CN103018630A - 配网单相接地故障暂态选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探测电缆、传输线或网络中的故障的方法，特别是一种配网单相接地故障暂态选线方法，其借鉴工频电流中的群体比幅比相思路，构造暂态电流的群体比幅比相选线方法，对所有出线的暂态电流先比较幅值，选择幅值较大的线路再比较其极性确定故障线路，并进一步的，根据暂态电流极性的判断，可确定母线接地故障。其优势在于，抗干扰能力强，选线成功率高，适应性广；延续被动式选线的优势，具有较高的安全性，施工便利，可不停电安装及维护。

Description

配网单相接地故障暂态选线方法

技术领域

本发明涉及一种探测电缆、传输线或网络中的故障的方法，特别是一种配网单相接地故障暂态选线方法。 

背景技术

单相接地是配电网的首要故障形式，占到故障总数的80%左右，如考虑发生频率更高、易被忽略的瞬时性接地故障，其所占的比例就更高。中压配电网发生故障时，需要进行的确定故障线路（故障选线）、确定故障位置（故障定位），故障区段的自动隔离（自适应跳闸），目的是切除故障，避免停电或减少停电次数与停电时间，提高供电可靠性。 

故障选线技术分为早期的不接地***选线技术、经消弧线圈接地***选线技术和近期新技术。早期的小电流接地***多为不接地方式，其故障选线产品也多基于单纯的故障工频零序电流的幅值或者基于单纯的电流流向（极性）关系原理，但选线效果仍然不佳。例如：幅值越限法：以本线路对地零序电容电流为门槛，当故障零序电流超过门槛时确定为故障线路，缺点是检测灵敏度低。群体比幅比相法：对所有出线的故障电流先比较幅值，选择幅值较大的线路比较其极性确定故障线路，相比单纯的幅值比较法、极性比较法效果好，但仍不适用于两出线***。电流（功率）方向法：比较线路故障工频零序电流和零序电压的相位关系，当电流（功率）流向母线时确定为故障线路，不需要其它线路信息有自居性，可适用两出线***。 

经消弧线圈接地***选线技术是利用故障电流中的谐波分量和有功分量实现选线的方法，然而由于故障产生的谐波电流不仅取决于***中有无谐波源以及谐波源的大小、各谐波源间的相位关系，还与故障位置有着密切的关系，故障电流中的谐波含量幅值较小（一般小于10%）且不稳定。同时其易受弧光接地和间歇性接地故障影响，检测灵敏度低，实际应用效果不理想，已被逐步放弃。 

所述的新技术是指主动式选线方法，利用专用一次设备或其它一次设备动作配合改变一次***运行状态产生较大的工频附加电流，或者利用信号注入设备向***中注入特定电流信号。主动式选线技术可包括信号注入法、残流增量法、中电阻法、小扰动法等。其一般的实 现方案为：（1）变电站终端监测零序电压信号，当发生接地故障且持续超过一定时间、确认为永久接地故障后，调整设备状态或向***注入信号；（2）选线装置监测各出线电流信号，选择工频电流幅值增量或注入电流信号最大的线路为故障线路。主动式方法的选线效果均较早期技术有了明显的提高。部分技术和设备的选线成功率可达85%~95%，然而该技术需要往电网注入特定信号，且需要其他高压一次设备动作配合，因此具有一定的安全隐患。 

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种选线成功率高、适应性广、安全性高的配网单相接地故障暂态选线方法。 

本发明的目的是通过以下途径来实现的： 

配网单相接地故障暂态选线方法，其要点在于，包括如下步骤： 

（1）提供一种零序电压检测单元，检测零序电压值，当零序电压值发生变动，则启动选线程序； 

（2）提供一种数据采集单元，其实时采集设定区域内的每条线路出口的暂态电流值i_0k(t)， 

（3）提供一种数据处理单元，其接收采集到的暂态电流值i_0k(t)，并进行计算处理：将i_0k(t)进行变换计算，以获得其幅值I_0k，其中： 

$I_{0k}=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{i}_{0k}^2\left(t\right)\mathrm{dt}},$ 其中T为暂态过程持续时间； 

（4）进一步将所获得的每个暂态电流幅值进行比较处理，获得暂态电流幅值最大的I_0k，该最大暂态电流幅值所对应的线路标记为预处理故障线路； 

（5）在数据处理单元中进一步计算预处理故障线路的出线暂态电流极性的比较系数P_km： 

其中k表示第k条线路为预处理故障线路，m表示除预处理故障线路之外的其他第m条线路，i_0m(t)为该第m条线路的出线暂态电流值； 

（6）当P_km>0表明i_0k(t)和i_0m(t)同极性，重新返回步骤（2）；当P_km<0则表明i_0k(t)和i_0m(t)反极性，此时该预处理故障线路标记为故障线路，并进行存储。 

电力***在任何两个稳态之间都存在过渡（暂态）过程，会产生丰富的暂态信号。对于小电流接地故障，相比于故障产生的工频稳态电流，其过渡过程就显得格外强烈，相应的其故障暂态电流幅值也显得格外大，最大可达数百安培。因此，可利用***故障时产生的暂态信号来进行选线。区域电网中，故障点故障上游（母线侧）检测点的零序电流为所有健全线路对地分布电容电流与该检测点到母线之间线路分布电容电流之和，其零序电流从线路流向母线，随到母线距离的增加幅值不断增加。一般而言，靠近故障点的检测点其零序电流幅值是整个***中最大的。对于各出线口的零序电流，故障线路幅值最大（等于所有健全线路之和）、流向（极性）和健全线路相反，存在明显的故障特征，因此用于实现故障选线。 

由于单纯的暂态电流幅值比较法在母线接地时会导致误选，而单纯的暂态电流极性比较法在存在较短健全线路时，小信号极易受到干扰影响而误选。因此需要借鉴工频电流中的群体比幅比相思路，构造暂态电流的群体比幅比相选线方法。即，对所有出线的暂态电流先比较幅值，选择幅值较大的线路再比较其极性确定故障线路。 

因此本发明所述配网单相接地故障暂态选线方法具有如下技术特点：由于暂态电流幅值大（一般大于100A，过零故障仍有明显的暂态信号），因此抗干扰能力强，选线成功率高，不受不稳定电弧影响，且弧光接地和间歇性接地时检测更可靠；适应性广，不受消弧线圈影响，可适用于不接地、经消弧线圈接地和经高阻接地***，以及架空线路或电缆线路，也可适用电缆架空混合线路，零序电流可通过普通零序CT获得，也可通过三相CT合成，适用各种电压等级的配电***；延续被动式选线的优势，即具有较高的安全性，只接入电压信号和电流信号，不附加其它高压一次设备，也不需要其它一次设备配合，对一次***无任何影响，且施工便利，可不停电安装及维护。 

本发明可以进一步具体为： 

当P_km>0，则将所设定区域内的其他线路的暂态电流值代入极性比较系数的公式中，如果所有线路的极性相同，则表示母线接地故障，将母线标记为故障线路，并进行存储。 

这样，就可以检测出母线接地故障的情况，完全避免在母线接地故障时产生的误选问题。 

数据采集单元每周波采样点数大于100个点。 

由于对于稳定性接地故障，暂态过程持续时间较短（一般在2ms之内），需要装置具有实时采样能力，同时暂态信号频率高，装置要有较高的采样速率，每周波采样点数应大于100 方能够保证数据的精确度。 

综上所述，本发明提供了一种配网单相接地故障暂态选线方法，借鉴工频电流中的群体比幅比相思路，构造暂态电流的群体比幅比相选线方法，对所有出线的暂态电流先比较幅值，选择幅值较大的线路再比较其极性确定故障线路。其优势在于，抗干扰能力强，选线成功率高，适应性广；延续被动式选线的优势，具有较高的安全性，施工便利，可不停电安装及维护。 

具体实施例

最佳实施例： 

配网单相接地故障暂态选线方法，包括如下步骤： 

（1）提供一种零序电压检测单元，检测零序电压值，当零序电压值发生变动，则启动选线程序； 

（2）提供一种数据采集单元，其实时采集设定区域内的每条线路出口的暂态电流值i_0k(t)，数据采集单元每周波采样点数大于100个点； 

（3）提供一种数据处理单元，其接收采集到的暂态电流值i_0k(t)，并进行计算处理：将i_0k(t)进行变换计算，以获得其幅值I_0k，其中： 

$I_{0k}=\sqrt{\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{i}_{0k}^2\left(t\right)\mathrm{dt}},$ 其中T为暂态过程持续时间； 

（4）进一步将所获得的每个暂态电流幅值进行比较处理，获得暂态电流幅值最大的I_0k，该最大暂态电流幅值所对应的线路标记为预处理故障线路； 

（5）在数据处理单元中进一步计算预处理故障线路的出线暂态电流极性的比较系数P_km： 

其中k表示第k条线路为预处理故障线路，m表示除预处理故障线路之外的其他第m条线路，i_0m(t)为该第m条线路的出线暂态电流值； 

（6）当P_km>0表明i_0k(t)和i_0m(t)同极性，则将所设定区域内的其他线路的暂态电流值代入极性比较系数的公式中，如果所有线路的极性相同，则表示母线接地故障，将母线标记为故障线路，并进行存储； 

（7）当P_km<0则表明i_0k(t)和i_0m(t)反极性，此时该预处理故障线路标记为故障线路，并进行存储。 

在硬件结构上：由零序电压检测单元、数据采集单元和数据处理单元以及通讯单元组成小电流接地故障选线装置，提供FTU作为故障的直接检测设备安装于线路各个检测点处，其与选线装置通过GPRS/CDMA等无线网络或电力光纤专网等有限网络与定位主站通信，定位主站安装于控制中心。 

小电流接地故障选线装置按母线分组接入母线三相电压、母线零序电压和线路零序电流，***单相接地故障时，完成母线三相电压、母线零序电压和线路暂态电流的数据采集与记录，并将记录的数据上传控制主机，控制主机选线后将结果通过装置的开关量输出。 

控制主机使用Windows操作***，其上运行小电流接地故障分析***软件，该软件主要完成小电流接地故障选线装置记录数据的收集、存储，故障波形的显示，实时自动选线并将结果显示、上报，可准确实现故障的预报、选线、选相。 

控制主机同时还可以充当数据服务器，供远程读取变电站内的故障数据使用。 

发生小电流接地故障时，选线装置采集母线处的零序电压与各出线的暂态零模电流，利用幅值、极性、功率方向等方法确定故障线路，并将其通过通信网络上报定位主站。FTU根据相间短路故障和小电流接地故障分别产生的电压、电流信号中的工频和暂态分量的特征，将故障信息通过通信网络上报至自动定位***主站。定位主站根据选线装置的结果先确定故障线路，再根据FTU上报的结果确定故障所在区段。 

本发明未述部分与现有技术相同。 

Claims (3)

1.配网单相接地故障暂态选线方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）提供一种零序电压检测单元，检测零序电压值，当零序电压值发生变动，则启动选线程序；

（2）提供一种数据采集单元，其实时采集设定区域内的每条线路出口的暂态电流值i_0k(t)，

（3）提供一种数据处理单元，其接收采集到的暂态电流值i_0k(t)，并进行计算处理：将i_0k(t)进行变换计算，以获得其幅值I_0k，其中：

$I_{0k}=\sqrt{\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{i}_{0k}^2\left(t\right)\mathrm{dt}},$ 其中T为暂态过程持续时间；

（4）进一步将所获得的每个暂态电流幅值进行比较处理，获得暂态电流幅值最大的I_0k，该最大暂态电流幅值所对应的线路标记为预处理故障线路；

（5）在数据处理单元中进一步计算预处理故障线路的出线暂态电流极性的比较系数P_km：

其中k表示第k条线路为预处理故障线路，m表示除预处理故障线路之外的其他第m条线路，i_0m(t)为该第m条线路的出线暂态电流值；

（6）当P_km>0表明i_0k(t)和i_0m(t)同极性，重新返回步骤（2）；当P_km<0则表明i_0k(t)和i_0m(t)反极性，此时该预处理故障线路标记为故障线路，并进行存储。

2.根据权利要求1所述的配网单相接地故障暂态选线方法，其特征在于，当P_km>0，则将所设定区域内的其他线路的暂态电流值代入极性比较系数的公式中，如果所有线路的极性相同，则表示母线接地故障，将母线标记为故障线路，并进行存储。

3.根据权利要求1所述的配网单相接地故障暂态选线方法，其特征在于，数据采集单元每周波采样点数大于100个点。