CN116930685B - 一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网故障定位技术领域，公开了一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法，步骤如下：针对故障上游测量设备任选故障后2个工频周期长度或以上的三相电压、电流数据并滤波获取工频分量。计算测量点三相电压、电流正负零序分量。分别计算线路三相电压、电流正负零序分量；构造故障相电压相量；计算故障相电压相量与线路三相电流零序分量的相角。确定线路故障点到测量点的距离。相比于目前用于配电网故障测距的行波技术，本方法具有良好的经济性和适用性，无需依赖卫星高精度同步授时和高分辨率采样，仅使用单端配电自动化终端的故障工频分量即实现了单相接地故障测距。

Description

一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法

技术领域

本发明涉及配电网馈线自动化故障定位与测距领域，尤其涉及一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法。

背景技术

我国中压配电网多采用中性点非有效接地运行方式，其中单相接地故障占电网总故障的80％左右，如果不及时处理，容易发展成两、三相接地故障，造成大面积停电。因此线路中单相接地故障的准确、快速定位对于提高供电可靠性、减少停电损失具有重要意义。其中故障测距技术用于确定故障点到测量点的距离，是故障点定位技术的重要环节。

目前较为流行的配电网故障测距产品多采用双端或多端行波法，但此类方法需要多套行波检测设备，且依赖于卫星的高精度授时、硬件的高采样率，成本较高，目前还未得到大规模应用。现阶段，我国配电网大多装设了配网自动化系统，配网自动化系统集成了数据采集、数据处理、软件平台等诸多功能于一体，其配电终端所采集的数据具有重要的价值，若能够利用其数据开发单相接地故障测距功能，则可以在不增加新设备投资与维护工作量的基础上，充分发掘配网自动化系统的潜能。

发明内容

本发明针对现有行波技术存在的不足和缺陷，提供了一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法，无需依赖卫星高精度同步授时和高分辨率采样，即以配电自动化系统为实现平台，以故障区段定位技术为基础，实现配电网单相接地故障测距。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法，包括以下步骤。

S1：单相接地故障发生后，针对故障上游测量设备任意选取故障后稳态时的2个工频周期长度或以上的三相电压、电流数据，并滤波获取各自的工频分量。

S2：基于对称分量法，根据所得工频分量分别计算测量点三相电压、电流正负零序分量。

S3：根据测量点三相电压、电流正负零序分量分别计算线路三相电压、电流正负零序分量。

根据线路三相电压正负零序分量构造故障相电压相量。

计算故障相电压相量与线路三相电流零序分量的相角。

S4：通过求解故障相电压相量相角与三相电流零序分量相角的差值约束方程，确定线路故障点到测量点的距离。

优选地，所述S1中获取工频分量的方法如下。

利用IIR低通滤波器分别对每相电压、电流数据进行低通滤波处理，仅保留频率为60Hz以下的信号作为工频分量。

优选地，所述S2中测量点三相电压、电流正负零序分量的具体计算方法如下。

其中，运算子a＝e^j120°，

分别对应测量点三相电压正序分量、测量点三相电压负序分量、测量点三相电压零序分量、测量点a相电压、测量点b相电压、测量点c相电压、测量点三相电流正序分量、测量点三相电流负序分量、测量点三相电流零序分量、测量点a相电流、测量点b相电流、测量点c相电流。

S2-2，将所得各序分量中的最大值作为序分量的模，并规定电压正序分量角度U_{positive_angle}为0rad，而其它序分量角度G_angle的计算公式如下。

其中G_{max_p}、U_{positive_max_p}分别为其它序分量、电压正序分量最大值所对应位置，P为一个工频周期数据所对应的点数。

优选地，所述S3中根据测量点三相电压、电流正负零序分量分别计算线路三相电压、电流正负零序分量/>的方法如下。

其中sequence表示相序，通过取positive、negative、zero来表示正序、负序、零序；x为线路上任意观测点到测量点的距离；为线路的传播常数，/>为线路的波阻抗，两个参数均为相量，计算公式如下。

其中ω是角频率，L为电感，C为电容，R为感抗。

所述S3中根据线路三相电压正负零序分量构造故障相电压相量的方法如下。

所述S3中故障相电压、三相电流零序分量的相角的计算公式如下。

所述S4中，使时x的取值便为故障点到测量点的距离。

本发明的有益技术效果：相比于目前用于配电网故障测距的行波技术，本方法具有良好的经济性和适用性，无需依赖卫星高精度同步授时和高分辨率采样，仅使用单端配电自动化终端的故障工频分量即实现了单相接地故障测距。

附图说明

图1是本发明的总体流程图。

图2是本发明实施例中的被测三相电压波形。

图3是本发明实施例中的被测三相电流波形。

图4是本发明实施例中的电压各序分量波形。

图5是本发明实施例中的电流各序分量波形。

图6是本发明实施例中的故障相电压、零序电流相量相角分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例：如图1所示，一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法。针对如图2、图3所示的A相接地故障波形进行故障测距，包括以下步骤。

S1：单相接地故障发生后，针对故障上游测量设备任意选取故障后稳态时的2个工频周期长度或以上的三相电压、电流数据，并滤波获取各自的工频分量，具体实施方法如下。

如图2、图3所示，实施例中故障发生时刻为0.125s，选取故障后的0.14s～0.30s内8个周期长度的电压、电流数据，利用IIR低通滤波器分别对每相电压、电流故障数据进行低通滤波处理，仅保留频率为60Hz以下的信号作为工频分量。

S2：基于对称分量法，根据所得工频分量分别计算测量点三相电压、电流正负零序分量，具体实施方法如下。

S2-1，对三相电压、电流数据基于对称分量法变换矩阵处理，得到图4、图5所示的电压、电流正负零序波形，其计算公式如下。

其中，运算子a＝e^j120°，分别对应测量点三相电压正序分量、测量点三相电压负序分量、测量点三相电压零序分量、测量点a相电压、测量点b相电压、测量点c相电压、测量点三相电流正序分量、测量点三相电流负序分量、测量点三相电流零序分量、测量点a相电流、测量点b相电流、测量点c相电流。

S2-1，将所得各序分量中的最大值作为序分量的模，，并规定电压正序分量角度U_{positive_angle}为0rad，而其它序分量角度G_angle的计算公式如下。

其中，G_{max_p}、U_{positive_max_p}分别为其它序分量、电压正序分量最大值所对应位置，P为一个工频周期数据所对应的点数。

实施例中，电压正序分量为8019V，电压负序分量/>为0.1703-0.2230iV，电压零序分量/>为-8054.5+92.076i V，电流正序分量/>为48.3814-16.7065i A，电流负序分量/>为0.0039+0.2432i A，电流零序分量/>为0.0018+1.1578i A。

S3：计算电压、电流正负零序分量在线路上的分布，并通过电压正负零序分量构造故障相电压分量，计算故障相电压分量与零序电流分量的相角，具体的实施方法如下。

因为各序网络相互独立，所以根据测量点三相电压、电流正负零序分量结合均匀传输线方程分别计算线路上任意位置处的三相电压、电流正负零序分量/> 具体方法如下。

其中，sequence表示相序，通过取positive、negative、zero来表示正序、负序、零序；x为线路上任意观测点到测量点的距离；为线路的传播常数，/>为线路的波阻抗，两个参数均为相量，计算公式如下。

其中ω是角频率，L为电感，C为电容，R为感抗。

所述S3中根据线路三相电压正负零序分量构造故障相电压相量的方法如下。

所述S3中故障相电压、三相电流零序分量的相角的计算公式如下。

实施例中的故障相电压、零序电流分量相角的线路分布如图6所示，实施例中，真实故障距离位于测量设备下游2km位置处，线路的正、负序传播常数为0.0006+0.0012i，单位为km^-1；线路的正、负序波阻抗为368.97-196.25i，单位为Ω/km；线路的零序传播常数为0.0003+0.0018i，单位为km^-1；线路的零序波阻抗为1406.4-224.12i，单位为Ω/km。

S4：求解故障相电压、零序电流分量相角的差值约束方程，计算线路故障发生距离，具体的实施方法如下。

因配电网单相接地故障的过渡电阻常为纯阻性，故障点处故障相电压分量、零序电流分量的相角一致，因此求解方程得到结果x便为故障点到测量点的距离。实施例中求解结果为1.9417km，与真实故障距离误差为58.3m，满足配电网中对单相接地故障测距的精度要求。

上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：单相接地故障发生后，针对故障上游测量设备任意选取故障后稳态时的2个工频周期长度或以上的三相电压、电流数据，并滤波获取各自的工频分量；

S2：基于对称分量法，根据所得工频分量分别计算测量点三相电压、电流正负零序分量；具体计算方法包括以下步骤：

其中，运算子a＝e^j120°，

分别对应测量点三相电压正序分量、测量点三相电压负序分量、测量点三相电压零序分量、测量点a相电压、测量点b相电压、测量点c相电压、测量点三相电流正序分量、测量点三相电流负序分量、测量点三相电流零序分量、测量点a相电流、测量点b相电流、测量点c相电流；

S2-2，将所得各序分量中的最大值作为序分量的模，规定电压正序分量角度为0rad，则其它序分量角度G_angle的计算公式为：

其中G_{max_p}、U_{positive_max_p}分别为其它序分量、电压正序分量最大值所对应位置，P为一个工频周期数据所对应的点数。

S3：根据测量点三相电压、电流正负零序分量分别计算线路三相电压、电流正负零序分量；

根据线路三相电压正负零序分量构造故障相电压相量；

计算故障相电压相量与线路三相电流零序分量的相角；

其中根据测量点三相电压、电流正负零序分量分别计算线路三相电压、电流正负零序分量/>的方法为：

式中sequence表示相序，通过取positive、negative、zero来表示正序、负序、零序；x为线路上任意观测点到测量点的距离；为线路的传播常数，/>为线路的波阻抗，两个参数均为相量，计算公式为：

式中ω是角频率，L为电感，C为电容，R为感抗；

其中根据线路三相电压正负零序分量构造故障相电压相量的方法为：

其中故障相电压、三相电流零序分量的相角的计算公式为：

S4：通过求解故障相电压相量相角与三相电流零序分量相角的差值约束方程，确定线路故障点到测量点的距离，即使时x的取值。

2.根据权利要求1所述的一种适用于配电网单相接地故障的单端测距方法，其特征在于，所述S1中获取工频分量的方法为：

利用IIR低通滤波器分别对每相电压、电流数据进行低通滤波处理，仅保留频率为60Hz以下的信号作为工频分量。