CN116148595A - 提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，包括有基于采集的零序电压和零序电流，其包括以下步骤：设定每周波零序电压的采样点数目，获取对应的原始零序电压录波数据流；将原始零序电压录波数据流转化为加权累加差分零序电压序列；对获取的加权累加差分零序电压序列进行波形突变检测，获得突变时刻时间标签；根据时间标签获得相同时刻的所有安装点的零序电流该周波的录波数据；计算各安装点零序电流该周波录波序列与加权累加差分零序电压该周波数据序列的相关系数，进行故障判别。由此，可以利用加权积分提高了高阻接地故障下的零序电流的辨识度和抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压变化检测方法，尤其涉及一种提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法。
背景技术
城市配电网更多采用电缆线路，发生单相接地故障时短路电流大，为了限制故障发生时的过电压水平和快速切除故障线路，电缆线路中，小电阻接地方式应用越来越广泛。小电阻接地方式通常采用零序过电流保护，其整定值需要躲过区外线路发生金属性接地故障时流过区内线路的对地电容电流，因为电缆线路的对地电容电流较大，所以一般定值较高，例如部分区域为60A。
但是受自然环境等因素影响，配电网经常发生非理想导体的高阻接地故障，此时故障电流小于零序电流保护定值，造成保护拒动，故障不易被切除，还可能引发故障点火灾、人畜伤亡等严重故障。
对于10kV配网线路可做简单估算，如果零序过电流保护定值为60A，对应接地电阻不超过90欧姆，对于超过90欧姆的高阻接地都无法动作了。同时对于小电阻接地系统，因为
中性点接地电阻小，高阻接地时，中性点的零序电压很小，如果直接采用零序电压启动来提高灵敏度也作用有限，存在死区，例如以小电流接地系统常用的零序电压15V作为启动门限，在小电阻接地系统中也只能反应接地电阻不超过100欧姆的单相接地故障。如上分析，对于小电阻接地系统，如果单纯采用零序电流过流保护，对于高阻故障无法反应，如果采用简单的零序电压过限的算法，也存在类似的高阻死区，高阻故障无法成功检测定位。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法。
本发明的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，包括有基于采集的零序电压和零序电流，其包括以下步骤：
步骤一，设定每周波零序电压的采样点数目，获取对应的原始零序电压录波数据流；
步骤二，将原始零序电压录波数据流转化为加权累加差分零序电压序列；
步骤三，对获取的加权累加差分零序电压序列进行波形突变检测，获得突变时刻突变时刻时间标签；
步骤四，根据突变时刻时间标签获得相同时刻的所有安装点的零序电流该周波的录波数据；
步骤五，计算各安装点零序电流该周波录波序列与加权累加差分零序电压该周波数据序列的相关系数，进行故障判别。
进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述零序电压通过安装点的监测数据获取，其来自母线处或是来自线路的某一点；所述零序电流来自各安装点。
更进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述步骤一中，设定每周波零序电压的采样点数目为N，取范围为128至512，设经过录波的原始零序电压录波数据流为Uo(m*N+n),其中m表示第m个录波周波，n表示在第m个录波周波中的第n个录波数据。
更进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述N默认取值为256。
更进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述步骤二中，根据原始零序电压录波数据流,经过变换得到新的加权累加零序电压序列Us，
其中，
上述公式中的x(l)是对[UO((m-L+l)*N+n)-UO((m-L)*N+n)]的序列经过傅里叶变换得到的基波幅值，
其中，设定参数最大累加录波数L,取值范围为8至256。
更进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述L的默认取值为32。
更进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述步骤三中，对加权累加零序电压序列Us，每计算得到一个采样点，则和事先设定的门限THres_Us进行对比，所述门限THres_Us为3至20；
若超过该门限值，则加一；
若在连续的P次统计中，超过门限的计算超过Q次，则认为零序电压发生了突变，记录当前的突变时刻时间标签Ts；
其中，Q≤P。
更进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述门限THres_Us默认为10，所述Q默认为3，P默认为5。
更进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述步骤四中，根据突变时刻时间标签Ts，取得各安装点以突变时刻时间标签Ts时刻为起始时刻的一个周波零序电流序列Io(k,n),同时也取得加权另加零序电压在该时刻为起始点的一个周波数据Us(n)，其中，k表示第k个安装点。
再进一步地，上述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其中，所述步骤五中，逐安装点计算周波零序电流序列Io(k,n)与个周波数据序列Us(n)的相关系数Corr(k)，
若相关系数Corr(k)≥门限阈值THres_C1,则认为该安装点不位于故障线路的故障点上游，
若相关系数Corr(k)≤门限阈值THres_C2,则认为该安装点位于故障线路的故障点上游，
所述门限阈值THres_C1默认取值为0.9，所述门限阈值THres_C2默认取值为-0.9。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
可以利用加权积分提高了高阻接地故障下的零序电流的辨识度和抗干扰能力。同时，能并直接通过积分结果与零序电压的相关计算，构成简单有效的提高接地故障定位准确率的方法。
能够基于对差分零序电压的积分累加，克服小电阻接地下零序电压在高阻故障存在死区的问题，并结合查分零序电压与零序电流的相位关系，实现小电阻接地下的高阻接地故障检测与定位。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是原始零序电压波形图。
图2是进行加权差分累加后的波形图。
图3是图2的局部放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至3的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，包括有基于采集的零序电压和零序电流，其与众不同之处在于包括以下步骤：
步骤一，设定每周波零序电压的采样点数目，获取对应的原始零序电压录波数据流。实施期间，设定每周波零序电压的采样点数目为N，取范围为128至512。N取值越大，计算量越大，但是对数据暂态信号保真度越高。为此，可以根据需要来设定N的值，可默认为256，满足常规需要。之后，设经过录波的原始零序电压录波数据流为Uo(m*N+n),其中m表示第m个录波周波，n表示在第m个录波周波中的第n个录波数据。
步骤二，将原始零序电压录波数据流转化为加权累加差分零序电压序列。具体来说，根据原始零序电压录波数据流,经过变换得到新的加权累加零序电压序列Us。
实施期间，
UO((m-L)*N+n)]，(m≥L)。
上述公式中的x(l)是对[UO((m-L+l)*N+n)-UO((m-L)*N+n)]的序列经过傅里叶变换得到的基波幅值。其中，设定参数最大累加录波数L,取值范围为8至256。取值越小，高阻故障检测越快，但是高阻故障的反应能力会降低，取值越长，高阻故障检测需要的时间越长，但是高阻故障检测的灵敏度越高。通过多次对比试验后发现，L的默认取值为32即可。
步骤三，对获取的加权累加差分零序电压序列进行波形突变检测，获得突变时刻突变时刻时间标签。也就是说，对加权累加零序电压序列Us，每计算得到一个采样点，则和事先设定的门限THres_Us进行对比，门限THres_Us为3至20。
实施期间，若超过该门限值，则加一。若在连续的P次统计中，超过门限的计算超过Q次，则认为零序电压发生了突变，记录当前的突变时刻时间标签Ts。其中，Q≤P。考虑到实施的便利，门限THres_Us默认为10，Q默认为3，P默认为5。
步骤四，根据突变时刻时间标签获得相同时刻的所有安装点的零序电流该周波的录波数据。具体来说，根据突变时刻时间标签Ts，取得各安装点以突变时刻时间标签Ts时刻为起始时刻的一个周波零序电流序列Io(k,n)。同时也可取得加权另加零序电压在该时刻为起始点的一个周波数据Us(n)。其中，k表示第k个安装点。
步骤五，计算各安装点零序电流该周波录波序列与加权累加差分零序电压该周波数据序列的相关系数，进行故障判别。具体来说，逐安装点计算周波零序电流序列Io(k,n)与个周波数据序列Us(n)的相关系数Corr(k)。
采用以下公式，
若相关系数Corr(k)≥门限阈值THres_C1,则认为该安装点不位于故障线路的故障点上游。若相关系数Corr(k)≤门限阈值THres_C2,则认为该安装点位于故障线路的故障点上游。考虑到实施的便利，采用的门限阈值THres_C1默认取值为0.9，门限阈值THres_C2默认取值为-0.9。
结合本发明一较佳的实施方式来看， 零序电压通过安装点的监测数据获取，其来自母线处或是来自线路的某一点；零序电流来自各安装点。由此，最终故障定位结果将是位于某两个安装点之间，或者是某一个安装点下游，或者是位于区域外(表示故障不在任何一个安装点的下游)。
本发明的工作原理如下：
某地出现高阻接地故障，其原始零序电压波形如图1所示。之后，进行加权差分累加，获得如图2所示的零序电压波形。在此期间，采用的最大加权累计次数L＝32。随后，局部放大经过L＝32的加权差分累加后的零序电压，获得如图3所示的零序电压波形(单周波)
接着，根据经过差分加权累加后的零序电压与故障点上游的零序电流相关系数为-0.97，与故障点下游的零序电流相关系数为0.95。之后，识别监测点是否位于故障线路的故障点上游。
由本例可以看到经过本方法，经过加权差分累加处理的零序电压可以明显提升小电阻接地系统高阻接地时的原始零序电压信号质量，经过加权差分累加处理的零序电压与监测点的零序电流之间的相关系数可以明显判断出监测点是否位于单相接地故障线路的故障点上游。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：
可以利用加权积分提高了高阻接地故障下的零序电流的辨识度和抗干扰能力。同时，能并直接通过积分结果与零序电压的相关计算，构成简单有效的提高接地故障定位准确率的方法。
能够基于对差分零序电压的积分累加，克服小电阻接地下零序电压在高阻故障存在死区的问题，并结合查分零序电压与零序电流的相位关系，实现小电阻接地下的高阻接地故障检测与定位。
此外，本发明所描述的指示方位或位置关系，均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构造必须具有特定的方位，或是以特定的方位构造来进行操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，包括有基于采集的零序电压和零序电流，
其特征在于包括以下步骤：
步骤一，设定每周波零序电压的采样点数目，获取对应的原始零序电压录波数据流；
步骤二，将原始零序电压录波数据流转化为加权累加差分零序电压序列；
步骤三，对获取的加权累加差分零序电压序列进行波形突变检测，获得突变时刻时间标签；
步骤四，根据突变时刻时间标签获得相同时刻的所有安装点的零序电流该周波的录波数据；
步骤五，计算各安装点零序电流该周波录波序列与加权累加差分零序电压该周波数据序列的相关系数，进行故障判别。
2.根据权利要求1所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述零序电压通过安装点的监测数据获取，其来自母线处或是来自线路的某一点；所述零序电流来自各安装点。
3.根据权利要求1所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述步骤一中，设定每周波零序电压的采样点数目为N，取范围为128至512，设经过录波的原始零序电压录波数据流为Uo(m*N+n),其中m表示第m个录波周波，n表示在第m个录波周波中的第n个录波数据。
4.根据权利要求3所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述N默认取值为256。
5.根据权利要求1所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述步骤二中，根据原始零序电压录波数据流,经过变换得到新的加权累加零序电压序列Us，
其中，
(m≥L)；
上述公式中的x(l)是对[UO((m-L+l)*N+n)-UO((m-L)*N+n)]的序列经过傅里叶变换得到的基波幅值，
其中，设定参数最大累加录波数L,取值范围为8至256。
6.根据权利要求5所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述L的默认取值为32。
7.根据权利要求1所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述步骤三中，对新的加权累加零序电压序列Us，每计算得到一个采样点，则和事先设定的门限THres_Us进行对比，所述门限THres_Us为3至20；
若超过该门限值，则加一；
若在连续的P次统计中，超过门限的计算超过Q次，则认为零序电压发生了突变，记录当前的突变时刻时间标签Ts；
其中，Q≤P。
8.根据权利要求7所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述门限THres_Us默认为10，所述Q默认为3，P默认为5。
9.根据权利要求1所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述步骤四中，根据突变时刻时间标签Ts，取得各安装点以突变时刻时间标签Ts时刻为起始时刻的一个周波零序电流序列Io(k,n),同时也取得加权另加零序电压在该时刻为起始点的一个周波数据Us(n)，其中，k表示第k个安装点。
10.根据权利要求1所述的提高小电阻接地系统零序电压变化灵敏度检测的方法，其特征在于：所述步骤五中，逐安装点计算周波零序电流序列Io(k,n)与个周波数据序列Us(n)的相关系数Corr(k)，
若相关系数Corr(k)≥门限阈值THres_C1,则认为该安装点不位于故障线路的故障点上游，
若相关系数Corr(k)≤门限阈值THres_C2,则认为该安装点位于故障线路的故障点上游，
所述门限阈值THres_C1默认取值为0.9，所述门限阈值THres_C2默认取值为-0.9。
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