CN101777757A - 一种小电流接地选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明属电力工程技术领域，涉及小电流接地选线***，特别是涉及接地故障线路判断方法的改进。包括：1)设置测量变量3U0、3I0的采样数据窗口时间，采集n个测量变量，并对各个测量变量进行粗差剔除；2)将群体比幅比相法和有功分量法有机的结合在一起，利用模糊数学工具，给这两种判据设定隶属度函数，将此两种方法得到的选线结果代入隶属度函数中，得到选线结果的隶属度，即可信度。可信度最高的即为复合选线的结果，次之的作为参考。3)有机的进行对故障线路开关的选线试跳，使运行更加安全可靠，故障定位更加准确。4)每隔10分钟后重新选线，以防止接地线路转换。在信息框中显示接地时间、接地可能性较大的线路(按可能性由大到小依次排列)和发生小电流接地的母线段上所有出线的3U0、3I0数值。

Description

一种小电流接地选线方法

技术领域

本发明属电力工程技术领域，涉及小电流接地选线***，特别是涉及一种监控主站级小电流接地***故障线路的检测识别方法的改进。

背景技术

目前广泛使用的小电流接地选线装置大多存在选线结果准确率不高、适应性不强的缺点。由于小电流接地选线情况的复杂，每一种选线方法都有自己的应用条件，不能适用所有的故障情况。单一方法的选线准确率较低，选线的正确率不高，未能达到理想的故障选线效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有选线技术的不足，提供一种小电流接地选线方法，提高选线准确率和适应性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小电流接地选线方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)、设置测量变量零序电压3U0和零序电流3I0的采样数据窗口时间， 数据采集***采集n个测量变量，并对n个测量变量进行粗差剔除；

2)、当变电站发生接地故障时，通过判据一零序电流3I0的群体比幅比相法选出三条零序特征电流幅值最大且均超过预设门槛的线路，再相互比较极性确定故障线路，再通过判据二零序电流3I0的有功分量法确定故障线路；

3)、设定判剧一的隶属度函数

${\mathrm{\η}}_1=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\frac{x}{3{I0}_{c\max }}\right)}^2& 0\≤x\≤3I{0}_{c\max }\\ 1.0& 3I{0}_{c\max }\≤x\end{array}\right.$

其中x为故障线路零序电流3I0的幅值，3I0cmax为非故障线路中最大零序电流幅值，

设定判剧二的隶属度函数

${\mathrm{\η}}_2=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\frac{10x}{Q_{c\max }}\right)}^2& 0\≤x\≤\frac{1}{10}3I{0}_{c\max }\\ 1.0& \frac{1}{10}3I{0}_{c\max }\≤x\end{array}\right.$

其中x为非故障线路最小无功分量的绝对值，Qcmax为非故障线路中最大无功分量的绝对值，

将判剧一、判剧二确定的故障线路分别代入各自的隶书度函数确定隶属度，隶属度高的作为选线的结果，隶属度低的作为选线的参考；

4)、对选线进行试跳，若零序电压3U0＜50V，确认***不存在接地故障，返回“***未接地”事件信息，且终止该试跳过程；

若零序电压3U0＞50V，确认***存在接地故障，自动跳开本线路断路器。

5)每隔10分钟后重新选线，以防止接地线路转换。

本发明可以节省小电流装置硬件成本，能有效充分发挥了变电站监控***的检测功能，可广泛应用于110KV以下的变电站终端用户，发挥有效地提高输电线路***发生接地故障时的判断准确度，在实际应用中对硬件条件要求不高，选线分辨效果明显，发生接地故障时的判断准确度，适于安装于输电线路监控***中使用。

附图说明

图1是本发明(实施例)***构成图；

图2是本发明(实施例)的计算机软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1，本发明的***由监控后台小电流软件、综自测控***、变电站一次设备构成。

如图2，一种小电流接地选线方法，包括如下步骤，

1)、设置测量变量零序电压3U0和零序电流3I0的采样数据窗口时间，数据采集***采集n个测量变量，并对n个测量变量进行粗差剔除；

2)、当变电站发生接地故障时，通过判据一零序电流3I0的群体比幅比相法选出三条零序特征电流幅值最大且均超过预设门槛的线路，再相互比较极性确定故障线路，再通过判据二零序电流3I0的有功分量法确定故障线路；

3)、设定判剧一的隶属度函数

${\mathrm{\η}}_1=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\frac{x}{3{I0}_{c\max }}\right)}^2& 0\≤x\≤3I{0}_{c\max }\\ 1.0& 3I{0}_{c\max }\≤x\end{array}\right.$

其中x为故障线路零序电流3I0的幅值，3I0cmax为非故障线路中最大零序电流幅值，

设定判剧二的隶属度函数

${\mathrm{\η}}_2=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\frac{10x}{Q_{c\max }}\right)}^2& 0\≤x\≤\frac{1}{10}3I{0}_{c\max }\\ 1.0& \frac{1}{10}3I{0}_{c\max }\≤x\end{array}\right.$

其中x为非故障线路最小无功分量的绝对值，Qcmax为非故障线路中最大无功分量的绝对值，

将判剧一、判剧二确定的故障线路分别代入各自的隶书度函数确定隶属度，隶属度高的作为选线的结果，隶属度低的作为选线的参考；

4)、对选线进行试跳，若零序电压3U0＜50V，确认***不存在接地故障，返回“***未接地”事件信息，且终止该试跳过程；

若零序电压3U0＞50V，确认***存在接地故障，自动跳开本线路断路器。

5)每隔10分钟后重新选线，以防止接地线路转换。

对n个测量变量进行粗差剔除的过程为：

a、对预设时间段内的测量变量进行平均值计算，设3U0i、3I0i为i次仪表采样测量值变量，平均值计算公式为：

$\stackrel{\‾}{3U0}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}3U0i$ $\stackrel{\‾}{3I0}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}3I0i$

其中，3U0、3I0为平均值，n为预设时间段内测量采样总次数；

b、计算标准偏差：

残余误差记作V_i，V_i＝3U0_i-3U0、V_i＝3I0_i-3I0

根据贝塞尔公式可得标准偏差δ的估计值，计算式为：

$\mathrm{\δ}\≈\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^2}{(n-1)}}$

c、按3σ判定：

若某个剩余误差|V_i|＞3σ，判定该测量值中含有粗大误差，应予以剔除，将3U0_i、3I0_i剔除后，用剩下的测量值重新计算平均值及标准偏差σ后仍按上述步骤进行判断，直至不存在粗大误差，粗差剔除结束。

d、平均值计算式为：

$\stackrel{\‾}{3U0}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}3U0i$ $\stackrel{\‾}{3I0}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}3I0i$

(n-剔除后数据个数)

计算得出目前的***采样平均电压值3U0、平均电流值3I0。

数据采集***小电流计算模块每间隔3秒采集一次零序电压3U0数据，并对30秒时间段内的数据进行预处理，数据采集***小电流计算模块每间隔1秒采集一次零序电流3I0，并对10秒时间段内的采样数据进行预处理。

实施例：

变电站的具体设备包括：8条10kv输电线路、2条35kv进线线路、8台CDMP200保护测量装置、1台CDMP281电压测控装置；研华工控机(CPU P42.8G，内存512M，硬盘120G，Win2000Server，杭州德力西CD-SCADA电站监控***)。

参照图2，小电流接地选线方法，包括：

1)、从上到下依次配置变电站的***定值。参数设定：本方法需要引入各母线的零序电压信号(PT开口三角电压3U0)以及各条出线的零序电流3I0。正确定义好零序电压3U0的接地选线启动条件启动门槛定值，设定选线启动电压和母线接地报警电压的门限值(默认值都是30V)以及该段母线上所带相应的线路名称。

2)、将各个从线路对应的保护装置上采集上来的三相电压

进行计算出零序电压3U0

从上式可以看出，当电网各相电压

不平衡时，便有零序电压3U0产生，而电网电压的不平衡度是接地信号发生与否的关键。对采样得到的零序电压3U0进行粗差剔除的过程，每间隔3秒钟采集一次3U0计算数据，对预设时间30秒以内的测量变量3U0计算平均值，设3U0_i为i次仪表采样测量值变量，平均值计算公式为：

$\stackrel{\‾}{3U0}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}3U0i$

其中，3U0为平均值，(n-剔除后数据个数)；

3)、循环监视检测3U0，***连续3次检测到的3U0大于整定的启动电压定值30V时，判定为小电流接地故障；说明电网中出现接地故障，监控主站***自动发出接地故障报警，开始进行选线计算。包括：

(3.1)、向发生接地的所在母线段上的所有的保护装置召唤零序电流3I0采样值向量值。对采样得到的零序电流3I0进行粗差剔除的过程，每间隔1秒钟采集一次3I0采样数据，连续对预设时间10秒以内的测量变量3I0并对各个测量变量进行粗差剔除；然后计算平均值，设3I0i为i次仪表采样测量值变量，平均值计算公式为：

$\stackrel{\‾}{3I0}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}3I0i$

其中，3I0为平均值，(n-剔除后数据个数)；

4)、小电流接地故障线路检测定位，将群体比幅比相法和有功分量法有机的结合在一起，利用模糊数学工具，给这两种判据设定隶属度函数，将此两种方法得到的选线结果代入隶属度函数中，得到选线结果的隶属度，即可信度。可信度最高的即为复合选线的结果，次之的作为参考。

下面就进一步对两种复合方法作进一步的说明。

(4.1)、复合检测定位方法一：零序电流3I0的群体比幅比相法。

a)零序电流3I0幅值大小判断：

当小电流***发生单相接地时，故障线路零序电流为其它非故障线路零序电流之和，即接地线路零序电流3I0最大，为所有非接地线路零序电流3I0之和。此时故障线路的故障(零序)电流3I0为全***的电容电流之和∑lc减去本线路电容电流lcz，非故障线路的零序电流为本线路之电容电流lcz。即故障线路的零序电流3I0计算公式为

$3I0=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ic}-\mathrm{Icz}$

由于电流互感器CT误差、信号干扰以及线路长短差别悬殊，有可能在排序时排到第二、第三，但不会超出前三，这一步为初选，所采用的原理是相对概念(在现行运行方式下，取前三个最大的)。取全部线路中电容电流最大的三条线路作为接地线路选择对象，并进行下面步骤b)的判别。

b)零序电流3I0相位方向判断：

采用相对相位概念即用电流之间的方向或电流与电压之间的超前与滞后关系，进一步确定是线路故障，还是母线故障。在前三个线路信号里，采用相对相位概念即用电流之间的方向或电流与电压之间的超前与滞后关系，进一步确定是前三个中的哪一个故障，还是母线故障。

接地故障零序电流3I0是电容电流，从正常线路起，经测点零序电流互感器母线接地线路流向故障点，并接地。在接地线路检测点零序电流互感器表现为正方向，在其它正常线路检测点零序电流互感器表现为反方向。具体原则为：

①故障线路零序电流3I0相位滞后于零序电压3U0约90°：

②非故障线路零序电流lcz的相位超前零序电压3U0约90°；

③零序电流3I0与所有其它线路的电容电流lcz方向相反，相差约180

④如果所有线路零序电流均同相且超前3U0约90°，则为母线接地。

c)故障线路隶属度函数的设定：

隶属度函数

${\mathrm{\η}}_1=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\frac{x}{3{I0}_{c\max }}\right)}^2& 0\≤x\≤3I{0}_{c\max }\\ 1.0& 3I{0}_{c\max }\≤x\end{array}\right.$

其中x为故障线路零序电流3I0的幅值，3I0cmax为非故障线路中最大零序电流幅值。

(4.2)、复合检测定位方法二：零序电流3I0的有功分量法。

a)以3U0为基准(实轴)，将被测线路的3I0分为：有功分量la与3U0同相，无功分量lr与3U0垂直，算出有功功率Pa和无功功率Qr。

①对接地线路：有功功率为Pa＞0    Qc＞0；

②未接地线路：有功功率为Pa＜0    Qr＜0；

b)故障线路隶属度函数的设定(2)：

${\mathrm{\η}}_2=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\frac{10x}{Q_{c\max }}\right)}^2& 0\≤x\≤\frac{1}{10}3I{0}_{c\max }\\ 1.0& \frac{1}{10}3I{0}_{c\max }\≤x\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中x为非故障线路最小无功分量的绝对值，Qcmax为非故障线路中最大无功分量的绝对值。

(4.3)、综合决策

当***发生接地故障后，立刻启动以上方案分别进行判断，同时适时计算出所需的中间数据代入到隶属度函数，得到以上两种判据的隶属度η₁和η₂，即在本次故障中2种判据所得选线结果的可信度。可信度百分比最大的为故障选线结果，百分比次之的为结果供参考。

①η₁≥η₂，则群体比幅比相法的选线为故障选线结果。

②η₁＜η₂，则有功分量法的选线为故障选线结果。

5)、有机的进行对故障线路开关的选线试跳。

为了进一步提高保证本方法的准确可靠性，如果故障线路开关可以试跳的情况下，进行对故障线路开关的选线试跳，使运行更加安全可靠，故障定位更加准确：

(5.1)、监控后台对所选的线路发出的接地试跳命令，自动判断当前***是否有零序电压3U0，使用外接开口三角电压，单相接地时零序电压3U0应为100V(正常情况下，***三相电压对称，三相电压之和为零，开口三角两端电压3U0接近于零。当发生单相接地故障时，开口三角两端出现零序电压，开口三角形每相绕组的额定电压为100/3V，单相接地时，开口三角两端出现的三倍相电压为100V)

①若当前3U0＜50V，确认***不存在接地故障，返回“***未接地”事件信息，且终止该试跳过程；

②若当前3U0＞50V，确认***存在接地故障，自动跳开本线路断路器，并判断3U0是否消失(小于30V)：

a)若3U0＜30V，返回“本线路接地”信息；

b)若3U0＞30V，返回“本线路未接地”信息。

(5.2)、无论是否本线路接地均在发出选线信息后发合闸命令。

(5.3)、选线结束后是否跳开接地线路由用户决定。

(5.4)、在***接地选线试跳过程中，线路停电时间为2S。

6)、每隔10分钟后重新选线，以防止接地线路转换。在信息框中显示接地时间、接地可能性较大的线路(按可能性由大到小依次排列)和发生小电流接地的母线段上所有出线的零序电压3U0、零序电流3I0数值。

Claims (3)

1.一种小电流接地选线方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)、设置测量变量零序电压3U0和零序电流3I0的采样数据窗口时间，数据采集***采集n个测量变量，并对n个测量变量进行粗差剔除；

2)、当变电站发生接地故障时，通过判据一零序电流3I0的群体比幅比相法选出三条零序特征电流幅值最大且均超过预设门槛的线路，相互比较极性确定故障线路，再通过判据二零序电流3I0的有功分量法确定故障线路；

3)、设定判剧一的隶属度函数

${\mathrm{\η}}_1=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\frac{x}{{3I0}_{c\max }}\right)}^2& 0\≤x\≤{3I0}_{c\max }\\ 1.0& {3I0}_{c\max }\≤x\end{array}\right.$

其中x为故障线路零序电流3I0的幅值，3I0cmax为非故障线路中最大零序电流幅值，

设定判剧二的隶属度函数

${\mathrm{\η}}_2=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\frac{10x}{Q_{c\max }}\right)}^2& 0\≤x\≤\frac{1}{10}{3I0}_{c\max }\\ 1.0& \frac{1}{10}{3I0}_{c\max }\≤x\end{array}\right.$

其中x为非故障线路最小无功分量的绝对值，Qcmax为非故障线路中最大无功分量的绝对值，

将判剧一、判剧二确定的故障线路分别代入各自的隶书度函数确定隶属度，隶属度高的作为选线的结果，隶属度低的作为选线的参考；

4)、对选线进行试跳，若零序电压3U0＜50V，确认***不存在接地故障，返回“***未接地”事件信息，且终止该试跳过程；

若零序电压3U0＞50V，确认***存在接地故障，自动跳开本线路断路器。

5)每隔10分钟后重新选线，以防止接地线路转换。

2.如权利要求1所述的小电流接地选线方法，其特征在于：在所述步骤1中，对n个测量变量进行粗差剔除的过程为：

a、对预设时间段内的测量变量进行平均值计算，设3U0_i、3I0_i为i次仪表采样测量值变量，平均值计算公式为：

$\stackrel{\‾}{3U0}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}3U0i$ $\stackrel{\‾}{3I0}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}3I0i$

其中，3U0、3I0为平均值，n为预设时间段内测量采样总次数；

b、计算标准偏差：

残余误差记作V_i，V_i＝3U0_i-3U0、V_i＝3I0_i-3I0

根据贝塞尔公式可得标准偏差δ的估计值，计算式为：

$\mathrm{\δ}\≈\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^2}{(n-1)}}$

c、按3σ判定：

若某个剩余误差|V_i|＞3σ，判定该测量值中含有粗大误差，应予以剔除，将3U0_i、3I0_i剔除后，用剩下的测量值重新计算平均值及标准偏差σ后仍按上述步骤进行判断，直至不存在粗大误差，粗差剔除结束。

3.如权利要求1所述的小电流接地选线方法，其特征在于：在所述步骤1中，数据采集***小电流计算模块每间隔3秒采集一次零序电压3U0数据，并对30秒时间段内的数据进行预处理，数据采集***小电流计算模块每间隔1秒采集一次零序电流3I0，并对10秒时间段内的采样数据进行预处理。

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