CN117741348A - 一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，涉及电力系统10kV配电网小电流接地故障识别技术领域，所述方法在计算10kV配电网单相接地故障发生时，通过突变时刻滑动全波数据窗内的暂态零序电流超前暂态零序电压的连续多个基波角度矢量，叠加所得基波角度矢量获得矢量和，并利用所述矢量和所在象限判定是界外故障或界内故障。本发明方法克服了直接搜索暂态首半波位置困难，首半波极性关系正确的时间短、不容易识别，容易造成误判的问题，提高了判断结果的稳定性和准确率。通过将暂态零序电流和暂态零序电压的原始采样点逐点依次累加后，进行零序电流累加量超前零序电压累加量的基波角度矢量计算，可获得超前角度“矢量和”，该算法可以简化运算过程、减少运算量，非常适合配电终端设备MCU运算能力较弱的情况。

Description

一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法

技术领域

本发明涉及电力系统10kV配电网小电流接地故障识别技术领域，具体提供一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法。

背景技术

目前我国10kV配电网系统通常采用中性点非直接接地系统（即小电流接地系统），它包括中性点不接地 、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地等系统。

近年来随着经济的快速发展配电网电缆化率逐年升高，系统容性电流不断增加。为了增强电网安全性以及提高供电可靠性，要求永久接地故障及时隔离、瞬时故障及时恢复。

常规的小电流接地故障检测方法主要有首半波法、暂态有功功率方向法、暂态无功功率方向法、稳态有功功率方向法、稳态无功功率方向法等，其中基于暂态量的首半波法因其具有非常典型的物理特征，故而得到了更为广泛的使用，但是该方法也存在极性关系正确的时间短、不容易识别等缺点。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法。该方案完全依托暂态特征量，在采样设备具备完全的信号量识别精度时，可准确的分辨出界内还是界外故障。

一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，所述方法在计算10kV配电网单相接地故障发生时，通过突变时刻滑动全波数据窗内的暂态零序电流超前暂态零序电压的连续多个基波角度矢量，叠加所得基波角度矢量获得矢量和，并利用所述矢量和所在象限判定是界外故障或界内故障。

其中，零序电压是当中性点直接接地系统（又称大电流接地系统）中发生接地短路时出现的电压。在中性点非直接接地系统（中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地）中当发生接地短路时，也会产生零序电压。

更进一步的，所述界内故障为故障接地点位于检测点的负荷侧，当跳开检测点断路器时能隔离故障恢复系统正常。

更进一步的，所述界外故障为故障接地点位于检测点的电源侧，当跳开检测点断路器时不能隔离故障恢复系统正常。

更进一步的，所述矢量和的计算过程如下：

通过将暂态零序电流和暂态零序电压的原始采样点逐点依次累加后，进行零序电流累加量超前零序电压累加量的基波角度矢量计算。

更进一步的，所述矢量和角度位于2象限或者3象限时，判定为界内故障。

更进一步的，所述矢量和角度位于1象限或者4象限时，则判定为界外故障。

更进一步的，所述方法的实现包括步骤如下：

1）检测零序电压或零序电流；

2）逐点搜索零序电压或零序电流突变点；

3）拷贝零序电压或零序电流突变点之前的32点和之后的32点，放在后半波；

4）补齐零序电压和零序电流前半波的64点为0值；

5）逐点累加零序电压和零序电流128点，获得新的累加量数据；

6）根据累加量基波夹角矢量位于的象限，判断故障。

与现有技术相比，本发明一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法具有以下突出的有益效果：

本发明方法克服了直接搜索暂态首半波位置困难，首半波极性关系正确的时间短、不容易识别，容易造成误判的问题，提高了判断结果的稳定性和准确率。通过将暂态零序电流和暂态零序电压的原始采样点逐点依次累加后，进行零序电流累加量超前零序电压累加量的基波角度矢量计算，可获得超前角度“矢量和”，该算法可以简化运算过程、减少运算量，非常适合配电终端设备MCU运算能力较弱的情况。

附图说明

图1是单相接地故障界内接地故障零序电流与零序电压图；

图2是单相接地故障界外接地故障零序电流与零序电压图；

图3是配电自动化装置实时检测流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

如图3所示，所述方法的实现包括步骤如下：

1）检测零序电压或零序电流；

2）逐点搜索零序电压或零序电流突变点；

3）拷贝零序电压或零序电流突变点之前的32点和之后的32点，放在后半波；

4）补齐零序电压和零序电流前半波的64点为0值；

5）逐点累加零序电压和零序电流128点，获得新的累加量数据；

6）根据累加量基波夹角矢量位于的象限，判断故障：

当累加量基波夹角矢量位于2象限或3象限，属于界内故障，提示告警或跳闸；

当累加量基波夹角矢量位于1象限或4象限，属于界外故障。

如图1所示，首先，通过零序电压或零序电流突变检测，截取图1中零序电压与零序电流的故障发生时刻（即图中0时刻）之前的32点及之后32点，该64点数据之前增加96点的0值，即形成两个160点的数组。

首先计算0-127点零序电流超前零序电压的基波角度矢量值。

然后全波数据窗依次滑动一个点，连续计算出32个基波角度矢量值（即依次计算1-128、2-129、......、32-159），累加基波角度矢量值即可获得一个位于2象限或3象限的基波角度“矢量和”，并且远离虚轴，符合首半波的理论特征，由此特征可以判定为界内故障。

另外，由于前96点为0，可通过依次逐点累加32点到159点的数据（即：U₃₂=u₃₂、U₃₃=U₃₂+u₃₃、......、U₁₅₉=U₁₅₈+u₁₅₉；I₃₂=i₃₂、I₃₃=I₃₂+i₃₃、......、I₁₅₉=I₁₅₈+i₁₅₉），进行零序电流累加量超前零序电压累加量的基波角度矢量的计算，可获得一个位于2象限或3象限的角度矢量，并且远离虚轴，符合首半波的理论特征，由此特征可以判定为界内故障。此方法计算量小，并且所获的结果与前一方式完全一致。

如图2所示，其次，通过零序电压或零序电流突变检测，截取图2中零序电压与零序电流的故障发生时刻（即图中0时刻）之前的32点及之后32点，该64点数据之前增加96点的0值，即形成两个160点的数组。

首先计算0-127点零序电流超前零序电压的基波角度矢量值。

然后全波数据窗依次滑动一个点，连续计算出32个基波角度矢量值（即依次计算1-128、2-129、......、32-159），累加基波角度矢量值即可获得一个位于1象限或4象限的基波角度“矢量和”，并且远离虚轴，符合首半波的理论特征，由此特征可以判定为界外故障。

另外，由于前96点为0，可通过依次逐点累加32点到159点的数据（即：U₃₂=u₃₂、U₃₃=U₃₂+u₃₃、......、U₁₅₉=U₁₅₈+u₁₅₉；I₃₂=i₃₂、I₃₃=I₃₂+i₃₃、......、I₁₅₉=I₁₅₈+i₁₅₉），进行零序电流累加量超前零序电压累加量的基波角度矢量的计算，可获得一个位于1象限或4象限的角度矢量，并且远离虚轴，符合首半波的理论特征，由此特征可以判定为界内故障。此方法计算量小，并且所获的结果与前一方式完全一致。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，其特征在于，所述方法在计算10kV配电网单相接地故障发生时，通过突变时刻滑动全波数据窗内的暂态零序电流超前暂态零序电压的连续多个基波角度矢量，叠加所得基波角度矢量获得矢量和，并利用所述矢量和所在象限判定是界外故障或界内故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，其特征在于，所述界内故障为故障接地点位于检测点的负荷侧，当跳开检测点断路器时能隔离故障恢复系统正常。

3.根据权利要求1所述的一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，其特征在于，所述界外故障为故障接地点位于检测点的电源侧，当跳开检测点断路器时不能隔离故障恢复系统正常。

4.根据权利要求1所述的一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，其特征在于，所述矢量和的计算过程如下：

通过将暂态零序电流和暂态零序电压的原始采样点逐点依次累加后，进行零序电流累加量超前零序电压累加量的基波角度矢量计算。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，其特征在于，所述矢量和角度位于2象限或者3象限时，判定为界内故障。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，其特征在于，所述矢量和角度位于1象限或者4象限时，则判定为界外故障。

7.根据权利要求1所述的一种基于矢量叠加的小电流接地故障检测方法，其特征在于，所述方法的实现包括步骤如下：

1）检测零序电压或零序电流；

2）逐点搜索零序电压或零序电流突变点；

3）拷贝零序电压或零序电流突变点之前的32点和之后的32点，放在后半波；

4）补齐零序电压和零序电流前半波的64点为0值；

5）逐点累加零序电压和零序电流128点，获得新的累加量数据；

6）根据累加量基波夹角矢量位于的象限，判断故障。