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J′||2为：
Figure BDA0003910043740000094
故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值为：
Figure BDA0003910043740000095
Figure BDA0003910043740000096
由于分流系数δ∈(0，1)，比值结果为：
Figure BDA0003910043740000097
Figure BDA0003910043740000098
综上所述，在故障路径中，电流正、负和零序故障分量的2-范数与零序电流幅值的比值大于
Figure BDA0003910043740000099
而在非故障路径中比值为1，由此特征可区分线路故障路径及非故障路径。同时，为了实现定位技术的就地定位，本发明引入自适应阈值
Figure BDA0003910043740000101
当线路比值结果大于阈值时，可判定该区段线路为故障区段；而当比值结果小于阈值时，可判定该区段线路为非故障区段。根据现场大量数据测试，P＝1.2可满足大多数定位要求。
下文将根据附图6以及仿真实验针对以上发明内容做进一步说明。
如附图6所示，本发明采用电力系统仿真软件进行仿真实验。文中利用电力系统仿真软件搭建配电网系统模型并采集数据进行仿真实验，实验对中性点经消弧线圈接地系统分别进行验证，在配电网系统仿真模型中设置两条出线，单相接地故障发生于第二条出线中。
对于中性点经消弧线圈接地系统或中性点不接地系统单相接地故障可采用本发明公开的一种基于电流故障分量范数的配电网单相接地故障定位技术，在配电网系统各区段线路中安装定位装置后，采集相电流信号并完成信号处理，可实现就地区段定位。具体实施步骤如附图5所示。
步骤1：根据配电网线路中安装的FTU实时测量各区段线路上相电流变化，并据此合成零序电流；
步骤2：当线路相电流所合成的零序电流幅值大于设定的阈值时，可判定单相接地故障发生，录波装置将相电流信号传输至定位装置中；
步骤3：将传输至定位装置中的相电流信号进行处理，通过故障点前后相差整周期倍数的相电流相减获取电流故障分量，并据此提取电流正序、负序和零序故障分量，计算故障分量列向量范数，利用范数结果与零序电流幅值比值的结果与自适应阈值进行大小比较；
步骤4：若步骤3所得比值结果大于装置设定阈值，则判断该区段为故障区段，否则为非故障区段。
将相电流数据进行处理后，各区段电流正、负和零序故障分量幅值、范数计算结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003910043740000102
由步骤4所得的结果可得，故障路径中范数比值结果大于阈值，而非故障路径中范数比值结果小于阈值，实验结果验证了电流正、负和零序故障分量相关理论分析的正确性，所提区段定位技术可完成配电网系统故障区段定位。
本发明还提出一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位装置，所述装置包括：
零序电流合成模块：根据配电网线路中安装的FTU实时测量各区段线路上相电流变化，并据此合成零序电流；
故障判定模块：当零序电流幅值大于设定的阈值时，判定单相接地故障发生，获得电流信号；通过故障点前后相差整周期倍数的相电流相减获取电流故障分量，并据此提取电流正序、负序和零序故障分量，计算电流各序故障分量列向量范数，利用范数结果与零序电流幅值的比值结果与自适应阈值进行大小比较；
故障定位模块：若所得范数结果与零序电流幅值的比值结果大于装置设定阈值，则判断该区段为故障区段，否则为非故障区段。
所述故障判定模块包括如下判定步骤：
S21：获取故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数、非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数；
S22：根据步骤S21中计算得到的两种零序电流分流系数，计算故障路径和非故障路径上的零序电流；
S23：在故障路径和非故障路径中，在监测点获取电流正、负和零序故障分量；
S24：获取故障和非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数；
S25：计算故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值。
所述步骤21中：
对于中性点经消弧线圈接地系统，所述故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数δK为：
Figure BDA0003910043740000111
其中，C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率；
所述非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数为δi：
Figure BDA0003910043740000121
其中α为非故障路径对地容抗；C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率。
对于中性点不接地系统，故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数δK为：
Figure BDA0003910043740000122
其中，C∑为系统等效电容；C′2为故障点下游线路等效电容；
非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数δi为：
Figure BDA0003910043740000123
其中α为非故障路径对地容抗；C∑为系统等效电容；ω为角频率。
所述步骤S22包括：
在中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统中，假设故障点处故障电流为
Figure BDA0003910043740000124
障路径上零序电流表示
Figure BDA0003910043740000125
为：
Figure BDA0003910043740000126
其中，δK为故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数；
Figure BDA0003910043740000127
为故障点处零序故障电流幅值；
非故障路径上零序电流表示
Figure BDA0003910043740000128
为：
Figure BDA0003910043740000129
其中，δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流分流系数；
Figure BDA00039100437400001210
为故障点处零序故障电流幅值。
所述步骤S23包括，
在故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure BDA0003910043740000131
其中，
Figure BDA0003910043740000132
为电流正序故障分量；
Figure BDA0003910043740000133
为电流负序故障分量；
Figure BDA0003910043740000134
为电流零序故障分量。
在非故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure BDA0003910043740000135
其中，
Figure BDA0003910043740000136
为电流正序故障分量；
Figure BDA0003910043740000137
为电流负序故障分量；
Figure BDA0003910043740000138
为电流零序故障分量。
所述步骤S24中，
故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J||2为：
Figure BDA0003910043740000139
其中，I1为电流正序故障分量幅值；I2为电流负序故障分量幅值；I0为电流零序故障分量幅值；δK为故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J′||2为：
Figure BDA00039100437400001310
其中，I′1为电流正序故障分量幅值；I′2为电流负序故障分量幅值；I′0为电流零序故障分量幅值；δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
述步骤S25中，
故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值为：
Figure BDA00039100437400001311
Figure BDA00039100437400001312
||J||2为故障路径上数值2-范数；||J′||2为非故障路径上数值2-范数；δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数；δK为故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
引入自适应阈值P，当线路比值结果大于阈值时，可判定该区段线路为故障区段；而当比值结果小于阈值时，可判定该区段线路为非故障区段。
如图7所示，本实施例提供了一种智能馈线终端设备，包括CPU模块、通信模块、存储模块、测控模块、加密芯片模块、智能监控模块、控制输入模块、控制输出模块、数据处理模块、数据显示模块和FTU电源控制模块，通信模块、测控模块、存储模块、加密芯片模块、智能监控模块、控制输入模块、控制输出模块、数据处理模块、数据显示模块和FTU电源控制模块均与CPU模块连接。
如图8所示，本智能馈线终端采用高性能的嵌入式CPU，装置的实时性、可靠性大为提高。拥有完备的运行状态指示和详尽的各功能单元自检测报告，可以方便的监测系统的运行状况。本智能馈线终端无需过度依赖于主站系统，自身就可以就地完成对配电网的故障检测，故障隔离和供电恢复，同能将现场的馈线中的电压、功率、负荷等通过通信网络传送到远程的配电调度中心，实现远程监测。一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位方法具体在智能馈线终端的CPU模块中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：根据配电网线路中安装的FTU实时测量各区段线路上相电流变化，并据此合成零序电流；
步骤2：当零序电流幅值大于设定的阈值时，判定单相接地故障发生，获得电流信号；以及通过故障点前后相差整周期倍数的相电流相减获取电流故障分量，并据此提取电流正序、负序和零序故障分量，计算电流各序故障分量列向量范数，利用范数结果与零序电流幅值的比值结果与设定的阈值进行大小比较；
步骤3：若步骤2所得范数结果与零序电流幅值的比值结果大于所述设定阈值，则判断该区段为故障区段，否则为非故障区段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
S21：获取故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数、非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数；
S22：根据步骤S21中计算得到的两种零序电流分流系数，计算故障路径和非故障路径上的零序电流；
S23：在故障路径和非故障路径中，在监测点获取电流正、负和零序故障分量；
S24：获取故障和非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数；
S25：计算故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤21中：
对于中性点经消弧线圈接地系统，所述故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数δK为：
Figure FDA0003910043730000011
其中，C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率；
所述非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数为δi：
Figure FDA0003910043730000021
其中α为非故障路径对地容抗；C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S21中，对于中性点不接地系统，故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数δK为：
Figure FDA0003910043730000022
其中，C∑为系统等效电容；C′2为故障点下游线路等效电容；
非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数δi为：
Figure FDA0003910043730000023
其中α为非故障路径对地容抗；C∑为系统等效电容；ω为角频率。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤S22包括：
在中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统中，假设故障点处故障电流为
Figure FDA0003910043730000024
障路径上零序电流表示
Figure FDA0003910043730000025
为：
Figure FDA0003910043730000026
其中，δK为故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数；
Figure FDA0003910043730000027
为故障点处零序故障电流幅值；
非故障路径上零序电流表示
Figure FDA0003910043730000028
为：
Figure FDA0003910043730000029
其中，δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流分流系数；
Figure FDA00039100437300000210
为故障点处零序故障电流幅值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S23包括，
在故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure FDA0003910043730000031
其中，
Figure FDA0003910043730000032
为电流正序故障分量；
Figure FDA0003910043730000033
为电流负序故障分量；
Figure FDA0003910043730000034
为电流零序故障分量。
在非故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure FDA0003910043730000035
其中，
Figure FDA0003910043730000036
为电流正序故障分量；
Figure FDA0003910043730000037
为电流负序故障分量；
Figure FDA0003910043730000038
为电流零序故障分量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S24中，
故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J||2为：
Figure FDA0003910043730000039
其中，I1为电流正序故障分量幅值；I2为电流负序故障分量幅值；I0为电流零序故障分量幅值；δK为故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J′||2为：
Figure FDA00039100437300000310
其中，I′1为电流正序故障分量幅值；I′2为电流负序故障分量幅值；I′0为电流零序故障分量幅值；δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S25中，
故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值为：
Figure FDA00039100437300000311
Figure FDA00039100437300000312
||J||2为故障路径上数值2-范数；||J′||2为非故障路径上数值2-范数；δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数；δK为故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，引入自适应阈值P，当线路比值结果大于阈值时，可判定该区段线路为故障区段；而当比值结果小于阈值时，可判定该区段线路为非故障区段。
10.一种基于电流故障分量范数的单相接地故障区段定位装置，其特征在于，所述装置包括：
零序电流合成模块：根据配电网线路中安装的FTU实时测量各区段线路上相电流变化，并据此合成零序电流；
故障判定模块：当零序电流幅值大于设定的阈值时，判定单相接地故障发生，获得电流信号；通过故障点前后相差整周期倍数的相电流相减获取电流故障分量，并据此提取电流正序、负序和零序故障分量，计算电流各序故障分量列向量范数，利用范数结果与零序电流幅值的比值结果与自适应阈值进行大小比较；
故障定位模块：若所得范数结果与零序电流幅值的比值结果大于装置设定阈值，则判断该区段为故障区段，否则为非故障区段。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述故障判定模块包括如下判定步骤：
S21：获取故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数、非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数；
S22：根据步骤S21中计算得到的两种零序电流分流系数，计算故障路径和非故障路径上的零序电流；
S23：在故障路径和非故障路径中，在监测点获取电流正、负和零序故障分量；
S24：获取故障和非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数；
S25：计算故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述步骤21中：
对于中性点经消弧线圈接地系统，所述故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数δK为：
Figure FDA0003910043730000051
其中，C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率；
所述非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数为δi：
Figure FDA0003910043730000052
其中α为非故障路径对地容抗；C∑为系统等效电容；L为消弧线圈等效电感；C′2为故障点下游线路等效电容；ω为角频率。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述步骤S21中，对于中性点不接地系统，故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数δK为：
Figure FDA0003910043730000053
其中，C∑为系统等效电容；C′2为故障点下游线路等效电容；
非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数δi为：
Figure FDA0003910043730000054
其中α为非故障路径对地容抗；C∑为系统等效电容；ω为角频率。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述步骤S22包括：
在中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统中，假设故障点处故障电流为
Figure FDA0003910043730000055
障路径上零序电流表示
Figure FDA0003910043730000056
为：
Figure FDA0003910043730000057
其中，δK为故障点上游线路零序电流相对于故障点处零序电流分流系数；
Figure FDA0003910043730000058
为故障点处零序故障电流幅值；
非故障路径上零序电流表示
Figure FDA0003910043730000059
为：
Figure FDA00039100437300000510
其中，δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流分流系数；
Figure FDA0003910043730000061
为故障点处零序故障电流幅值。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述步骤S23包括，
在故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure FDA0003910043730000062
其中，
Figure FDA0003910043730000063
为电流正序故障分量；
Figure FDA0003910043730000064
为电流负序故障分量；
Figure FDA0003910043730000065
为电流零序故障分量。
在非故障路径中，其监测点获取的电流正、负和零序故障分量分别为：
Figure FDA0003910043730000066
其中，
Figure FDA0003910043730000067
为电流正序故障分量；
Figure FDA0003910043730000068
为电流负序故障分量；
Figure FDA0003910043730000069
为电流零序故障分量。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述步骤S24中，
故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J||2为：
Figure FDA00039100437300000610
其中，I1为电流正序故障分量幅值；I2为电流负序故障分量幅值；I0为电流零序故障分量幅值；δK为故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
非故障路径中电流正、负和零序故障分量列向量的2-范数||J′||2为：
Figure FDA00039100437300000611
其中，I′1为电流正序故障分量幅值；I′2为电流负序故障分量幅值；I′0为电流零序故障分量幅值；δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述步骤S25中，
故障路径与非故障路径的2-范数计算结果与各自线路零序电流幅值的比值为：
Figure FDA0003910043730000071
Figure FDA0003910043730000072
||J||2为故障路径上数值2-范数；||J′||2为非故障路径上数值2-范数；δi为非故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数；δK为故障路径上零序电流相对于故障点处零序电流的分流系数。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，引入自适应阈值P，当线路比值结果大于阈值时，可判定该区段线路为故障区段；而当比值结果小于阈值时，可判定该区段线路为非故障区段。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118091326A (zh) * 2024-04-17 2024-05-28 国网辽宁省电力有限公司丹东供电公司 基于电流变化特征的接地故障判断方法及系统

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