CN101551432B - 配电网故障定位方法 - Google Patents

Abstract

一种发电电网技术领域的配电网故障定位方法，包括：安装并联中电阻、真空接触器、监测终端、电压互感器和零序电流互感器；当配电网***发生永久性接地故障时，在设定时间内投切并联中电阻，变电站、开闭所、配电站处的监测终端将并联中电阻投入前后的节点电压值和各出线上的零序电流值上传到故障定位监控平台；利用故障判定方法实现定位，并将故障定位点显示在配电网***动态拓扑图中。本发明避免了现有故障定位产品在小电流接地***中应用上的不足，故障判定更加智能化，故障判定准确率高，是小电流接地***中比较理想的故障定位方法。

Description

配电网故障定位方法

技术领域

本发明涉及的是一种发电电网技术领域的方法，具体是一种配电网故障定位方法。

背景技术

在6～66kV的配电网***中，中性点多采用经消弧线圈接地方式，该接地方式可以有效地抑制弧光接地故障，降低***的过电压水平，但由于接地故障电流较小，给故障选线和定位带来了困难。目前，现有技术的故障定位产品较多，该类产品通过采样线路开关处零序电流、五次谐波等信号，根据一定的判定方法，找出故障线路或故障区段，从而实现故障定位。由于配电网小电流接地***故障电流较小、电网结构复杂的特点，故障信号量较小，判定方法过于简单，导致故障判定准确率较低。

经对现有技术领域的检索发现，中国专利申请号20071003505.7，公开号CN101063698A，记载了一种“基于拓扑图的配电***故障测试方法”，分为测前故障诊断和测后故障诊断两个阶段，测前故障诊断采用故障字典法，首先建立一个动态更新的故障库，将常出现的故障输入到故障库，并根据测试结果更新诊断故障的优先级别；接着由故障注入***从故障库中选择故障注入到目标电路中，并利用电路仿真***进行故障仿真，生成故障测试码，组成故障字典，在测试完成后将返回的测试结果信息与故障字典比较，从中快速找出发生的故障；测后故障诊断则是根据测试后的测试结果，将没有发生的故障隔离、排除，并根据图形电路结构进行故障搜索、查找，将故障定位。本发明提高了诊断的自动化程度，减小了工作人员的劳动强度，提高了工作效率。

又经检索发现，中国专利申请号0113866.0，公开号CN1430318A，记载了一种“配电线路故障检测定位及隔离的方法及装置”，与分段配电柱上真空开关(PVC)、电源装置(SPS)、及配电网故障段指示器(FSI)组合使用，共同组成配电网自动化***的核心部件。

上述现有技术采用传统的电气信号监测方法，判定方法过于简单，在小电流接地***中使用存在着一定的局限性，虽然能够判定故障电气信号量较大的短路故障，但对80％的单相接地故障，故障定位准确率较低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种配电网故障定位方法，避免了现有故障定位产品在小电流接地***中应用上的不足，故障判定更加智能化，故障判定准确率高，是小电流接地***中比较理想的故障定位方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及配电网故障定位方法，包括以下步骤：

第一步、将并联中电阻、真空接触器、监测终端、电压互感器和零序电流互感器安装在配电网***的变电站、开闭所和配电站中，具体安装方式如下：先在变电站的变压器中性点与地线之间安装并联中电阻，然后将真空接触器串接在并联中电阻支路上，将监测终端安装在变电站、开闭所和配电站的监测节点，最后在变电站、开闭所和配电站的监测节点上并联电压互感器，在监测节点对应的各条出线段上串联零序电流互感器，分别用于测量各变电站、开闭所、配电站的监测节点的节点电压值和该监测节点对应的各条出线段的零序电流值；

所述的监测终端是以PC104模块、DSP模块为核心元件并带有GPRS通讯模块的监测器；所述的并联电阻为功率电阻；所述的真空接触器为永磁结构的高压交流真空接触器；所述的单相电压互感器为电磁式单相电压互感器；所述的零序电流互感器为开口式零序电流互感器；所述的三相电压互感器为电磁式三相电压互感器，通过三相电压互感器的开口三角测量***的零序电压。

第二步、当配电网***发生永久性接地故障时，在设定时间内投切并联中电阻，变电站、开闭所、配电站处的监测终端将并联中电阻投入前后的节点电压值和各出线上的零序电流值上传到故障定位监控平台；

所述的永久性接地故障的判定方法包括以下步骤：当配电网***的中性点电压高于30％配电网***的相电压或当配电网***的开口三角电压高于35％配电网***的相电压，并且这种过电压状态在5秒内不能自行消除，则判定配电网***发生了永久性接地故障；

所述的设定时间为0.5秒。

第三步、故障定位监控平台根据获得的监测节点的节点电压值和该监测节点对应的各条出线段的零序电流值利用故障判定方法实现定位，并将故障定位点显示在配电网***动态拓扑图中。

所述的故障判定方法是指：

1)在发生接地故障时，首先计算出故障判定区域内所有监测节点所属各出线段上的零序电流值之比的特征值t_f[m]，t_f[m]表达式为：

$t_f\left[m\right]=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|f_I\left[m\right]-f_I\left[i\right]|$

其中：N为故障判定区域内所有监测节点所属的出线段的总数值，m为小于等于N的正整数，f_I[m]为第m条出线段的零序电流幅值比，f_I[m]的表达式为：

$f_I\left[m\right]=\left|\frac{I_2\left[m\right]}{I_1\left[m\right]}\right|,$

其中：I₂[m]为投切并联中电阻后第m条出线段上的零序电流值，I₁[m]为投切并联中电阻前第m条出线段上的零序电流值。

2)然后选出N条出线段中的最大的特征值t_f[x]以及次最大的特征值t_f[y]，并标记该出线段分别为第x条出线段和第y条出线段，其中x和y为小于等于N的正整数；

3)计算出故障判定区域内所有监测节点对应的电压幅值比f_U[n]，f_U[n]的表达式为：

$f_U\left[n\right]=\left|\frac{U_2\left[n\right]}{U_1\left[n\right]}\right|,$

其中：U₂[n]为投切并联中电阻后第n个监测节点上的节点电压值，U₁[n]为投切并联中电阻前第n个监测节点上的节点电压值，n为故障判定区域内所有监测节点的个数。

4)然后选出n个监测节点中的最小电压幅值比f_U[z]并标记该监测节点为z，z为小于等于n的正整数。

5)当t_f[x]和t_f[y]满足 $0.9<\left|\frac{t_f\left[x\right]}{t_f\left[y\right]}\right|<1.1$ 时，如果第y条出线段属于第z个监测节点上的出线段，且第x条出线段不属于第z个监测节点上的出线段，则判定第y条出线段即为故障区段，否则则判定第x条出线段为故障区段。

本发明借助并联中电阻实现配电网故障区段定位，克服了配电网小电流接地***故障电流较小、不易判定故障点的缺点，提高了故障定位准确性；本配电网故障区段定位方法通过并联中电阻获取各出线段的特征值，根据出线段特征值进行故障判定，与电网***参数和接地故障类型无关，不受***干扰，故障定位可靠性高；故障定位监控平台能够自动处理故障信息、判定故障、显示故障定位结果，提高了配电网故障定位的智能化。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例包括以下步骤：

第一步、如图1所示，将并联中电阻3安装在变电站内，并联中电阻3和真空接触器4串联后连接于变电站的变压器9的中性点与地线10之间，电压互感器连接于变电站的变压器9的中性点且与并联中电阻3和真空接触器4相并联，消弧线圈8接在变压器9的中性点与地线10之间。

在每一条变电站的输出端、开闭所的输出端和配电站的输出端均分别设有相同结构的监测终端、三相电压互感器7和零序电流互感器6，其中：监测终端设置于变电站、开闭所和配电站的监测节点M，三相电压互感器7并联于变电站、开闭所和配电站的监测节点M，零序电流互感器6串联于变电站的输出端、开闭所的输出端和配电站的输出端，检测终端2的输出端与故障定位监控平台1通过互联网连接，检测终端2的输入端分别连接至零序电流互感器6的信号端和三相电压互感器7的信号端。

所述的监测终端2内设有PC104模块、DSP模块和GPRS通讯模块为内核，该监测终端2通过三相电压互感器7和零序电流互感器6的信号端分别输出的采样电压信号和零序电流信号，对变电站、开闭所、配电站电气量进行实时监测。当发生单相接地故障时，监测节点M处的监测终端报接地故障，并将故障信息通过GPRS通讯模块经过互联网传给故障定位监控平台1。变电站的监测终端2，负责控制并联中电阻3的投切。

所述的并联中电阻3的阻值随着***电压的不同而不同，并联中电阻3的阻值为***相电压与10A电流的比值，例如：10kV***，***相电压为6062V，其并联中电阻的阻值为606.2欧姆，该并联中电阻3的电阻类型为功率电阻；

所述的真空接触器4为永磁结构的高压交流真空接触器，当电网***发生单相接地故障时，及时的投切并联中电阻3；

所述的单相电压互感器5为用于测量的电磁式单相电压互感器，测量***的中性点电压；

所述的零序电流互感器6为用于测量的开口式零序电流互感器，当电网***发生单相接地故障时，测量各出线的零序电流；

所述的三相电压互感器7为用于测量的电磁式三相电压互感器，通过三相电压互感器的开口三角测量***的零序电压；

所述的消弧线圈8为调匝式、调容式或高短路阻抗式消弧线圈。

然后设定***电压为10kV；变电站、开闭所、配电站等监测节点M的数量为7；***中出线段总数为68；并联中电阻3的阻值为606.2欧姆。

第二步、当***的中性点电压高于30％***相电压或开口三角电压高于35％***相电压，5秒后***的过电压状态并未消除，则判定***发生了永久性接地故障；然后变电站的监测终端2投切并联中电阻3，并联中电阻3的投切时间为0.5秒；

各监测节点M处的监测终端2将并联中电阻投切前后的各监测节点M处的电压、各出线段零序电流值上传到故障定位监控平台1；

故障定位监控平台1启动故障判定功能；

第三步、计算68个出线段并联中电阻3投切前后的零序电流值之比f_I[1]、f_I[2]、...f_I[68]，而后计算出68各出线段并联中电阻3投切前后的零序电流之比的特征值t_f[1]、t_f[2]、...t_f[68]，其中t_f[15]为最大值、t_f[35]为次最大值；

计算7个监测节点M处投切并联中电阻3前后电压值之比f_U[1]、f_U[2]、...f_U[7]，其中f_U[5]的值最小，说明5号监测节点M处投切并联中电阻3前后监测节点M电压值之比最小；

计算t_f[15]与t_f[35]的比值，如果比值在(0.9，1.1)区间内，并且35号出线段属于5号监测节点M，15号出线段不属于5号监测节点M，则判定35号出线段为故障区段，否则判定15号出线段为故障区段。

本实施例与现有的故障区段定位方法和装置相比，本实施例通过借助并联中电阻，取得较大的故障信号特征值，故障判定原理直观，并且判定方法不受***参数的限制和信号的干扰，故障判定准确率较高。

Claims (8)

1.一种配电网故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将并联中电阻、真空接触器、监测终端、电压互感器和零序电流互感器安装在配电网***的变电站、开闭所和配电站中；

所述的并联中电阻、真空接触器、监测终端、电压互感器和零序电流互感器具体安装方式如下：先在变电站的变压器中性点与地线之间安装并联中电阻，然后将真空接触器串接在并联中电阻支路上，将监测终端安装在变电站、开闭所和配电站的监测节点，最后在变电站、开闭所和配电站的监测节点上并联电压互感器，在监测节点对应的各条出线段上串联零序电流互感器；

第二步、当配电网***发生永久性接地故障时，在设定时间内投切并联中电阻，变电站、开闭所、配电站处的监测终端将并联中电阻投入前后的节点电压值和各出线上的零序电流值上传到故障定位监控平台；

第三步、故障定位监控平台根据获得的监测节点的节点电压值和该监测节点对应的各条出线段的零序电流值利用故障判定方法实现定位，并将故障定位点显示在配电网***动态拓扑图中；

所述的故障判定方法是指：

1)在发生接地故障时，首先计算出故障判定区域内所有监测节点所属各出线段上的零序电流值之比的特征值t_f[m]，t_f[m]表达式为：

$t_f\left[m\right]=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|f_I\right[m]-f_I[i\left]\right|$

其中：N为故障判定区域内所有监测节点所属的出线段的总数值，m为小于等于N的正整数，f_I[m]为第m条出线段的零序电流幅值比，f_I[m]的表达式为：

$f_I\left[m\right]=\left|\frac{I_2\left[m\right]}{I_1\left[m\right]}\right|,$

其中：I₂[m]为投切并联中电阻后第m条出线段上的零序电流值，I₁[m]为投切并联中电阻前第m条出线段上的零序电流值；

2)然后选出N条出线段中的最大的特征值t_f[x]以及次最大的特征值t_f[y]，并标记该出线段分别为第x条出线段和第y条出线段，其中x和y为小于等于N的正整数；

3)计算出故障判定区域内所有监测节点对应的电压幅值比f_U[n]，f_U[n]的表达式为：

$f_U\left[n\right]=\left|\frac{U_2\left[n\right]}{U_1\left[n\right]}\right|,$

其中：U₂[n]为投切并联中电阻后第n个监测节点上的节点电压值，U₁[n]为投切并联中电阻前第n个监测节点上的节点电压值，n为故障判定区域内所有监测节点的个数；

4)然后选出n个监测节点中的最小电压幅值比f_U[z]并标记该监测节点为z，z为小于等于n的正整数；

5)当t_f[x]和t_f[y]满足

时，如果第y条出线段属于第z个监测节点上的出线段，且第x条出线段不属于第z个监测节点上的出线段，则判定第y条出线段即为故障区段，否则则判定第x条出线段为故障区段。

2.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征是，第一步中所述的监测终端是指以PC104模块、DSP模块为核心元件并带有GPRS通讯模块的监测器。

3.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征是，第一步中所述的并联中电阻为功率电阻。

4.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征是，第一步中所述的电压互感器为电磁式单相电压互感器。

5.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征是，第一步中所述的零序电流互感器为开口式零序电流互感器。

6.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征是，第一步中所述的电压互感器为电磁式三相电压互感器，通过三相电压互感器的开口三角测量***的零序电压。

7.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征是，第二步中所述的永久性接地故障的判定方法为：当配电网***的中性点电压高于30％配电网***的相电压或当配电网***的开口三角电压高于35％配电网***的相电压，并且这种过电压状态在5秒内不能自行消除，则判定配电网***发生了永久性接地故障。

8.根据权利要求1所述的配电网故障定位方法，其特征是，第二步中所述的设定时间为0.5秒。

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