发明内容
本发明公开了一种配电线路暂态接地电流检测方法。该方法采用A、B、C三相电压电流综合对比方法来检测配电线路暂态接地电流,主要用于配电线路单相接地故障区段检测。
本发明提供了一种配电线路暂态接地电流检测方法,包括:
根据采样的三相电流iA、iB、iC和三相电压vA、vB、vC,同步计算得到时段T和时段T内各相的数据参数;
所述数据参数包括:时段T内各相的平均电压V_A、V_B、V_C,时段T内各相的电流突变量的最大值didtmax_A、didtmax_B、didtmax_C,以及时段T内各相的电流突变量的最大值对应的时间戳timestamp_A、timestamp_B、timestamp_C;
根据同步得到连续的时段T和每个时段T内各相的平均电压,判断是否存在一相电压降低同时另外两相电压升高的情况,如果是,则判定发生单相接地故障,并确定故障相别和接地时间窗口;
当确定发生单相接地故障时,在所述接地时间窗口内,根据故障相的电流突变量的最大值对应的时间戳与非故障相的电流突变量的最大值对应的时间戳是否同步来确定暂态接地电流。
本发明还提供了一种配电线路暂态接地电流检测装置,包括:
数据参数计算单元,用于根据采样的三相电流iA、iB、iC和三相电压vA、vB、vC,同步计算得到时段T和时段T内各相的数据参数;
所述数据参数包括:时段T内各相的平均电压V_A、V_B、V_C,时段T内各相的电流突变量的最大值didtmax_A、didtmax_B、didtmax_C,以及时段T内各相的电流突变量的最大值对应的时间戳timestamp_A、timestamp_B、timestamp_C;
接地故障判断单元,用于根据同步得到连续的时段T和每个时段T内各相的平均电压,判断是否存在一相电压降低同时另外两相电压升高的情况,如果是,则判定发生单相接地故障,并确定故障相别和接地时间窗口;
暂态接地电流确定单元,用于当确定发生单相接地故障时,在所述接地时间窗口内,根据故障相的电流突变量的最大值对应的时间戳与非故障相的电流突变量的最大值对应的时间戳是否同步来确定暂态接地电流。
与现有的其它通过无源方式检测接地故障区段方法相比,本发明的方法具有如下优点:
1)极大的改善了检测准确率:本发明采用的方法引入电压参数,并通过对A、B、C三相电压电流数据参数同步综合对比,极大的改善了检测准确率;
2)高性价比:本发明采用的方法无需额外设备支持,成本低、见效快、效果好,适于推广使用。
具体实施方式
本发明基于单相接地故障一般发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。在接地故障瞬间,接地暂态信号有如下特征:
1)接地故障瞬间,接地点出现幅值大、频率高的暂态电流;
2)由于所有非故障线路的暂态电流均流向故障线路,经故障点回到大地,导致变电站到故障点之间的暂态电流幅值最大;
如图1所示,箭头方向示意暂态电流方向,箭头粗细示意暂态电流大小。
发生接地故障后,一般情况下,故障相馈线相电压会降低,同时非故障相馈线相电压会升高。因此,本发明实施例通过综合判断一相电压降低同时另外两相电压升高来确定是否发生单相接地故障,并确定故障相别和接地时间窗口;接地故障瞬间,故障相从故障点到变电站之间会出现不平衡的突变电流,另一方面需排除负荷电流突变带来的干扰,负荷电流突变有一个很重要的特性就是一般情况下是同步的,因此,通过对同步性的判断即可排除负荷电流突变带来的干扰并确定暂态接地电流,如图5所示,图中以A相接地为例,为方便展示,图中AC相电压电流数据做了缩放处理。
基于上述原理和特性,本发明实施例中,优选以母线为单位为每条10kV线路安装若干故障监测装置,建立由现场各监测点构成的传感网、无线通讯和后台主站***组成的配电线路故障在线监测***,如图2所示。发生接地故障后,各监测点按本发明所述方法检测暂态接地电流,并将整个馈线所有监测点所检测的接地瞬间暂态接地电流传回主站***进行算术比较,暂态接地电流最大值对应的监测点的下游即是接地故障区段,如图3所示,箭头方向示意暂态电流方向,箭头粗细示意暂态电流大小。
上述配电线路故障在线监测***由线路故障指示器(三相)、远程通讯终端和后台主站***(数据中心)有机组成,如图4所示。
线路故障指示器内置电压传感器,实时检测线路对地电压变化情况,判断线路电压升高或降低,有电或无电。
线路故障指示器内置电流传感器,实时检测线路负荷电流及电流突变情况。
远程通讯终端一方面扮演通讯桥梁的角色,另一方面作为三相线路故障指示器的主控单元,定时向三相线路故障指示器发送同步命令实现三相线路故障指示器内部计时器同步。
远程通讯终端与三相线路故障指示器实时进行信息通讯实现三相线路故障指示器信息的同步综合对比判断处理:
1)通过判断一相电压降低同时另外两相电压升高确定发生接地故障并确定故障相别和接地时间窗口;
2)通过对比接地时间窗口内电流突变量最大值对应的时间戳是否同步过滤负荷突变带来的干扰;
3)将故障相接地时间窗口内电流突变量最大值过滤掉干扰后回传至后台主站***。
发生单相接地故障后,根据每个监测点得到的暂态接地电流,后台主站***以母线为单位对所有监测点回传的暂态接地电流进行算数比较,最大值对应的监测点的下游即为接地故障区段。
在上述配电线路故障在线监测***中:
1)关于同步:三相线路故障指示器与远程通讯终端之间采用433MHz无线通讯,通讯终端每秒向三相线路故障指示器发送同步命令实现三相线路故障指示器内部计时器与远程通讯终端计时器同步,属于软件同步,由于存在处理延时和通讯延时,同步误差一般在10ms以内。
2)关于时段T:本实施例中,所述时段T为1秒,实践中0.5~3秒都是可行的,更短的时间段不利于通过平均电压判断接地相别和接地时间窗口,更长时间段T则可能因为受到负荷电流突变干扰而不利于暂态接地电流的捕获。本实施例中,每个时段T由50个连续的周期构成,这里的周期,又称周波,指频率为50Hz的正弦交流电完成一次循环变化所用的时间。
3)关于电压采样:线路故障指示器由于受安装条件限制,无有效接地点,一般通过检测线路对地电场来表征线路对地电压,在本实施例中,只关心线路电压的变化和有无情况如电压升高/降低、有电/无电。
4)关于时段T各相平均电压:本实施例中,由于只关心线路电压的变化和有无情况,因此平均电压可通过多种计算方法获得,下面介绍三种:
a.根据采样的三相电压vA、vB、vC,按下式同步计算得到每周期t各相电压的均方根值V_rms_A、V_rms_B、V_rms_C:
其中,vA、vB、vC为三相电压采样值,N为每周期t采样值的数目,所述周期t为正弦交流电完成一次循环变化所用时间;
根据同步计算得到的每周期t各相电压的均方根值V_rms_A、V_rms_B、V_rms_C,按下式同步计算得到时段T内各相的平均电压V_A、V_B、V_C:
其中,M为时段T内的周期数。
b.根据采样的三相电压vA、vB、vC,按下式同步计算得到所述时段T内各相的平均电压V_A、V_B、V_C:
其中,vA、vB、vC为三相电压采样值,Q为时段T内采样值的数目。
c.根据采样的三相电压vA、vB、vC,按下式同步计算得到所述时段T内各相的平均电压V_A、V_B、V_C:
其中,vA、vB、vC为三相电压采样值,Q为时段T内采样值的数目。
5)关于时段T内各相的电流突变量的最大值:电流突变量是表征电流暂态变化的一个重要手段,一般关心电流突增的情况。电流突变量常见的计算方法是半波法,即通过计算若干连续波头(包括波峰波谷)的均值(可以是算数平均值,也可以是均方根值)与前面若干连续波头的均值(考虑到程序处理上的方便和时效,一般采用移动平均值)之差得到。
本发明具体实施例中优选采用如下方法得到时段T内各相电流突变量的最大值:
根据采样的三相电流iA、iB、iC,按下式同步计算得到每周期t各相电流的均方根值I_rms_A、I_rms_B、I_rms_C:
其中,iA、iB、iC为三相电流采样值,N为每个周期t采样值的数目,所述周期t为正弦交流电完成一次循环变化所用时间;
根据同步计算得到的每周期t各相电流的均方根值I_rms_A、I_rms_B、I_rms_C,按以下方法同步计算得到时段T内各相的电流突变量的最大值didtmax_A、didtmax_B、didtmax_C:
didt_A[tn]=(I_rms_A[tn]>I_rms_A[tn-1])?(I_rms_A[tn]-I_rms_A[tn-1]):0
didt_B[tn]=(I_rms_B[tn]>I_rms_B[tn-1])?(I_rms_B[tn]-I_rms_B[tn-1]):0
didt_C[tn]=(I_rms_C[tn]>I_rms_C[tn-1])?(I_rms_C[tn]-I_rms_C[tn-1]):0
didtmax_A=max(didt_A[1],didt_A[2]...didt_A[M])
didtmax_B=max(didt_B[1],didt_B[2]...didt_B[M])
didtmax_C=max(didt_C[1],didt_C[2]...didt_C[M])
其中,didt_A、didt_B、didt_C分别表示每周期各相电流突变量,tn为周期t序列号,函数max表示取最大值,M为时段T内周期数。
6)关于时段T内各相的电流突变量的最大值对应的时间戳:时段T内各相电流突变量的最大值对应的时间戳分别用timestamp_A、timestamp_B、timestamp_C表示,单位为毫秒。
7)关于第一阈值:基于实践经验并结合时段T内各相的平均电压V_A、V_B、V_C的不同获得方式,第一阈值取值范围为(10%~30%)。
8)关于第二阈值:第二阈值的取值范围取决于同步误差,同时跟三相电流突变量的最大值didtmax_A、didtmax_B、didtmax_C获得方式相关,本发明具体实施例中,第二阈值取值为(16,32)。
图6示出了本发明实施例所提供的一种暂态接地电流检测流程示意图。
如图6所示,在步骤101,采样三相电流iA、iB、iC和三相电压vA、vB、vC。
在步骤102,同步计算得到时段T和时段T内各相的数据参数,包括:时段T内各相的平均电压V_A、V_B、V_C,时段T内各相的电流突变量的最大值didtmax_A、didtmax_B、didtmax_C,以及时段T内各相的电流突变量的最大值对应的时间戳timestamp_A、timestamp_B、timestamp_C。
在步骤103,同步计算得到连续时段T和每个时段T内各相的数据参数,包括:时段T内各相的平均电压V_A、V_B、V_C,时段T内各相的电流突变量的最大值didtmax_A、didtmax_B、didtmax_C,以及时段T内各相的电流突变量的最大值对应的时间戳timestamp_A、timestamp_B、timestamp_C。
在步骤104,判断是否存在一相电压降低同时另外两相电压升高的情况。
在步骤105,如果是,则判定发生单相接地故障,并确定故障相别和接地时间窗口。
在步骤106,当确定发生单相接地故障时,在接地时间窗口内,根据故障相的电流突变量的最大值对应的时间戳与非故障相的电流突变量的最大值对应的时间戳是否同步来确定暂态接地电流。
上面是对本发明的说明,而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例,但本领域技术人员将容易地理解,在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此,所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解,上面是对本发明的说明,而不应被认为是限于所公开的特定实施例,并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。