CN116609617A - 结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法,将主线第一个安装传感器的杆位设为出线首杆,获取各出线首杆传感器故障初始时刻的前X个周波和后Y个周波三相电流录波数据序列,合成各出线首杆的零序电流序列,根据合成零序电流进行故障选线。在完成故障选线后,进一步根据三相电流变化不平衡度选择出故障相。然后根据拓扑关系,从变电站母线方向往负荷侧,逐渐增大编号,调取故障线路沿线传感器故障相在故障初始时刻的相电流录波数据序列,根据沿线传感器故障相与首杆传感器故障相的相似度差异,最终确定故障区段,完成故障选段定位。由此,能进行相应的数据转化和处理,提供有效的判断依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种接地故障定位方法,尤其涉及一种结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法。
背景技术
对于现有技术来看,配电网承担着绝对大数电力用户的供电服务功能,是影响供电可靠性的最重要环节,其具有分布范围广、分支线路多、网络拓扑复杂、外部环境和气候条件恶劣等特点,是故障概率最高的部分(电网故障占比80%以上)。
其中,单相接地的发生率最为频繁,又占配网系统总故障率的80%以上,短路故障也多为单相接地后演变而成多相接地所形成。配电网尤其小电流接地系统下,单相接地故障的故障特征微弱,而且可能动态变化,与具体的线路参数、接地电阻、中性点接地方式等都相关,所以配电网单相接地故障检测与定位一直是难题。
目前,为了实现单向接地故障的定位,主要采用基于暂态录波故障指示器或者配网广域同步传感器的方式来实施。这类设备基本原理都是在配网的架空线路选择节点安装相电流采集单元或相电流传感器,负责采集安装节点位置的三相电流,再经过某种接地故障触发条件后,将故障时刻的三相电流波形统一上传至某一算法后台(其算法平台可能不属于某一服务器或者边缘计算装置),在后台或边缘计算装置合成零序电流。最后,根据多采集点零序电流的波形差异进行单相接地故障定位。
实施期间,此类处理做法需要的数据传输量较大,故障定位有较大延时,各点都需要传输三相电流数据到算法后台。此外还可能因为无线通信不稳定性或者安装位置负荷不够的原因,尤其位于线路后端的设备受安装环境限制(位于山区,或线路末端负荷较小)。更易出现不能收集齐某一安装位置三相电流波形的情况,这时不能合成零序电流,就会造成故障定位区间扩大。
有鉴于上述的缺陷,本设计人,积极加以研究创新,以期创设一种结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法,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结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法。
本发明的结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法,将主线第一个安装传感器的杆位设为出线首杆,其包括以下步骤:
步骤一,获取各出线首杆传感器故障初始时刻的三相电流录波数据序列,设为I(j,m,n,k)(n=1,表示为首杆),其中,j表示数据序列的第j个数据;m表示第m条出线,k表示相别,k=1,2,3,分别表示A,B,C相;
步骤二,通过录波数据序列,获取故障初始时刻的前X个周波和后Y个周波,X不小于3,Y不小于5;
步骤三,根据拓扑关系,从变电站母线方向往负荷侧,逐渐增大编号,首杆的编号设为1,第m条出线的传感器设为Nm;
步骤四,合成各出线首杆的零序电流序列为,
故障初始时刻能根据零序电压突变、电场突变或实时零序电流突变来触发,需要传感器每个工频周波采样点数一样,且不小于80点,每工频周波的采样点数记为G;
步骤五,根据合成零序电流进行故障选线。
进一步地,上述的结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法,其中,所述步骤五中采用如下步骤,
1)选择故障初始时刻相邻的小数据窗口,对所有的出线首杆都计算位于该小数据窗口的零序电流幅值累计值,将所有出线首杆零序电流按照累加值大小排序,选出最大的三条出线;
2)计算最大出线与另外两条次大出线之间的小数据窗内零序电流归一化互相关值,相关结果分别为设为cor1和cor2,将cor1和cor2和事先设定的thres_P1门限做比较,如果都小于thres_P1,则幅值最大出线对应的出线即为故障出线,记该出线为mf,如果不是且都小于thres_P1,则认为故障在区域外,thres_P1取值范围为-0.8至-1;
3)设故障出线首杆的相电流变化量序列为Id(i,mf,1,k),
对相电流变化量Id求出幅度最大值,该幅度最大值所在的相别k既为故障相别kf;
4)检测故障出线mf线沿线各传感器的故障相相电流变化量数据序列Id(i,mf,n,kf),该变化量数据在传感器本地计算后上传,上传数据长度为G个数据;或是,直接召测故障出线mf线沿线各传感器的故障相电流数据,令相电流原始数据上传到算法后台后,上传数据长度为(X+Y)*G个数据,在算法后台进行计算得到相电流变量数据序列Id(i,mf,n,kf);
5)计算沿线各传感器故障相相电流变化量Id(i,mf,n,kf)与首杆得到的故障相相电流变化量Id(i,mf,n,kf)之间的归一化互相关系数corr(n);
6)计算每个安装点与其拓扑相邻的所有下游节点的相关结果差值,diff_corr(n1,n2)=abs(corr(n1)-corr(n2)),其中abs表示取绝对值,Thres_P2取值范围为0.5至2;n1,n2表示故障线沿线从母线到负荷方向编号的第n1和n2套传感器,并且第n1套传感器和第n2套传感器构成上下游相邻的关系。实施期间,和第n1套传感器相邻的下游传感器可能会有多套。
若不存在满足大于thres_P2的节点,则故障位于拓扑结构的最下游;
若存在满足大于thres_P2的节点,则故障位于所属安装节点与其下游相邻节点围成的区段内。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
1、能有效结合零序电流和相电流故障特征,进行相应的数据转化和处理,提供有效的判断依据。
2、能够降低基于多点采集数据的单相接地故障定位算法传输的数据量,提高故障定位实时性。
3、可以减少因为某些原因造成三相数据不全导致的故障定位区间扩大的问题。
4、无需改动线路已经安装故障指示器或广域同步传感器,可重复利用。
5、整体步骤简单,便于实施。
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是结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法的实施示意图。
图2是本发明引用的处理线路拓扑图。
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2的结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法,将主线第一个安装传感器的杆位设为出线首杆,其包括以下步骤:
步骤一,获取各出线首杆传感器故障初始时刻的三相电流录波数据序列,设为I(j,m,n,k)(n=1),其中,j表示数据序列的第j个数据;m表示第m条出线,(出线总数目为M),k表示相别,k=1,2,3,分别表示A,B,C相。由此,表示在第m条出线的第几组传感器(或采集单元)。
步骤二,通过录波数据序列,获取故障初始时刻的前X个周波和后Y个周波,X不小于3,Y不小于5。实施期间,X默认为5,Y默认为8。
步骤三,根据拓扑关系,从变电站母线方向往负荷侧,逐渐增大编号,首杆的编号设为1,第m条出线的传感器(或采集单元)设为Nm。
步骤四,合成各出线首杆的零序电流序列实施期间,故障初始时刻能根据零序电压突变、电场突变或实时零序电流突变来触发,需要传感器(或采集单元)每个工频周波采样点数一样,且不小于80点(默认为256点),每工频周波的采样点数记为G。同时,每组传感器(或采集单元)三相之间同步误差要不超过100微秒,默认不超过10微秒,以减少合成零序电流误差。
步骤五,根据合成零序电流进行故障选线。
结合本发明一较佳的实施方式来看,采用的步骤五中采用如下步骤:
首先,选择故障初始时刻相邻的小数据窗口,对所有的出线首杆都计算位于该小数据窗口的零序电流幅值累计值,将所有出线首杆零序电流按照累加值大小排序,选出最大的三条出线。
之后,计算最大出线与另外两条次大出线之间的小数据窗内零序电流归一化互相关值,相关结果分别为设为cor1和cor2,将cor1和cor2和事先设定的thres_P1门限做比较。如果都小于thres_P1,则幅值最大出线对应的出线即为故障出线,记该出线为mf。如果不是且都小于thres_P1,则认为故障在区域外。也就是说,遇到这样的情况就表示故障既不在所有出线首杆下游覆盖的范围,可能在母线,或者某条出线首杆到母线的范围内)。实施期间,thres_P1取值范围为-0.8至-1(默认为-0.9)。
接着,设故障出线首杆的相电流变化量序列为Id(i,mf,1,k),
对相电流变化量Id求出幅度最大值,该幅度最大值所在的相别k既为故障相别kf;
然后,检测故障出线mf线沿线各传感器(或采集单元)的故障相相电流变化量数据序列Id(i,mf,n,kf),该变化量数据在传感器(或采集单元)本地计算后上传,上传数据长度为G个数据。或是,直接召测故障出线mf线沿线各传感器(或采集单元)的故障相电流数据,令相电流原始数据上传到算法后台后,上传数据长度为(X+Y)*G个数据,在算法后台利用上述公式进行计算得到相电流变化变量数据序列Id(i,mf,n,kf);
随后,计算沿线各传感器(或采集单元)故障相相电流变化量Id(i,mf,n,kf)与首杆得到的故障相相电流变化量Id(i,mf,n,kf)之间的归一化互相关系数corr(n)。
最终,计算每个安装点与其拓扑相邻的所有下游节点的相关结果差值,diff_corr(n1,n2)=abs(corr(n1)-corr(n2)),其中abs表示取绝对值。同时,按照拓扑关系注意定位是否存在差值大于门限thres_P2的安装节点。Thres_P2取值范围为0.5至2(默认为1)。若不存在满足大于thres_P2的节点,则故障位于拓扑结构的最下游。若存在满足大于thres_P2的节点,则故障位于所属安装节点与其下游相邻节点围成的区段内。
简而言之,采用本发明后,通过获取各出线首杆传感器故障初始时刻的前X个周波和后Y个周波三相电流录波数据序列,合成各出线首杆的零序电流序列,根据合成零序电流进行故障选线。在完成故障选线后,进一步根据三相电流变化不平衡度选择出故障相。然后根据拓扑关系,从变电站母线方向往负荷侧,逐渐增大编号,调取故障线路沿线传感器故障相在故障初始时刻的相电流录波数据序列,根据沿线传感器故障相与首杆传感器故障相的相似度差异,最终确定故障区段,完成故障选段定位。
为了更好的实施本发明,可提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质包括存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集。其中在指令、程序、代码集或所述指令集运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述的单相接地故障定位方法。
并且,还可提供一种单相接地故障定位装置。具体来说,其包括处理器、存储器以及存储在存储器中且被配置为由处理器执行的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集,处理器执行指令、程序、代码集或指令集时实现上述单相接地故障定位方法。
同时,该单相接地故障定位装置还包含通信单元,用于和传感器或采集单元通信获取各安装点的相电流数据;包含故障选线单元,用于根据所述根据零序电流的故障选线方法实现故障选线;包含故障定位单元,用于根据所述根据相电流的故障定位方法实现故障区段定位。
结合实际实施来看,以图2的线路拓扑图为例。其两端母线并列运行,一共6条出线。预设真实故障在512线主线27#和60#之间,且排除第一分支(图中椭圆区域)。
开始故障选线。具体来说,可选取故障初始时刻前16点后24点作为小数据窗。之后,根据小数据窗内的零序电流幅值累加值排序得到最大的三条出线依次为512线,515线,516线。然后计算512线与515线,512线与516线之间的互相关,得到cor1=-0.94,cor2=-0.95。因为cor1和cor2都小于thres_P1=-0.9,所以故障线路为512线。
进行故障选相:计算512线2#的三相相电流,得到幅值最大为A相,确认故障为A相。
进行故障定位:获得沿线下游各设备A相相电流变化量序列波形,并依次根据拓扑关系,求出与其首杆(2#)相电流变化量之间的互相关系数。其结果可以如下表所示。
之后,依次求出每个设备与其相邻下游设备的相关差值绝对值。
进一步来看,2#相邻下游为27#,diff_corr(2,27)=1-0.98=0.02。27#相邻的下游有60#和第一分支3#,diff_corr(27,60)=0.98-(-0.92)=1.9。diff_corr(27,分3)=0.98-(-0.93)=1.91。
同时,60#相邻下游节点70#,diff_corr(60,70)=abs(-0.92-(-0.9)=0.02。27#与其相邻的下游节点相关差值均大于门限thres_P2=1;所以故障位于主线27#和60#之间,排除中间的第一分支3#下游,与实际故障区间吻合。
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:
1、能有效结合零序电流和相电流故障特征,进行相应的数据转化和处理,提供有效的判断依据。
2、能够降低基于多点采集数据的单相接地故障定位算法传输的数据量,提高故障定位实时性。
3、可以减少因为某些原因造成三相数据不全导致的故障定位区间扩大的问题。
4、无需改动线路已经安装故障指示器或广域同步传感器,可重复利用。
5、整体步骤简单,便于实施。
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 (2)
1.结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法,将主线第一个安装传感器的杆位设为出线首杆,其特征在于包括以下步骤:
步骤一,获取各出线首杆传感器故障初始时刻的三相电流录波数据序列,设为I(j,m,n,k),其中,n=1,表示为首杆,j表示数据序列的第j个数据;m表示第m条出线,k表示相别,k=1,2,3,分别表示A,B,C相;
步骤二,通过录波数据序列,获取故障初始时刻的前X个周波和后Y个周波,X不小于3,Y不小于5;
步骤三,根据拓扑关系,从变电站母线方向往负荷侧,逐渐增大编号,首杆的编号设为1,第m条出线的传感器设为Nm;
步骤四,合成各出线首杆的零序电流序列为,
故障初始时刻能根据零序电压突变、电场突变或实时零序电流突变来触发,需要传感器每个工频周波采样点数一样,且不小于80点,每工频周波的采样点数记为G;
步骤五,根据合成零序电流进行故障选线。
2.根据权利要求1所述的结合零序电流和相电流特征的单相接地故障定位方法,其特征在于:所述步骤五中采用如下步骤,
1)选择故障初始时刻相邻的小数据窗口,对所有的出线首杆都计算位于该小数据窗口的零序电流幅值累计值,将所有出线首杆零序电流按照累加值大小排序,选出最大的三条出线;
2)计算最大出线与另外两条次大出线之间的小数据窗内零序电流归一化互相关值,相关结果分别为设为cor1和cor2,将cor1和cor2和事先设定的thres_P1门限做比较,如果都小于thres_P1,则幅值最大出线对应的出线即为故障出线,记该出线为mf,如果不是且都小于thres_P1,则认为故障在区域外,thres_P1取值范围为-0.8至-1;
3)设故障出线首杆的相电流变化量序列为Id(i,mf,1,k),
i=1,2,3,……,G k=1,2,3,对相电流变化量Id求出幅度最大值,该幅度最大值所在的相别k既为故障相别kf;
4)检测故障出线mf线沿线各传感器的故障相相电流变化量数据序列Id(i,mf,n,kf),该变化量数据在传感器本地计算后上传,上传数据长度为G个数据;或是,直接召测故障出线mf线沿线各传感器的故障相电流数据,令相电流原始数据上传到算法后台后,上传数据长度为(X+Y)*G个数据,在算法后台进行计算得到相电流变量数据序列Id(i,mf,n,kf);
5)计算沿线各传感器故障相相电流变化量Id(i,mf,n,kf)与首杆得到的故障相相电流变化量Id(i,mf,n,kf)之间的归一化互相关系数corr(n);
6)计算每个安装点与其拓扑相邻的所有下游节点的相关结果差值,diff_corr(n1,n2)=abs(corr(n1)-corr(n2)),其中abs表示取绝对值,Thres_P2取值范围为0.5至2,所述n1,n2表示故障线沿线从母线到负荷方向编号的第n1和n2套传感器,并且第n1套传感器和第n2套传感器构成上下游相邻的关系;
若不存在满足大于thres_P2的节点,则故障位于拓扑结构的最下游;
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CN117254441A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-19 | 昆明理工大学 | 基于主动干预式有源电压补偿的配电网接地故障熄弧方法 |
CN117254441B (zh) * | 2023-11-16 | 2024-01-26 | 昆明理工大学 | 基于主动干预式有源电压补偿的配电网接地故障熄弧方法 |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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